專利名稱：含有金屬酞菁和聚陽離子聚合物的過濾裝置的制作方法
背景眾所周知，煙草煙霧含有確實能導(dǎo)致吸煙者發(fā)病和死亡的致突變和致癌化合物。這種化合物的例子包括多環(huán)芳香烴類(PAH)和亞硝基胺類。
多環(huán)芳香烴通過插入到DNA分子中而引起毒性。亞硝基胺是親電子的烷基化試劑，是強力的致癌物。亞硝基胺不存在于新鮮或綠色的煙草中，而且也不是在燃燒過程中形成的。其在煙草加工和儲存過程中通過與游離硝酸鹽的反應(yīng)形成，或通過煙草煙霧中的仲胺在吸入后經(jīng)代謝活化形成。
減少到達(dá)吸煙者的毒性和致突變化合物量的努力包括置于燃燒的煙草與吸煙者之間的煙草煙霧過濾裝置。常規(guī)的過濾裝置由醋酸纖維素制造，含有或不含活性碳。然而這些常規(guī)過濾裝置對減少到達(dá)吸煙者的毒性和致突變化合物的量只有部分效果。而且，常規(guī)過濾裝置不利地去除了調(diào)味化合物，因此降低了吸煙者的接受程度。
此外，吸煙者試圖逐步提高其尼古丁的劑量，通過吸入比使用高尼古丁含量的煙草產(chǎn)品時更多的煙來從低尼古丁含量的煙草產(chǎn)品中獲得相同劑量的尼古丁。因此，使用低尼古丁含量的煙草產(chǎn)品與使用高尼古丁含量的煙草產(chǎn)品相比，吸煙者可能暴露于更大量的某些致癌物。
因此，需要用于可點燃抽吸的裝置的改進的過濾裝置，其基本去除煙草煙霧中的毒性和致突變化合物。還需要能使調(diào)味化合物通過而從煙草煙霧中基本去除毒性和致突變化合物的改進的過濾裝置。此外，還需要能增加尼古丁對致突變化合物的比例的改進的過濾裝置。這種改進的過濾裝置應(yīng)該優(yōu)選為簡單、制造成本低而且使用方便。
概述根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供包括一種或多種金屬酞菁以及一種或多種聚陽離子聚合物的煙草煙霧過濾裝置。在一個實施方案中，所述一種或多種金屬酞菁為酞菁銅。在優(yōu)選的實施方案中，所述酞菁銅選自C.I.活性藍(lán)21染料和ORCO綠松藍(lán)GGX染料。在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種金屬酞菁為酞菁鐵，例如C.I.活性藍(lán)21染料的鐵類似物。
另一實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物具有陽離子部分，所述陽離子部分包括一種或多種伯氨基或仲氨基。在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物選自聚(丙烯亞胺)、聚乙烯胺、聚(2-乙基環(huán)乙亞胺)、聚(2，2-二甲基環(huán)乙亞胺和聚(2，2-二甲基-3-正丙基環(huán)乙亞胺)以及上述物質(zhì)的組合。在特別優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物是聚乙烯亞胺(PEI)。
在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物具有大于約1000道爾頓的分子量。在另一優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物具有約1000至100,000道爾頓的分子量。在優(yōu)選的實施方案中，所述的煙草煙霧過濾裝置還含有基本不含醋酸纖維素的纖維素。
在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種金屬酞菁為酞菁銅，且其中所述聚陽離子聚合物是聚乙烯亞胺。在另一優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種金屬酞菁為酞菁鐵，且其中所述聚陽離子聚合物是聚乙烯亞胺。
在一個實施方案中，本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置還含有一種或多種不同于所述聚陽離子聚合物的pH調(diào)節(jié)過濾裝置添加劑。在另一實施方案中，所述一種或多種pH調(diào)節(jié)過濾裝置添加劑是無機鹽，例如碳酸鈉、碳酸鈣、磷酸鈉、磷酸鈣或陽離子交換樹脂。在另一實施方案中，所述的煙草煙霧過濾裝置還包括幾丁質(zhì)。
在一個實施方案中，所述一種或多種金屬酞菁和所述一種或多種聚陽離子聚合物以基本均一的方式分散在整個所述過濾裝置中。在另一實施方案中，所述煙草煙霧過濾裝置包括第一段和第二段，所述第一段包括所述一種或多種金屬酞菁和所述一種或多種聚陽離子聚合物，而所述第二段基本不含金屬酞菁和聚陽離子聚合物。在另一實施方案中，所述煙草煙霧過濾裝置包括第一段、第二段和第三段，所述第一段包括所述一種或多種金屬酞菁而基本不含金屬酞菁，所述第二段同時包括所述一種或多種金屬酞菁和所述一種或多種聚陽離子聚合物，且所述第三段包括所述一種或多種聚陽離子聚合物但基本不含金屬酞菁。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供包括本發(fā)明所述煙草煙霧過濾裝置的可點燃抽吸的裝置。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供過濾煙草煙霧的方法，包括首先提供本發(fā)明所述的可點燃抽吸的裝置；點燃切細(xì)的(divided)煙草體，從而使煙霧通過所述的煙草體進入所述的過濾裝置；及使煙霧通過所述的過濾裝置，由此過濾所述的煙霧。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供制造可點燃抽吸的裝置的方法，包括首先提供本發(fā)明所述的煙草煙霧過濾裝置；及將所述的過濾裝置附加于切細(xì)的煙草體。在一個實施方案中，所述方法還包括將所述一種或多種聚陽離子聚合物的溶液噴灑到制成所述煙草煙霧過濾裝置的材料上，其中所述聚陽離子聚合物在溶液中的濃度為約0.5-50％。在另一實施方案中，所述方法還包括將所述一種或多種聚陽離子聚合物的溶液噴灑到制成所述煙草煙霧過濾裝置的材料上，其中所述聚陽離子聚合物在溶液中的濃度為約1-10％。在另一實施方案中，所述煙草煙霧過濾裝置包括紙漿制造的紙，且所述方法還包括在將所述紙漿加載到造紙篩之前將所述聚陽離子聚合物加到所述紙漿中。
詳細(xì)描述根據(jù)一個實施方案，本發(fā)明提供煙草煙霧的過濾裝置。所述過濾裝置可制成與香煙、雪茄或其它含有切細(xì)的煙草的可點燃抽吸的裝置結(jié)合的形式。優(yōu)選將其固定在可點燃抽吸的裝置的一端，使得由煙草產(chǎn)生的煙霧在進入吸煙者之前先通過所述過濾裝置。所述過濾裝置還可以適合附加于香煙、雪茄、煙斗或其它可點燃抽吸的裝置的形式單獨提供。
本發(fā)明的過濾裝置有利地去除了香煙煙霧中的大部分致突變和致癌物質(zhì)。所述過濾裝置能夠保留令人滿意的或改善的煙味、尼古丁含量以及抽吸特性。所述過濾裝置可設(shè)計為能夠被使用者接受的樣式，不象目前商業(yè)制造的設(shè)計為附加在預(yù)制的香煙末端的過濾裝置那樣累贅或缺乏吸引力。此外，本發(fā)明的過濾裝置可由低廉、安全和有效的成分制造，而且僅需對標(biāo)準(zhǔn)的香煙生產(chǎn)設(shè)備做很小改動即可進行生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所述過濾裝置包括多孔基質(zhì)。所述多孔基質(zhì)可以是適合在可點燃抽吸的裝置的過濾裝置中使用的任何無毒材料，其還適合與本發(fā)明實施方案的其它物質(zhì)結(jié)合使用。這種多孔基質(zhì)包括諸如醋酸纖維素、棉花、木漿和紙的纖維素纖維；以及聚酯，聚烯烴，離子交換材料和其它本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本公開能夠理解的材料。
本發(fā)明所用的術(shù)語“包括(comprise)”以及其變體“包括(comprising)”和“包括(comprises)”不排除其它添加劑、成分、整體或步驟。
含有濕潤劑的過濾裝置根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，所述過濾裝置包括一種或多種濕潤劑，且含有或不含本發(fā)明所公開的其它物質(zhì)。所述的濕潤劑能夠從煙草煙霧中吸收水分并將水分釋放進入所述的多孔基質(zhì)中，從而濕過濾(wet-filter)通過所述過濾裝置的煙草煙霧。除其它優(yōu)點外，本發(fā)明的濕濾系統(tǒng)幫助去除來自煙草煙霧的特殊物質(zhì)并可與含煙草產(chǎn)品制成整體。
所述的濕潤劑可以是任何適合的濕潤劑，例如所述濕潤劑可選自甘油、山梨醇、丙烯醇、乳酸鈉、氯化鈣、磷酸鉀、焦磷酸鈉或縮聚磷酸鈉、檸檬酸鈣、葡萄糖酸鈣、檸檬酸鉀、葡萄糖酸鉀、酒石酸鈉、酒石酸鈉鉀和谷氨酸鈉。
在優(yōu)選的實施方案中，摻入所述過濾裝置的所述濕潤劑為焦谷氨酸鈉(sodium pyroglutamate)(也稱為2-吡咯烷酮-5-羧酸鈉或NaPCA)。優(yōu)點是，焦谷氨酸鈉是無毒的，能有效去除來自煙草煙霧的帶電顆粒，并在煙草煙霧的溫度范圍內(nèi)作為濕潤劑發(fā)揮作用。此外，其安全、穩(wěn)定易于生產(chǎn)并且使用方便。焦谷氨酸鈉具有如下結(jié)構(gòu) 本發(fā)明的過濾裝置制備簡單且成本低。
在一種制備方法中，制備含有諸如焦谷氨酸鈉的濕潤劑的溶液。隨后利用所述的溶劑來潤濕所述的多孔基質(zhì)。然后干燥該潤濕的基質(zhì)，使得殘余的濕潤劑分散在所述多孔基質(zhì)上或內(nèi)部。在優(yōu)選的實施方案中，所述濕潤劑的含量為所述過濾裝置干重的約5％至約60％。
對本發(fā)明含有焦谷氨酸鈉的煙草煙霧過濾裝置的效果檢測如下。
對三種類型的過濾裝置去除香煙煙霧中的焦油的相對效果進行了檢測1)常規(guī)的醋酸纖維素過濾裝置(“Cell-Ac”)；2)本發(fā)明的含有醋酸纖維素與焦谷氨酸鈉(“SoPyro”)的濕過濾型煙草煙霧過濾裝置；及3)商業(yè)銷售的濕過濾型煙草煙霧過濾裝置(Aquafilter，AquafilterCorp.)。
首先通過從商業(yè)銷售的香煙中去除纖維素過濾裝置來制備含有焦谷氨酸鈉的醋酸纖維素過濾裝置。該過濾裝置重約0.21g。然后對每個過濾裝置應(yīng)用約0.5ml的10％重量比的焦谷氨酸鈉溶液，并將該過濾裝置在60℃下干燥過夜。
將常規(guī)醋酸纖維素過濾裝置和含焦谷氨酸鈉的醋酸纖維素過濾裝置稱重，并插入到40mm的聚碳酸酯管中，該管具有與標(biāo)準(zhǔn)的香煙外徑等同的內(nèi)徑。將含0.85g煙草的無過濾嘴的香煙插入到所述聚碳酸酯管的一端，接近所述過濾裝置的一端。將所述聚碳酸酯管的另一端連接到與抽氣泵相連的管上。對每種類型的過濾裝置的副本(duplicate)進行檢測。此檢測使用的每一Aquafilter也連接到含0.85g煙草的無過濾嘴香煙上，并隨后連接到與抽氣泵相連的管上。
點燃帶過濾裝置的香煙并進行間斷的抽氣，模擬香煙煙霧的吸入，直到所述香煙燃燒到距未燃燒端少于12.5mm。從所述聚碳酸酯管或Aquafilter取出所述過濾裝置、稱重、并放入10ml的甲醇中，以洗脫保留在所述過濾裝置中的來自煙霧的焦油和其它物質(zhì)。將過濾裝置的乙醇洗脫物的吸光度(在350nm波長)用作殘留在所述過濾裝置中的煙霧成分的含量的指標(biāo)。也記錄了在煙霧通過過程中所述過濾裝置獲得的重量。實驗結(jié)果如表1所示。
表1
*不能確定因Aquafilter吸收煙霧成分所獲得的重量，因為實際上Aquafilter在煙霧通過時會有重量損失，其原因可能是因為水分的蒸發(fā)。
根據(jù)吸光度數(shù)據(jù)，本發(fā)明一個實施方案的過濾裝置(檢測3和4)明顯比不含濕潤劑的常規(guī)醋酸纖維素過濾裝置(檢測1和2)有效，并且也比Aquafilter(檢測5和6)更有效。
含干水的過濾裝置根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供用于濕過濾煙草煙霧的包括“干水(dry water)”的過濾裝置，其含有或不含本發(fā)明所公開的其它物質(zhì)。干水是甲基化硅石(methylated silica)與水的組合物。在一個實施方案中，所述甲基化硅石含量為約5-40％重量比，且所述水的含量為約60-95％重量比。在優(yōu)選的實施方案中，所述甲基化硅石的含量為約10％重量比，且所述水的含量為約90％重量比。優(yōu)點是，當(dāng)用于本發(fā)明的過濾裝置時，干水具有較好的穩(wěn)定性。此外，干水廉價、無毒而且對環(huán)境無害。
在優(yōu)選的實施方案中，干水的含量為所述過濾裝置的約1％至約20％重量比。在特別優(yōu)選的實施方案中，干水的含量為所述過濾裝置的約5％至約10％重量比。
本發(fā)明中使用的干水可通過例如振蕩位于封閉容器中的過量水與甲基化硅石直到實現(xiàn)平衡的乳化來制備。倒出過量的水，加入相當(dāng)于所述乳化液中的甲基化硅石含量的10％的諸如非衍生硅石的干燥劑。進一步振蕩所述乳化液來分散該干燥劑。
與在煙草煙霧過濾裝置中使用干水相關(guān)的問題是，當(dāng)作為煙草與吸煙者間的連續(xù)層使用時，干水傾向于阻塞該過濾裝置的孔道，由此增加氣流的阻力并降低吸煙的快感。為克服這一問題，本發(fā)明提供了干水與疏松纖維材料混合的實施方案。該附加的纖維提供了支架來減少當(dāng)吸煙者進行抽吸時硅石顆粒在過濾裝置材料中的嵌塞。這種材料的例子包括纖維素或醋酸纖維素，其具有足夠短的纖維長度使所述干水表現(xiàn)為可流動的粉末。在優(yōu)選的實施方案中，所述纖維長度短于約1mm。在優(yōu)選的實施方案中，除所述干水外，本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置還包括如本發(fā)明所討論的卟啉。例如，本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置包括填充有干水、葉綠酸和纖維素的約3mm至6mm的節(jié)段(segment)，其在所述過濾裝置中或過濾裝置的末端并位于常規(guī)過濾裝置材料和煙草之間。在此過濾裝置中的煙草煙霧通過所述的干水和卟啉，其可在所述的干水和葉綠酸層中留住致癌煙霧組分。
可通過在制備所述過濾裝置時加入干水和卟啉混合物來制備本發(fā)明這一方面的煙草煙霧過濾裝置，或可通過將該混合物注射到所述的過濾裝置中或注射到所述煙草與常規(guī)過濾裝置的界面處來制備?？蓪⑺龈伤瓦策幕旌衔镒⑸涞剿鲞^濾裝置的中軸，或通過所述可點燃抽吸的裝置的側(cè)方，例如通過連接到所述注射裝置的插管來注射。優(yōu)選地，所述注射裝置能夠?qū)γ看巫⑸涞牟牧嫌昧窟M行測量。
可選擇地，所述干水和卟啉混合物可包括在擴充過濾裝置中，用于由吸煙者附加到諸如標(biāo)準(zhǔn)香煙的常規(guī)可點燃抽吸的裝置上，或者附加到香煙過濾裝置上。所述擴充過濾裝置包括干水和卟啉層，且優(yōu)選以纖維材料作為基質(zhì)。所述的擴充過濾裝置還包括管套，其沿中軸延伸用于安裝到可點燃抽吸的裝置的近端。所述管套由多孔保留元件來限界以將干水和卟啉保持在所述的擴充過濾裝置中。優(yōu)選地，所述管套還包括一段常規(guī)過濾裝置材料，從而與所述可點燃抽吸的裝置連接后，該擴充過濾裝置與可點燃抽吸的裝置基本表現(xiàn)為一個常規(guī)可點燃抽吸的裝置。
含有金屬酞菁以及有或沒有陽離子聚合物的過濾裝置根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供包括一種或多種金屬酞菁且含有或不含本發(fā)明所公開的其它物質(zhì)的香煙過濾裝置，所述金屬酞菁例如諸如葉綠素的卟啉。優(yōu)選地，所述金屬酞菁為含鐵卟啉或含銅卟啉，例如葉綠酸和酞菁銅三磺酸鹽(trisulfonate)(酞菁銅，copper phthalocyanate)。
卟啉是可以使多種類型的致突變物和致癌物失活的平面化合物。卟啉主要通過疏水反應(yīng)將致癌物結(jié)合到平面卟啉結(jié)構(gòu)上，來失活平面致突變物和致癌物。因此，卟啉優(yōu)選需要維持在水性環(huán)境中來最佳程度地吸附這些煙草煙霧的致癌物。卟啉還通過π-π(pi-pi)鍵來結(jié)合多環(huán)芳香烴(PAH)來失活致癌物。所述的含銅卟啉通過與銅離子反應(yīng)還能夠失活許多類型的非平面致突變物和致癌物，包括某些亞硝基胺類。失活多種致癌物雖然是公知的，但在煙草煙霧過濾裝置中有效利用卟啉是未知的。
葉綠酸是天然產(chǎn)生的含銅卟啉并且是葉綠素的穩(wěn)定形式，其中銅取代了存在于葉綠素中的鎂。葉綠酸具有以下的化學(xué)式 葉綠酸然而，很難將葉綠酸與煙草煙霧過濾裝置組分進行化學(xué)連接。因此，在優(yōu)選的實施方案中，結(jié)合到所述煙草煙霧過濾裝置的所述含銅卟啉為酞菁銅。酞菁銅是無毒的、合成的葉綠酸類似物，其比葉綠酸更容易連接到煙草煙霧過濾裝置組分。酞菁銅具有以下化學(xué)式 酞菁銅通過將酞菁銅直接加到所述的煙草煙霧過濾裝置可將酞菁銅結(jié)合到煙草煙霧過濾裝置。在優(yōu)選的實施方案中，所述酞菁銅可作為共價結(jié)合到棉花(如“藍(lán)棉”)、人造纖維(如“藍(lán)人造纖維”)或其它適合材料的配基結(jié)合到煙草煙霧過濾裝置中。在另一優(yōu)選實施方案中，可將酞菁銅結(jié)合到與本發(fā)明其它煙草煙霧過濾裝置實施方案組合的煙草煙霧過濾裝置中。如Hayatsu，Journal of Chromatography，59737-56(1992)所述，其在此引用作為本發(fā)明的參考，在一個實施方案中，酞菁銅以染料C.I.活性藍(lán)21的形式附加到纖維素纖維上，在緩和的條件下，其與纖維素纖維或其它材料上的自由羥基形成穩(wěn)定的酯連接(與葉綠酸和其它卟啉不同)，由此產(chǎn)生“藍(lán)21纖維素”。在另一實施方案中，酞菁銅以染料ORCO綠松藍(lán)GGX的形式附加到纖維素纖維上，產(chǎn)生“GGX纖維素”。從OrganicDyestuffs Corporation(ORCO)，East Providence，RI US獲得這兩種染料。
纖維素是制備煙草煙霧過濾裝置的基礎(chǔ)材料。用于制備煙草煙霧過濾裝置的纖維素的標(biāo)準(zhǔn)形式是醋酸纖維素，其利用乙酸酐處理纖維素制得。該反應(yīng)用更疏水的乙酸酯基替代天然纖維素上的羥基。隨后用三醋精(甘油三乙酸酯)來處理醋酸纖維素，與纖維素不同醋酸纖維素部分溶于三醋精，因此三醋精作為溶劑可將某些醋酸纖維素纖維連接在一起。然而，缺點是用乙酸酯基替代羥基以及用三醋精來處理該纖維素大大減少了含銅卟啉分子可能附著的位點數(shù)量，并導(dǎo)致與未處理的纖維素比較，三醋酸處理的醋酸纖維素是更不理想的煙草煙霧過濾裝置基礎(chǔ)材料。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供含有一個或多個節(jié)段的煙草煙霧過濾裝置，即至少含第一段。所述的第一段包括含銅卟啉和沒有用乙酸酐或三醋精處理的纖維素。優(yōu)選地，所述煙草煙霧過濾裝置還包括第二段，其包括用三醋精處理的醋酸纖維素并基本沒有含銅卟啉。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案，提供制備包括酞菁銅的煙草煙霧過濾裝置的方法。僅以示例的方式，根據(jù)以下實施該方法。通過如下步驟將染料加入到纖維素纖維中。首先，將20g纖維素加入到400ml蒸餾水中，隨后加入20g硫酸鈉并溶解，然后加入2.4g染料。接著，在攪拌下加入8g碳酸鈉，并將混合物加熱到約30℃保持35分鐘。隨后，將溫度升高到70℃在保持60分鐘來完成所述含銅卟啉到纖維素纖維的共價結(jié)合。接下來，用篩網(wǎng)收集該混合物，并用蒸餾水最后用200ml乙醇充分洗滌，產(chǎn)生含有共價結(jié)合有含銅卟啉的纖維素漿，將其在室溫下干燥。雖然以示例的方式公開了特定的反應(yīng)時間和溫度，但是參考本發(fā)明，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員可以理解，與公知的將乙烯砜活性染料附加到紡織物上的方法一致，所述反應(yīng)時間和溫度參數(shù)的是可以改變的。在優(yōu)選的實施方案中，無論是游離的還是共價結(jié)合的，所述酞菁銅的含量為所述過濾裝置干重的約0.1-5％。在特別優(yōu)選的實施方案中，所述酞菁銅的含量為所述過濾裝置干重的約1-3％。
在一個實施方案中，提供包括附加于煙草煙霧過濾裝置的分開煙草體的可點燃抽吸的裝置，該過濾裝置包括第一段。優(yōu)選地，所述可點燃抽吸的裝置包括比鄰所述切細(xì)的煙草體的第一段和比鄰的位于所述可點燃抽吸的裝置的近端的第二段。這種設(shè)置方便使可點燃抽吸的裝置使用者直接通過所述煙草煙霧過濾裝置的第二段吸入煙霧，從而在使用該可點燃抽吸的裝置時獲得熟悉的感覺。
在本發(fā)明的另一實施方案中，提供制備本發(fā)明所公開的煙草煙霧過濾裝置的方法。該方法產(chǎn)生包括諸如酞菁銅的含銅卟啉的煙草煙霧過濾裝置，其傾向于在過濾裝置制備過程中以及煙草燃燒過程中水分在過濾裝置中累積時均勻分散在所述的過濾裝置中，且在使用中不會從所述過濾裝置中漏出。
所述的方法包括從已共價結(jié)合有一種或多種含銅卟啉的纖維素或從其它材料中制備過濾裝置材料。隨后將所述的過濾裝置材料制成包括至少一段共價結(jié)合有含銅卟啉的材料的煙草煙霧過濾裝置。所述的煙草煙霧過濾裝置還可包括一段或多段基本不含含銅卟啉的材料。使用包括共價結(jié)合的含銅卟啉的過濾裝置材料使得利用現(xiàn)有的設(shè)備可高速、大量制備結(jié)合有本發(fā)明過濾裝置的諸如香煙的可點燃抽吸的裝置。
所述方法包括如下步驟，首先提供一種或多種諸如酞菁銅的含銅卟啉。在優(yōu)選的實施方案中，所述含銅卟啉為酞菁銅三磺酸鹽的乙烯砜(vinylsulfone)衍生物，例如C.I.活性藍(lán)21染料(ORCOREACTIVETurquoise RP，購自O(shè)rganic Dyestuffs Corporation，East Providence，RIUS)。
以下步驟中給出的材料用量是相對量，并僅以示例性方式給出。本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本公開能夠理解，對于商業(yè)產(chǎn)品該用量可以按比例上調(diào)。提供含銅卟啉后，制備含銅卟啉與纖維素纖維重量比約為1.2∶10的混合物，例如約1.2g的含銅卟啉與約10g的適于用作造紙漿的級別的纖維素纖維混合。所述混合物還優(yōu)選包括溶于約200ml無氯水中的約10g硫酸鈉。
隨后，加熱該混合物至約30℃維持約35分鐘，然后，提升該溫度至約70℃維持約60分鐘來完成所述含銅卟啉與纖維素纖維的共價結(jié)合。接下來，在篩網(wǎng)(mesh)上收集所述混合物，并在流水下徹底洗滌，產(chǎn)生含有共價結(jié)合的含銅卟啉的纖維素纖維。利用商業(yè)銷售的設(shè)備將所述共價結(jié)合含銅卟啉的纖維素纖維成型入煙草煙霧過濾裝置的節(jié)段中。該過濾裝置隨后附加到切細(xì)的煙草體上來產(chǎn)生本發(fā)明的可點燃抽吸的裝置。此外，本發(fā)明包括如上所述制備的含銅卟啉浸漬的紙，其用來制造煙草煙霧過濾裝置或用于其它用途。
對于商業(yè)規(guī)模的制造，優(yōu)選在紙漿消耗罐(pulpattrition tank)中進行用于附加諸如C.I活性藍(lán)21的金屬卟啉的共價結(jié)合反應(yīng)，所述紙漿消耗罐例如造紙設(shè)備中使用的那些。更優(yōu)選地，在水中的紙漿加載量約為5％-10％時，開始共價結(jié)合反應(yīng)。通常，在收集到造紙篩(papermaking screen)上之前，將用于制作香煙過濾裝置的紙張的纖維素纖維稀釋到約0.2-0.5％。在進行標(biāo)準(zhǔn)的造紙程序之前，在所述共價結(jié)合反應(yīng)之后通過直接稀釋卟啉結(jié)合的纖維素纖維也可省略該分離步驟。
除含銅卟啉外，制造煙草煙霧過濾裝置的方法還可包括加入一種或多種其它的物質(zhì)到本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置。在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種其它的物質(zhì)是幾丁質(zhì)，一種衍生自節(jié)肢動物的多糖，因幾丁質(zhì)顆粒包括高密度的自由羥基，其可共價附加在金屬卟啉化合物上，例如C.I.活性藍(lán)21染料。干重下，與纖維素相比，幾丁質(zhì)能夠與約四倍量的C.I.活性藍(lán)21染料結(jié)合。在優(yōu)選的實施方案中，用上述反應(yīng)相當(dāng)?shù)姆椒ㄆ渲杏脦锥≠|(zhì)替代所述纖維素，來將幾丁質(zhì)顆粒(購自SigmaChemical Company，St.Louis，MO US)共價結(jié)合到含銅卟啉。以下步驟給出的材料用量是相對量并僅為示例性給出。對于商業(yè)生產(chǎn)，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本公開能夠理解，該用量可以按比例上調(diào)。幾丁質(zhì)顆粒對含銅卟啉的共價結(jié)合可通過例如如下步驟來實現(xiàn)。將0.8g C.I.活性藍(lán)21染料和6.8g硫酸鈉溶解在133ml的蒸餾水中。隨后，加入2.0g幾丁質(zhì)，并在30℃將該混合物輕輕攪拌20分鐘。接下來，加入2.7g碳酸鈉并將所述混合物在30℃靜置15分鐘，隨后在20分鐘內(nèi)從30℃加熱至70℃。隨后攪拌所述混合物并在70℃的溫度下維持60分鐘，來使所述結(jié)合反應(yīng)完成。在燒結(jié)的玻璃過濾器中收集所產(chǎn)生的酞菁銅衍生的幾丁質(zhì)，并用蒸餾水徹底洗滌來去除未反應(yīng)的卟啉和鹽。
通過將共價結(jié)合到幾丁質(zhì)的含銅卟啉與纖維素紙漿以約1∶20至1∶1的干重比例混合將共價結(jié)合到幾丁質(zhì)的含銅卟啉摻和到紙中。所述纖維素也可包括本發(fā)明的共價結(jié)合的含銅卟啉。所述的摻和包括在造紙的啟始步驟中，當(dāng)所述纖維素正在被水浸軟時(在將所述紙漿裝載到篩網(wǎng)上、加壓、干燥之前)將所述幾丁質(zhì)與纖維素紙漿混合。所述幾丁質(zhì)浸漬的纖維素可隨后用于本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置的制造。
在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種其它物質(zhì)是活性碳或者是木質(zhì)素(一種木材成分，是從木材中制備纖維素紙漿時產(chǎn)生的副產(chǎn)物)。這兩種物質(zhì)中的一種或兩種可加入到本發(fā)明的共價結(jié)合了含銅卟啉的纖維素中，特別是用于制造摻和了活性炭或木質(zhì)素的紙。這種情況下，以與上述公開的幾丁質(zhì)相同的方式和比例將活性炭或木質(zhì)素到纖維素中。
此外，在優(yōu)選的實施方案中，將如上述制備的過濾裝置附加在由三醋精處理的標(biāo)準(zhǔn)醋酸纖維素纖維制造的煙草煙霧過濾裝置上來產(chǎn)生包括至少兩段的過濾裝置。優(yōu)選地，包括三醋精處理的醋酸纖維素纖維的節(jié)段位于包括含銅卟啉浸漬的纖維素纖維的節(jié)段的近側(cè)，其遠(yuǎn)離可點燃抽吸的裝置的燃燒端，而所述包括含銅卟啉浸漬的纖維素纖維的節(jié)段位于切細(xì)的煙草體與包括三醋精處理的醋酸纖維素纖維的節(jié)段之間。
對根據(jù)本發(fā)明制備的兩段過濾裝置的有效性檢測如下。將煙草煙霧過濾裝置制備成包括兩段的形式。每一近側(cè)段包括三醋精處理的醋酸纖維素纖維。一個過濾裝置的遠(yuǎn)側(cè)段包括上述所公開的酞菁銅浸漬的纖維素纖維，而其它的過濾裝置的遠(yuǎn)側(cè)段包括沒有用三醋精處理以及沒有用含銅卟啉浸漬的纖維素纖維。隨后將所述兩段過濾裝置放置在塑料管中并保留約0.5cm長的沒有所述過濾裝置的管，并將來自Marlboroe香煙的3cm長的香煙桿填入比鄰所述過濾裝置的所述管的0.5cm空段中來產(chǎn)生所述的可點燃抽吸的裝置。點燃該煙草，并用抽吸泵將該可點燃抽吸的裝置進行十次20ml煙團的抽吸，直到所述煙草燃燒至所述塑料管的末端。從所述管中移去所述過濾裝置并放入以50∶1稀釋的含氨的10ml甲醇中，來從所述過濾裝置中洗脫殘留的多環(huán)芳香烴。將10ml的提取物蒸餾到1ml并用5ml己烷在氧化鋁上進行薄層層析。利用熒光分光光度來估計總的多環(huán)芳香烴含量。結(jié)果提示，本發(fā)明的包括酞菁銅的兩段過濾裝置可滯留80ng的多環(huán)芳香烴，而沒有酞菁銅的兩段過濾裝置滯留6ng的多環(huán)芳香烴。由于所述煙草桿燃燒產(chǎn)生的總多環(huán)芳香烴估計在約100ng至200ng，因此這13倍的增加是特別顯著。因此，根據(jù)本發(fā)明的兩段過濾裝置去除了煙草煙霧中多環(huán)芳香烴總量的約40％至80％。
在另一實施方案中，本發(fā)明的所述煙草煙霧過濾裝置包括含銅卟啉的鐵類似物而不含含銅卟啉。在優(yōu)選的實施方案中，所述類似物是C.I.活性藍(lán)21染料的鐵類似物，其通過酸化C.I.活性藍(lán)21染料、加入硫酸鐵，以及隨后加入適合的堿來制備，這是本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本公開能夠理解的。可選擇地，在C.I.活性藍(lán)21染料的合成的啟始階段可使用諸如無水氯化鐵的鐵鹽來替代銅鹽來產(chǎn)生鐵類似物。對應(yīng)上述公開的所述含銅卟啉浸漬的紙，也可使用所述C.I.活性藍(lán)21染料的鐵類似物來制備用C.I.活性藍(lán)21染料鐵類似物浸漬的紙，用來制備煙草煙霧過濾裝置或其它用途。
在另一實施方案中，本發(fā)明為同時包括諸如酞菁鐵或酞菁銅的一種或多種金屬酞菁，以及一種或多種聚陽離子聚合物的煙草煙霧過濾裝置。在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物具有陽離子部分，所述陽離子部分包括一種或多種伯氨基或仲氨基。在一個實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物選自聚(丙烯亞胺)、聚乙烯胺、聚(2-乙基環(huán)乙亞胺)、聚(2，2-二甲基環(huán)乙亞胺和聚(2，2-二甲基-3-正丙基環(huán)乙亞胺)以及上述物質(zhì)的組合。在優(yōu)選的實施方案中，所述一種或多種聚陽離子聚合物是聚乙烯亞胺(PEI)。諸如PEI的一種或多種聚陽離子聚合物對于從煙草煙霧中去除致突變物、致癌物以及其它毒素是有效的。其還能夠使全部的尼古丁無阻礙地通過所述的過濾裝置，由此增加尼古丁傳輸與致突變物和致癌物的傳輸之間的比值。
當(dāng)所述金屬卟啉摻入到本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置，捕集(trap)或失活煙草煙霧中的致突變物和致癌物時，該金屬卟啉也會減少尼古丁的通過。如本發(fā)明所公開的，在優(yōu)選的實施方案中，所述摻入煙草煙霧過濾裝置的金屬卟啉包括一種或多種陰離子部分，諸如連接到C.I.活性藍(lán)21染料的卟啉環(huán)上的磺酸酯基。所述的聚陽離子聚合物能夠起到部分中和所述磺酸酯基在過濾裝置中對尼古丁的截留作用。因此，在金屬卟啉衍生的纖維素中加入聚陽離子聚合物能夠降低殘留在所述過濾裝置中的尼古丁量，并增加該煙草煙霧中的尼古丁量，而不會阻礙金屬卟啉捕集或失活煙草煙霧中致突變物和致癌物的作用。因此，本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置中的金屬卟啉與聚陽離子聚合物的組合能夠協(xié)同減少煙草煙霧中致突變和致癌化合物對尼古丁的比例，并好于單獨使用金屬卟啉或聚陽離子聚合物時的效果。此外，因煙草吸煙者傾向調(diào)節(jié)其煙霧的吸入量來自我控制尼古丁的滿意劑量，減少致突變和致癌化合物對尼古丁的比例將會減少吸煙者吸入的致突變和致癌化合物的總量。吸煙者攝入致突變和致癌化合物量的減少將會減少與吸煙相關(guān)的發(fā)病率和死亡率。
根據(jù)每分子中單體的數(shù)目，可以獲得多種分子量的諸如PEI的聚陽離子聚合物。在優(yōu)選的實施方案中，在本發(fā)明過濾裝置中使用的聚陽離子聚合物具有大于約1000道爾頓的分子量，以減少所述聚陽離子聚合物進入煙草煙霧的可能性。在特別優(yōu)選的實施方案中，在所述過濾裝置中使用的聚陽離子聚合物具有約1000至100,000道爾頓的分子量。
但缺點是，諸如PEI的聚陽離子聚合物與醋酸纖維素纖維不相容，因此，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，提供包括纖維素的煙草煙霧過濾裝置，其基本不含醋酸纖維素而含纖維素，而且還包括諸如酞菁鐵和酞菁銅的金屬酞菁，以及包括諸如PEI的聚陽離子聚合物。
對于商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，將溶于水或短鏈醇中的聚陽離子聚合物溶液(例如乙醇或異丙醇)噴灑到將用于過濾裝置制備的紙上。當(dāng)紙從輥軸(roll)拉出到卷邊機(crimper)上時或在更早的階段，例如在造紙過程的啟始階段在紙漿被加載到造紙篩上之后，噴灑所述聚陽離子聚合物溶液。在一個實施方案中，溶液中聚陽離子聚合物的濃度為約0.5-50％。在優(yōu)選的實施方案中，溶液中聚陽離子聚合物的濃度為約1-10％。在優(yōu)選的實施方案中，在造紙過程中在所述紙漿被加載到造紙篩之前加入所述聚陽離子聚合物。
如下，通過組建雙區(qū)的過濾裝置來制造本發(fā)明的這一實施方案的煙草煙霧過濾裝置，該雙區(qū)過濾裝置在近端包括標(biāo)準(zhǔn)的醋酸纖維素過濾裝置材料的節(jié)段，并且在遠(yuǎn)端包括用金屬酞菁染色并用PEI處理的纖維素節(jié)段。首先通過粉碎用于制備紙過濾裝置的紙來獲得纖維素(Tela-Kimberly Switzerland GmbH，Balsthal，Switzerland)。獲得粘性的50/50的PEI水溶液(Catalog#P3143，Sigma Chemical Co.，St.Louis，MOUS)。用乙醇稀釋PEI溶液來得到終濃度為5％的PEI(在5％水和90％乙醇中)。將10ml的這種PEI乙醇溶液噴灑到10g Blue 21纖維素紙漿上。將所述紙漿立即浸漬在轉(zhuǎn)頁(rotating-blade)咖啡豆研磨機上直到其具有類似松散棉花的質(zhì)地并在室溫下干燥。類似地用10ml溶于乙醇/水的5％PEI處理10g GGX纖維素。
隨后，用鉗子移去Marlboro柔和(light)香煙(Philip Morris，Richmond，VA US)的過濾裝置，來制備雙過濾裝置。該過濾裝置為27mm長。將能夠緊密安裝到所述香煙的過濾裝置空腔的薄壁塑料管剪切成27mm的節(jié)段。將原來的醋酸纖維素過濾裝置剪切成1cm的節(jié)段。將1cm的醋酸纖維素過濾裝置片插入到所述的塑料管中，且剩余部分用85mg的浸漬纖維素(含有或沒有金屬酞菁染料或PEI)填充。將含有所述醋酸纖維素和纖維素的管插入到已經(jīng)取出過濾裝置的香煙的過濾裝置腔中使纖維素段與所述香煙柱接觸，這樣使得標(biāo)準(zhǔn)的醋酸纖維素材料位于所述香煙的近端，即通常與吸煙者嘴唇接觸的一端。作為對照，通過將原來的過濾裝置插入到27mm長的塑料管中，隨后再將其插入到香煙的過濾裝置空腔中來制備含未處理的醋酸纖維過濾裝置的測試香煙。塑料管起到阻塞圍繞所述過濾裝置的紙中的氣洞的作用，這些氣洞通過空氣稀釋影響煙霧的組成。
現(xiàn)參考表2，其顯示了Cambridge過濾裝置捕獲的來自香煙組(包括每檢測組5支香煙的3次重復(fù))煙霧的微粒物質(zhì)中檢測的焦油(作為致突變化合物的代表)和尼古丁的結(jié)果。使用的吸煙條件為35ml/煙團，煙團持續(xù)時間2秒，且每60秒有一個煙團。由于所有的過濾裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)的醋酸纖維素過濾裝置，均被包裝在塑料管中并插入到所述的過濾裝置空腔中，阻斷了所述過濾裝置中的氣洞(否則在煙霧通過所述過濾裝置時空氣會稀釋該煙霧)。檢測以下各組的過濾裝置1)醋酸纖維素(ca)；2)醋酸纖維素/纖維素雙區(qū)過濾裝置；3)醋酸纖維素/藍(lán)纖維素雙區(qū)過濾裝置；4)加入5％PEI的醋酸纖維素/藍(lán)纖維素雙區(qū)過濾裝置；5)醋酸纖維素/GGX纖維素雙區(qū)過濾裝置；6)加入5％PEI的醋酸纖維素/GGX纖維素雙區(qū)過濾裝置。
表2通過過濾裝置的煙草煙霧的焦油和尼古丁含量(mg/過濾裝置，平均值±SD)
如表所示，將PEI加入到藍(lán)21纖維素過濾裝置和GGX纖維素過濾裝置中使尼古丁對以焦油為代表的致突變化合物的比例顯著增加。
此外，利用相同的吸煙方法在Cambridge過濾裝置上收集了來自每組的其它測試香煙的微粒物質(zhì)(TPM)的總量，并以10mg/ml的濃度溶解在DMSO中。再者，利用S9肝提取物活化，進行了所收集的煙霧微粒物質(zhì)的DMSO提取物對沙門氏菌屬TA98株的艾姆斯致突變分析(Amesmutagenesis assay)。檢測了250和500微克/板的兩個劑量的煙霧提取物。在艾姆斯試驗中，每板的細(xì)菌集落(“回復(fù)突變體(revertant)”)的數(shù)目是所述煙草煙霧提取物突變活性的指標(biāo)，且突變活性進一步反映致癌的潛力。這些實驗的結(jié)果如表3所示。
表3來自通過過濾裝置的煙霧中的總微粒物質(zhì)的致突變活性(平均值±SD)
如表所示，相對未處理的醋酸纖維素，通過含有CI活性藍(lán)21染料或活性綠松石GGX染料衍生的纖維素的過濾裝置的煙霧的致突變活性(致癌可能性的指標(biāo))對總微粒物質(zhì)(主要是焦油+尼古丁)的比值降低了。PEI進一步降低了致突變活性對煙霧TPM比值。因此，通過使尼古丁無阻礙地通過所述過濾裝置同時將致突變物和其它毒物保留在該過濾裝置中，PEI加入到用金屬酞菁染料衍生的過濾裝置材料中會增加尼古丁對焦油的比例，并降低致突變活性對焦油的比值，從而導(dǎo)致煙霧中的尼古丁對致突變活性的比值顯著提高，并高于用包括金屬酞菁但不含PEI的煙草煙霧過濾裝置所實現(xiàn)的比值。
此外，TPM/回復(fù)突變體比值也可用作給定劑量的TPM的致突變活性的指標(biāo)。以下計算利用上述500微克/板實驗獲得的數(shù)據(jù)來進行。
所述醋酸纖維素過濾裝置組具有639回復(fù)突變體(突變細(xì)菌集落)的平均值。因此，在艾姆斯試驗中，500微克的TPM產(chǎn)生639回復(fù)突變體＝每個回復(fù)突變體0.783微克的TPM。所述醋酸纖維素(CA)過濾裝置組具有尼古丁對焦油的比例為0.0677，即每毫克焦油0.0677毫克的尼古丁。在500微克/板的相同絕對劑量的焦油條件下，所述含PEI的藍(lán)21過濾裝置組具有474回復(fù)突變體的平均值，即1.055微克焦油/回復(fù)突變體。所述含有PEI的藍(lán)21過濾裝置組得到0.0777的尼古丁/焦油比例，即0.0777毫克的尼古丁/毫克焦油。
因此，焦油/回復(fù)突變體比值乘以尼古丁/焦油比例得出尼古丁/回復(fù)突變體比值，其為每單位尼古丁的致突變活性數(shù)量的指標(biāo)醋酸纖維素0.783×0.0677＝0.053微克尼古丁/回復(fù)突變體(或18.9回復(fù)突變體/毫克尼古丁)含PEI的藍(lán)211.055×0.0777＝0.082微克尼古丁/回復(fù)突變體(或12.2回復(fù)突變體/毫克尼古丁)含PEI的藍(lán)21對醋酸纖維素的比值為藍(lán)0.082/0.053＝1.54。
因此，與標(biāo)準(zhǔn)的未處理的醋酸纖維素過濾裝置比較，將PEI加入藍(lán)21衍生的纖維素過濾裝置中能夠增加54％的尼古丁對致突變活性的比值。
在本發(fā)明的其它的實施方案中，在所述過濾裝置加入一種或多種pH-調(diào)節(jié)過濾裝置添加劑，用其替代PEI將其與PEI一同加入。在一個實施方案中，所述一種或多種pH-調(diào)節(jié)過濾裝置添加劑為選自碳酸鈉、碳酸鈣、磷酸鈉、磷酸鈣以及陽離子交換樹脂的無機鹽。
在本發(fā)明的另一實施方案中，除一種或多種諸如PEI的聚陽離子聚合物外，所述煙草煙霧過濾裝置還包括幾丁質(zhì)。在本發(fā)明的另一實施方案中，除一種或多種諸如PEI的聚陽離子聚合物和一種或多種諸如C.I.活性藍(lán)21染料的金屬酞菁外，所述煙草煙霧過濾裝置還包括幾丁質(zhì)。
含微囊的過濾裝置根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供用于煙草煙霧的包括多孔基質(zhì)且含有或不含本發(fā)明所公開的其它物質(zhì)的過濾裝置，，所述多孔基質(zhì)中分散有微囊。所述的微囊優(yōu)選包括內(nèi)核和外殼。
所述微囊內(nèi)核包括至少一種植物油。適合的植物油包括至少一種選自蓖麻油、棉仔油、玉米油、葵花籽油、芝麻油、大豆油以及油菜籽油的油。在優(yōu)選的實施方案中，所述植物油為葵花籽油。本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本公開應(yīng)理解其它的油也是適合的。在優(yōu)選的實施方案中，所述植物油的含量為所述微囊干重的約20％至約80％，更優(yōu)選為微囊干重的約30％至約70％。
在優(yōu)選的實施方案中，所述微囊殼也含有諸如葉綠酸的卟啉或諸如酞菁銅的其它卟啉。當(dāng)存在時，所述葉綠酸的含量優(yōu)選為所述微囊干重的約1％至約10％，更優(yōu)選為所述微囊干重的約2％至約5％。
在優(yōu)選的實施方案中，所述微囊殼包括濕潤劑。在優(yōu)選的實施方案中，所述濕潤劑為焦谷氨酸鈉，但是本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本發(fā)明的公開可理解也可使用其它的濕潤劑。在優(yōu)選的實施方案中，諸如焦谷氨酸鈉的所述濕潤劑的含量為所述微囊干重的約10％至約90％，更優(yōu)選為所述微囊干重的約20％至約70％。
在另一實施方案中，所述微囊殼還包括甲基纖維素。在優(yōu)選的實施方案中，所述甲基纖維素的含量為所述微囊干重的約5％至約30％，更優(yōu)選為所述微囊干重的約10％至約25％。
在另一優(yōu)選的實施方案中，除甲基纖維素外或替代甲基纖維素，所述微囊殼還包括諸如聚乙烯醇或聚乙烯吡咯烷酮的聚合劑，或同時包括聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮。在優(yōu)選的實施方案中，所述聚合劑的含量為所述微囊干重的約2％至約30％，更優(yōu)選為所述微囊干重的約5％至約20％。
用于制備本發(fā)明微囊的化合物可從本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員公知的多種來源購得，例如Sigma Chemical Co.，St.Louis，MO US。
可根據(jù)本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員公知的多種方法來制備用于本發(fā)明的微囊。例如，通過將200g植物油與500g的水性懸浮液混和來制備本發(fā)明的微囊，該懸浮液包括位于水中的25g低粘度的甲基纖維素、5g葉綠酸、50g焦谷氨酸鈉以及150g玉米淀粉。將所得混合物乳化并噴霧干燥來形成微囊。
通過在形成圓柱形過濾裝置之前將微囊噴灑在醋酸纖維素過濾裝置束(tow)原料片(sheet)上，可在香煙制造機器處通過噴霧干燥法來形成本發(fā)明的微囊。可選擇地，可預(yù)先制備適合的微囊，并借助振動盤(vibrating pan)或本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本發(fā)明公開可以理解的其它技術(shù)將所述微囊投放到醋酸纖維素過濾裝置原料片上。此外，在過濾裝置原料束碾壓(roll)和成型為過濾裝置材料柱之前，通過將微囊灑入過濾裝置來將微囊摻入預(yù)先制備的過濾裝置中。
本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)理解，含有本發(fā)明微囊的過濾裝置的制造僅需要對常規(guī)過濾嘴-香煙制造設(shè)備進行很小的改造。此外，含有本發(fā)明微囊的過濾裝置的制造費用僅略微高于常規(guī)過濾裝置。
使用中，所述微囊的濕潤劑部分從通過過濾裝置的煙草煙霧中捕集水分。因焦谷氨酸鈉能夠以干燥形式摻入所述過濾裝置中因此是特別優(yōu)選的。
當(dāng)使用時，所述微囊的油部分捕集如嘧啶的某些有害的揮發(fā)性化合物，但不阻擋產(chǎn)生調(diào)味和芳香的化合物的通過。使用時，葉綠酸是煙草煙霧的致癌成分的強力失活劑所述微囊的甲基纖維素部分賦予所述微囊結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但在溫?zé)岷捅┞队谒謺r分散。與大多數(shù)常用的粘性賦予物質(zhì)不同，甲基纖維素能從溫?zé)岬娜芤褐谐恋?。此外，與常用的粘性賦予物質(zhì)比較，其能在更低的溫度下溶解。
當(dāng)含有本發(fā)明微囊的煙草煙霧過濾裝置過濾煙草煙霧時，微囊從煙草煙霧中捕獲熱和水分，其中所述微囊包括焦谷氨酸鈉和甲基纖維素的殼以及植物油和葉綠酸的核。所述甲基纖維素在纖維材料上沉淀能夠增加用于濕濾煙草煙霧的有效表面積。這使得由焦谷氨酸鈉滯留的水分可以快速地分散進入過濾裝置材料中。
葉綠酸幾乎均等地分配在水性和油性環(huán)境之中，使得與葉綠酸單獨位于一相中的情況相比，對煙草煙霧的微粒和汽相形式的毒性和致突變化合物的失活作用加強了。
含有表面活性劑的過濾裝置在另一優(yōu)選的實施方案中，本發(fā)明的過濾裝置還包括至少一種改善煙草煙霧過濾裝置效果的表面活性劑，該過濾裝置含有或沒有本發(fā)明公開的其它物質(zhì)。在特別優(yōu)選的實施方案中，所述表面活性劑的含量為所述過濾裝置干重的約0.1％至約10％，更優(yōu)選約0.1％至約2％。
所述表面活性劑優(yōu)選為無毒的，并可包括一種或多種以下種類的化合物(1)山梨聚糖脂肪酸酯的聚氧化亞烷基衍生物(即聚氧化亞烷基山梨聚糖酯)，(2)多羥基醇的脂肪酸單酯，或(3)多羥基醇的脂肪酸二酯，但本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員參考本發(fā)明公開應(yīng)理解，有其它適合的表面活性劑。
適合的表面活性劑的例子包括乙醇鹽，羧酸酯，甘油酯、聚氧化乙烯酯、脫水山梨醇酯、乙氧基化的(ethoxylated)脫水山梨醇酯、乙氧基化的天然脂肪、油和蠟、脂肪酸甘油酯、聚氧化乙烯脂肪酸酰胺、聚氧化亞烴(polyalkylene oxide)阻斷的共聚物以及聚(氧化乙烯-組成-氧化丙烯)。參考本發(fā)明公開，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)理解也可使用其它適合的表面活性劑。
含有其它物質(zhì)的過濾裝置所述過濾裝置還可包括一種或多種過濾或失活煙草煙霧中的毒性或致突變成分的其它物質(zhì)。這種物質(zhì)的例子包括抗氧劑和自由基清除劑，如谷胱甘肽、半胱氨酸、N-乙酰半胱胺酸、巰乙磺酸鈉、抗壞血酸和N，N’-二苯基-p-苯二胺；乙醛失活劑如烯二醇(enediol)化合物、胺以及氨基硫醇類；亞硝基胺捕獲劑和致癌物失活劑如離子交換樹脂、葉綠素；以及尼古丁捕獲劑如丹寧酸和其它有機酸。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述過濾裝置包括膠態(tài)硅石(colloidal silica)化合物，其可以清除煙草煙霧中的仲胺，因此防止所述仲胺在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為亞硝基胺。參考本發(fā)明公開，本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員應(yīng)理解，也可使用其它適合的物質(zhì)。在優(yōu)選的實施方案中，所述其它物質(zhì)的含量為所述過濾裝置干重的約0.1％至約10％，更優(yōu)選約0.1至2％。
含有本發(fā)明公開的某些物質(zhì)的組合的過濾裝置根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供了包括本發(fā)明公開的物質(zhì)的組合的煙草煙霧過濾裝置。在優(yōu)選的實施方案中，所述過濾裝置包括諸如焦谷氨酸鈉的濕潤劑與干水的組合。這種組合具有協(xié)同改善煙草煙霧的濕過濾的功能。在一個實施方案中，所述過濾裝置的焦谷氨酸鈉含量為干水的水性部分重量的約1％-20％。在優(yōu)選的實施方案中，所述過濾裝置的焦谷氨酸鈉含量為干水的水性部分重量的約5％-10％。
在另一優(yōu)選的實施方案中，所述過濾裝置包括諸如酞菁銅的含銅卟啉與諸如焦谷氨酸鈉的濕潤劑或干水的組合，或同時與兩者的組合。因含銅卟啉在水性環(huán)境中能更好地清除致癌物，因此這些組合是特別優(yōu)選的。在一個實施方案中，所述含銅卟啉包括所述干水重量的約0.5％至約5％。
在另一優(yōu)選的實施方案仲，所述過濾裝置包括葉綠酸與濕潤劑或干水的組合或同時與兩者的組合。在一個實施方案中，所述葉綠酸包括干水重量的約0.5％至約5％，而所述濕潤劑為干水重量的約1％至20％。
這種組合的具體例子為藍(lán)人造纖維(酞菁銅浸漬的人造纖維)與干水的組合。當(dāng)在標(biāo)準(zhǔn)的醋酸纖維素?zé)煵轃熿F過濾裝置的3mm的煙草末端的含量為約10mg至100mg時，所述組合不妨礙抽吸但通過艾姆斯試驗分析其能降低75-80％的煙草煙霧致突變性。此外，這些成分價廉、安全、對環(huán)境無害。
干水與卟啉的組合可通過例如將干燥的卟啉以最多達(dá)甲基化硅石重量的數(shù)量加入到根據(jù)本發(fā)明公開內(nèi)容制造的干水中來制備。必須在所述干水已經(jīng)穩(wěn)定乳化后再加入所述的卟啉。在甲基化硅石中達(dá)到乳化之前，將卟啉溶解在水中會導(dǎo)致不穩(wěn)定的卟啉/干水復(fù)合物。在優(yōu)選的實施方案中，所述卟啉的加入量約為0.1-0.5克/克甲基化硅石。利用相似的方法來產(chǎn)生干水與諸如藍(lán)棉和藍(lán)人造纖維的卟啉衍生的纖維的組合。將該兩種物質(zhì)組合后，振蕩或攪拌該組合物來混勻。
有圓周壁的過濾裝置本發(fā)明的過濾裝置優(yōu)選配置有外部的、圓周狀、水分密封的壁或包裝來防止將吸煙者的手弄濕。這樣的壁可由聚合材料制造，例如本領(lǐng)域所屬技術(shù)人員公知的乙烯醋酸乙烯(ethylvinyl acetate)共聚物、聚丙烯或尼龍。
過濾裝置中物質(zhì)的位置本發(fā)明公開的物質(zhì)可以多種配置方式摻入到本發(fā)明的過濾裝置中。例如，所述基質(zhì)或物質(zhì)可以基本均勻的方式分散在整個過濾裝置中。
可選擇地，所述基質(zhì)或物質(zhì)可僅分散在所述過濾裝置的一段中，例如近半段(最接近吸煙者的一端)、遠(yuǎn)半段(最接近煙草的一端)、近三分之一(最接近吸煙者的一端)、中三分之或遠(yuǎn)三分之一(最接近煙草的一端)。例如所述煙草煙霧過濾裝置可具有一個或多個同時包括一種或多種金屬酞菁和一種或多種聚陽離子聚合物的節(jié)段，以及一個或多個基本不含金屬酞菁和聚陽離子聚合物的節(jié)段。
在另一實施方案中，至少一種物質(zhì)分散在所述過濾裝置的一個節(jié)段中，且至少一種其它物質(zhì)分散在所述過濾裝置的其它段中。此兩段可有重疊區(qū)域。例如，本發(fā)明的過濾裝置可具有分散在所述過濾裝置的遠(yuǎn)三分之一的金屬酞菁、分散在所述過濾裝置近三分之一的聚陽離子聚合物，而中間段同時包括金屬酞菁和聚陽離子聚合物。
在另一實施方案中，將所述物質(zhì)摻入到過濾裝置中隨后附加在標(biāo)準(zhǔn)的煙草煙霧過濾裝置的末端。在優(yōu)選的實施方案中，所述物質(zhì)摻入到煙草煙霧過濾裝置中得到類似截短的標(biāo)準(zhǔn)煙草煙霧過濾裝置，隨后將該截短的過濾裝置附加在標(biāo)準(zhǔn)的煙草煙霧過濾裝置末端。在此實施方案中，與加到可點燃抽吸的裝置近端的商業(yè)銷售的過濾裝置不同，因所述截短的過濾裝置結(jié)構(gòu)類似于標(biāo)準(zhǔn)的過濾裝置，因此使用者不會明顯意識到增加的截短過濾裝置。
此外，本發(fā)明的物質(zhì)能夠摻入到構(gòu)成所述過濾裝置剩余部分的纖維材料與切細(xì)的煙草體之間的過濾層中。
采用本發(fā)明過濾裝置的可點燃抽吸的裝置根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供包括附加到切細(xì)的煙草體的本發(fā)明公開的煙草煙霧過濾裝置的可點燃抽吸的裝置。例如，這種可點燃抽吸的裝置可以是帶有過濾裝置的香煙，該過濾裝置包括一種或多種金屬酞菁和一種或多種聚陽離子聚合物。
過濾煙草煙霧的方法根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供過濾可點燃抽吸的裝置中的煙草的方法。所述方法包括如下步驟首先提供包括附加到切細(xì)的煙草體的本發(fā)明煙草煙霧過濾裝置的可點燃抽吸的裝置。其次，點燃所述的切細(xì)的煙草體使得煙霧通過煙草體進入所述的過濾裝置。隨后，使煙霧通過所述過濾裝置，由此過濾所述煙霧。
制造可點燃抽吸的裝置的方法根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，提供制造可點燃抽吸的裝置的方法。所述方法包括如下步驟首先提供本發(fā)明的煙草煙霧過濾裝置。其次將所述的過濾裝置附加到切細(xì)的煙草體上。
盡管本發(fā)明參考某些優(yōu)選實施方案進行了相當(dāng)細(xì)致的公開，然而也可能有其它的實施方案。因此，所附權(quán)利要求的范圍不應(yīng)局限于本發(fā)明對優(yōu)選實施方案的說明。本發(fā)明引用的所有參考均全部引入作為參考。
權(quán)利要求
1.煙草煙霧過濾裝置，包括一種或多種金屬酞菁，并且還包括一種或多種聚陽離子聚合物。
2.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種金屬酞菁為酞菁銅。
3.如權(quán)利要求2所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述酞菁銅選自C.I.活性藍(lán)21染料和ORCO綠松藍(lán)GGX染料。
4.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種金屬酞菁為酞菁鐵。
5.如權(quán)利要求4所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述酞菁鐵為C.I.活性藍(lán)21染料的鐵類似物。
6.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種聚陽離子聚合物具有陽離子部分，所述陽離子部分包括一種或多種伯氨基或仲氨基。
7.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種聚陽離子聚合物選自聚(丙烯亞胺)、聚乙烯胺、聚(2-乙基環(huán)乙亞胺)、聚(2，2-二甲基環(huán)乙亞胺和聚(2，2-二甲基-3-正丙基環(huán)乙亞胺)以及上述物質(zhì)的組合。
8.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種聚陽離子聚合物是聚乙烯亞胺(PEI)。
9.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種聚陽離子聚合物具有大于約1000道爾頓的分子量。
10.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種聚陽離子聚合物具有約1000至100,000道爾頓的分子量。
11.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，還包括基本不含醋酸纖維素的纖維素。
12.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種金屬酞菁為酞菁銅，且所述聚陽離子聚合物是聚乙烯亞胺。
13.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種金屬酞菁為酞菁鐵，且所述聚陽離子聚合物是聚乙烯亞胺。
14.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述過濾裝置還含有一種或多種不同于所述聚陽離子聚合物的pH調(diào)節(jié)過濾裝置添加劑。
15.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種pH調(diào)節(jié)過濾裝置添加劑是無機鹽。
16.如權(quán)利要求15所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述無機鹽選自碳酸鈉、碳酸鈣、磷酸鈉、磷酸鈣以及陽離子交換樹脂。
17.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，還包括幾丁質(zhì)。
18.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述一種或多種金屬酞菁和所述一種或多種聚陽離子聚合物以基本均一的方式分散在整個所述過濾裝置中。
19.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述煙草煙霧過濾裝置包括第一段和第二段，其中所述第一段包括所述一種或多種金屬酞菁和所述一種或多種聚陽離子聚合物，且所述第二段基本不含金屬酞菁和聚陽離子聚合物。
20.如權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置，其中所述煙草煙霧過濾裝置包括第一段、第二段和第三段，其中所述第一段包括所述一種或多種金屬酞菁而基本不含金屬酞菁，所述第二段同時包括所述一種或多種金屬酞菁和所述一種或多種聚陽離子聚合物，且所述第三段包括所述一種或多種聚陽離子聚合物但基本不含金屬酞菁。
21.包括權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置的可點燃抽吸的裝置。
22.過濾煙草煙霧的方法，包括a)提供權(quán)利要求21所述的可點燃抽吸的裝置；b)點燃切細(xì)的煙草體，從而使煙霧通過所述煙草體進入所述過濾裝置；及使所述煙霧通過所述過濾裝置，由此過濾所述煙霧。
23.制造可點燃抽吸的裝置的方法，包括a)提供權(quán)利要求1所述的煙草煙霧過濾裝置；及b)將所述的過濾裝置附加于切細(xì)的煙草體。
24.如權(quán)利要求23所述的制造可點燃抽吸的裝置的方法，還包括將所述一種或多種聚陽離子聚合物的溶液噴灑到制成所述煙草煙霧過濾裝置的材料上，其中所述聚陽離子聚合物在溶液中的濃度為約0.5-50％。
25.如權(quán)利要求23所述的制造可點燃抽吸的裝置的方法，還包括將所述一種或多種聚陽離子聚合物的溶液噴灑到制成所述煙草煙霧過濾裝置的材料上，其中所述聚陽離子聚合物在溶液中的濃度為約1-10％。
26.如權(quán)利要求23所述的制造可點燃抽吸的裝置的方法，其中所述煙草煙霧過濾裝置包括紙漿制造的紙，且所述方法還包括在將所述紙漿加載到造紙篩之前將所述聚陽離子聚合物加到所述紙漿中。
全文摘要
本發(fā)明公開了包括一種或多種諸如酞菁銅或酞菁鐵的金屬酞菁，并且還包括一種或多種聚陽離子聚合物的煙草煙霧過濾裝置。
文檔編號A24B15/00GK1750764SQ200480004478
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月18日
發(fā)明者里德·馮博斯特爾 申請人:菲利根有限公司