专利名称：烟草烟雾过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及如香烟的可发烟装置(smokable device)的烟草烟雾过滤器。烟草烟雾过滤器包括含锌或铜的金属颗粒，优选铜-锌合金颗粒。
背景技术：
目前，世界上技术的进步随之带来了伴随的社会和环境的问题。在后者中，空气污染占主要地位。目前，进行努力以提升源于工业和工程生产的，和机动车辆排放的空气污垢问题。已经实行更严厉的规章控制和法律以维护社会的健康和环境。国际癌症研究机构(IARC)目前列举出88种化学物质作为“第一组人类致癌物”(IARC专题论文，卷1-82，1987)。在污染的空气中存在着大量的这些物质，这突出了解决污染问题的迫切性。
虽然吸烟是自愿承担的，但吸烟构成了另外的空气污染的危险。在列为致癌物的88种化学物质中，已经报道至少9种作为焦油或残余组分的一部分存在于主流香烟的烟雾中，其包括金属如镉、镍、铬、铍和砷。其它的试剂包括有毒的有机物质如苯、氯乙烯、2-萘胺和4-氨基联苯。已经表明在使用过滤器的吸烟者和简单香烟吸烟者之间具有相对不同的肺癌危险。使用过滤器的吸烟者与简单香烟吸烟者相比，危险低36％。由于带过滤器的香烟减少了吸烟者消耗的焦油水平，在消耗焦油的水平与癌症危险之间的关系可以预见。
在过去40年间，已经降低了香烟中焦油和尼古丁的水平，然而，尼古丁水平的减少可鼓励更频繁的吸烟，在这方面，具有讽刺意味的，又增加了消耗焦油的水平。已经进行一些努力以提高烟草过滤器去除有害物质的能力。
Safaev等人在US5,409,021中建议香烟过滤器包括纤维素纤维组成部分，醋酸纤维组成部分，和另外包括木素作为吸收物质。
Lesser等人的US5,746,231中教导烟草烟雾过滤器包括具有如焦谷氨酸钠或含铜卟啉的湿润剂的多孔基质，湿润剂分散在其中以从烟草烟雾中吸收水分，从而湿-过滤烟草烟雾。
烟草产品中仍然需要新的过滤器系统，在不影响尼古丁水平的情况下能显著的减少有害物质，例如焦油和重金属的水平。
发明概述我们已经发现铜、锌或铜-锌合金的金属颗粒，所谓的RAM，可以作为从烟草烟雾中去除有害物质的有效过滤剂。更为具体的，我们已经发现这种铜-锌合金能有效的结合大量的被归类为致癌物或有毒试剂的物质。这些包括如银、镉、钴、铬、铜、汞、锰、镍、钒、锌和特别是铅的金属。例如，在如香烟的烟草产品中，已经发现在使用RAM之后，香烟焦油中重金属含量减少50-70％。
根据第一方面，发明涉及用于包括烟草主体的可发烟装置的烟草烟雾过滤器，其中所述烟草烟雾过滤器包括含有锌、铜或铜-锌合金的金属颗粒。
优选的，该烟草烟雾过滤器包括纤维状过滤器。
在一个实施方式中，其中所述纤维状过滤器的一端限定了吸入端，且所述金属颗粒位于接近于与所述吸入端相对的所述纤维状过滤器的一端。
在一个实施方式中，所述金属颗粒分散在所述的纤维状过滤器中。
在一个实施方式中，所述金属颗粒分散在所述过纤维状过滤器的一部分中。
在一个实施方式中，所述金属颗粒位于所述纤维状过滤器的第一纤维状过滤器部分和所述纤维状过滤器的第二部分之间。
在一个实施方式中，所述金属颗粒包括锌、铜或铜-锌合金的颗粒，颗粒尺寸范围是0.05-3mm。
在一个实施方式中，所述金属颗粒包括锌、铜或铜-锌合金的颗粒，颗粒尺寸范围是0.1-2mm。
在一个实施方式中，包括的所述金属颗粒的质量范围为0.1-1g。
在一个实施方式中，所述金属颗粒是氧化还原合金介质(RAM)。
根据第二方面，发明涉及可发烟装置，该装置包括烟草主体，其中根据任意在先权利要求1-9的烟草烟雾过滤器固定于所述烟草体，烟草烟雾过滤器包括含锌、铜或铜-锌合金的金属颗粒。
附图简要描述在下面，将结合附图对发明进行更为详细的描述。
图1和2显示了在不具有和具有铜-锌过滤器物质的香烟上进行过滤器测试的实验装置；图3说明了具有过滤器的香烟；和图4-7说明了根据本发明的烟草烟雾过滤器的不同实施方式。
优选实施方式的详细描述已经知道使用流体处理方法用于减少水中的硬度，该方法是通过引入含有铜和/或锌、或铜和锌合金颗粒的细分的金属颗粒物质床。相对于不希望组分的氧化还原电势，金属颗粒物质具有有利于在金属和不希望组分间自发氧化-还原反应的还原-氧化(氧化还原)电势，不希望的组分包括细菌。这种方法是已知的，举例来说，如Heskett的US专利5,433,856和US5,135,654。已知作为“氧化还原合金介质(RAM)”的过滤器介质是高纯度的铜-锌合金，其已经被用于水净化中。从KDFFluid Treatment Inc.可获得不同形式的具有商标KDF的这样的RAM物质，上述两个专利已转让给Fluid Treatment Inc.。
使用RAM的氧化-还原反应允许从污染的水中除去溶解的气体，如氯、硫化氢、甲烷。在RAM中相同或相关的氧化还原反应也允许除去可溶性重金属，和阻止硬度垢的积累。通常，RAM与其它过滤介质一起使用。此外据报道，当发生的氧化还原反应产生明显的电势位移时，该电势位移破坏细胞膜导致微生物死亡，RAM消除或减少微生物的水平。例如，在亚铁离子氧化成三价铁离子过程中产生的羟基和过氧化氢对微生物是有毒的。
尽管US5,135,654教导利用RAM的电势用于液体流体介质和气体流体介质，但RAM有用的性能仅专用的应用于水的净化。然而，本发明的发明人已经发现包括铜和/或锌、且优选铜-锌合金的金属颗粒物质已经被证明具有从烟草烟雾中除去不希望物质的优异性能。
因此，发明涉及烟草烟雾过滤器，包括含铜或锌、且优选铜-锌合金(例如氧化还原介质(RAM))的金属颗粒(particulate or granulate)物质。
在一个优选的实施方式中，提供颗粒(particulate or granulate)形式的RAM合金，该合金可具有基于US标准筛尺寸的从约4-400目的不同的筛分粒度。预计在合金颗粒中存在筛分粒度的分布。包括合金的金属颗粒物质可以以自由粒子提供，或以其它可替换的形式提供、例如通过将颗粒物质附着在多孔体上而制得的聚集多孔体，多孔体可以是任何形状，通过例如烧结或使用粘结剂的另外的工艺的技术制备。
当如本申请所描述而使用时，合金中铜∶锌的重量比可以约为25∶75、约50∶50、约40∶60、约25∶75，或在其间的范围。典型的，合金的颗粒尺寸范围是0.05-3mm，优选的范围是0.1-2mm，具有2-3g/cm3范围内的表观密度。合金能够从空气中结合/吸收/除去污染物。特别的，烟草烟雾过滤器能够结合如银、镉、钴、铬、铜、汞、锰、镍、钒、锌和特别是铅的金属。
合金中的锌比铜更具有反应性和电正性。在合金组分中，可以发现众多粒状高纯双金属对，铜作为永久阴极和锌作为牺牲阳极。金属具有-0.76伏特值和铜具有+0.36伏特值。用Zn作为电子供体的净结果为1.2伏的差值。许多元素形式的金属和金属合金将提供氧化还原电势。
在与重金属反应的情况下，例如铅(Pb)，反应可描述如下
(其中，Cu代表铜，Zn代表锌，Pb代表铅，(NO3)2代表硝酸根)在反应中，锌失去2电子(即被氧化)，然而铅得到2电子(即被还原)。因此，铅沉积在铜上并取代锌，并作为离子进入溶体。
发明的一个实施方式涉及包括RAM的烟草烟雾过滤器，通过RAM组分和空气中发现的需要除去的污染物间的氧化-还原反应除去污染物，污染物例如香烟焦油或重金属污染物，所述反应使得污染物在过滤器表面沉积。然后，过滤器可以通过熔化合金、再次成型为希望的形状和再次使用而得以再生。
在该实施方式的变化中，该装置的使用伴随着水，优选蒸汽的使用。在这样的实施方式中，在使用前或使用中，向过滤器提供(已加热的或未加热的)水。水可以通过例如喷洒、凝结或滴加的方式提供，可以在过滤器使用前、在过滤器使用中连续的、或在过滤器使用中以一定的间隔间歇的提供。已经推测一些氧化还原反应的加速或增强，可提高装置的效率和生产率。然而，水的存在对发明的作用本身并不是必须的。
当如上提到的污染物将要从空气中或其它气体中除去时，包括铜-锌合金的空气净化装置可以用于所有种类的空气净化。特别的，发明包括使用过滤器，过滤器包括铜、锌或铜-锌合金的颗粒形式用以除去过滤烟草烟雾。这样的过滤器可以与壁装式或天花板装式的通气口一起使用，用于过滤从含烟区域通过的空气，含烟区例如房间、吸烟室或独立式吸烟间。优选的，向通气口提供负压，使得含烟区域的空气或烟雾被吸出并强迫通过过滤器。
进行的测试表明，在通过使用烟草产品吸入时，使用包括铜、锌或铜-合金的颗粒形式的过滤器允许除去焦油中多于50％的重金属含量，例如约50％-约70％，例如最高达90％。因此，在用于从含烟区域过滤空气的空气净化装置中使用这种类型的过滤器，对从排出的空气中除去不希望的物质是有效的，从而减少了将由被排出空气携带的那些物质带到暴露其他人的地方的危险。
除了减少普通焦油的水平外，空气净化装置能除去特定的重金属，例如银、镉、钴、铬、铜、汞、锰、镍、钒、锌和特别是铅。已知或怀疑这些中的一些(特别是重金属)是致癌物。因此过滤器既减少了普通焦油的水平，同时又除去了已知或怀疑是致癌物的金属。
因此，总的来说，发明涉及包括铜和/或锌、或铜-锌合金的颗粒形式的烟草烟雾过滤器。例如，这样的过滤器可以作为空气净化装置用于通风系统中的。
根据优选的实施方式，发明涉及包括铜和/或锌、或铜-锌合金的颗粒形式的烟草烟雾过滤器，其位于烟草和烟草产品吸入端之间。图3说明了以香烟30形式的吸烟装置，包括装烟草部分31，优选用纸包裹，和连接在装烟草部分20一端的纤维状过滤器32，纤维状过滤器32同样优选用纸包裹。与部分20相对的过滤器32外端限定了吸烟装置30的吸入端。典型的，纤维状过滤器32可包括纤维素纤维、醋酸纤维或其组合。过滤器32的纤维状含量的实际性能对发明不是重要的，本领域已知一些类型的这样的纤维状过滤器。根据这个实施方式，从烟草烟雾中除去焦油和重金属的能力由引入包括铜和/或锌、或铜-锌合金的颗粒形式的金属过滤器物质的方式提供。
图4说明了烟草烟雾过滤器40的一个具体实施方式
，包括在吸入端，即图中下端的第一过滤器部分41，其包括纤维状物质，例如纤维素或醋酸纤维素。另外烟草烟雾过滤器40还包括含有金属颗粒的第二过滤器部分42，金属颗粒包括铜、锌或铜-锌合金。第二过滤器部分42位于第一过滤器部分41和烟草部分之间，烟草部分位于在第二过滤器部分42之上，如图3所示。金属颗粒可以自由的分散在烟草和纤维状过滤器之间。或者，金属颗粒可以承载在纤维载体上或多孔载体上。
图5说明了烟草烟雾过滤器50的另一个实施方式。在这个实施方式中，包括有纤维状物质的过滤器50具有位于吸入端的第一过滤器部分51和位于朝向过滤器50面向烟草一端的第二过滤器部分52。纤维状物质的第二过滤器部分包括金属颗粒，金属颗粒包括分散在纤维状物质中的铜、锌或铜-锌合金。
图6说明了另一个实施方式，是如图5实施方式的变换方式。没有将包括铜、锌或铜和锌的合金的金属颗粒限制在纤维状过滤器60的一部分，而是该金属颗粒基本上分散在全部纤维状过滤器60中。
图7说明了了烟草产品过滤器70的实施方式，其具有位于吸入端的第一纤维状物质过滤器部分71和位于相对的面向烟草一端的第二纤维状物质过滤器部分72。所述第一71和第二72纤维状物质过滤器部分可以是等同或不同的组成，例如选自纤维素或醋酸纤维素。此外，过滤器70的第三部分73位于所述第一71和第二72过滤器部分之间，并包括含有铜、锌或铜和锌的合金的金属颗粒。所述的金属颗粒可以分散在纤维状物质中，或自由的位于第一71和第二72过滤器部分之间。
在图3-7中描述的实施方式的烟草烟雾过滤器中，所含的包括铜、锌或铜和锌合金的金属颗粒优选具有0.1-1g的质量范围。
当提供有根据发明金属颗粒过滤器的香烟的烟雾被吸入时，污染物如银、镉、钴、铬、铜、汞、锰、镍、钒、锌和特别是铅将与RAM合金结合而不被吸入。然而同时，包括铜、锌或铜-锌合金的颗粒形式的过滤器看起来不会减少尼古丁的水平也不影响吸烟的作用。因此，与不提供本发明过滤器的香烟相比，过滤器将不会导致吸烟的增加。
应该注意的是，根据发明的烟草烟雾过滤器不必固定在烟草主体上，如图3所说明的。烟草烟雾过滤器也可以被限定，或可设计成位于安装在吸烟装置上的分离的过滤器套筒，例如过滤器香烟、无过滤器的香烟或烟斗。
实施例下面给出实施例，说明作为烟草烟雾过滤器的本发明实施方式。提供这个实施例以例证本发明，然而，它们并不意味着以任何方式限制由权利要求覆盖的发明。
实验装置如图1和2所示。在图中，香烟1使用塑料管4进行吸烟，塑料管4通过套筒2与香烟1连接。仅使用普通的过滤器(在香烟1中)作为对照，如图1所示。此外，测试装置包括铜-锌合金(RAM)过滤器5。引导烟雾通过香烟的普通过滤器，当包括RAM过滤器5时，再通过测试过滤器4。测试过滤器4在吸烟前后进行称重。通过吸烟前后过滤器重量的不同计算出焦油的近似量。结果显示当使用具有铜-锌合金颗粒的RAM过滤器时，吸一支香烟所吸入的焦油量减少45％。在测试中，使用0.5gRAM过滤器。
对根据烟盒声明包含1mg焦油的香烟进行测试。仍然在吸烟后，进行的测试显示测试过滤器的重量增加3-5mg，这表明了由于包含RAM过滤器，吸收了相当多的焦油。为了确保吸收的水完全蒸发以至于不增加测试过滤器的质量，称重在数小时后进行。
此外，也已经证明RAM过滤器从烟草烟雾中除去重金属。吸烟前和吸烟后的RAM过滤器中存在的重金属的量的比较在下表1给出。
(*即，mg(重金属)/kg(过滤器膜))表1表1中给出的结果表明，当使用RAM过滤器时，吸烟增加了沉积在香烟过滤器上的重金属含量的量，尤其是铅(Pb)。
具有和不具有RAM的吸烟后的过滤器膜存在的重金属的量的比较如下表2所示。
表2表2中给出的结果表明，大量的重金属尤其是铅被捕获在包括RAM的过滤器膜上。
权利要求
1.用于包括烟草主体的可发烟装置的烟草烟雾过滤器，其特征在于所述烟草烟雾过滤器包括含有锌、铜或铜-锌合金的金属颗粒。
2.如权利要求1的烟草烟雾过滤器，包括纤维状过滤器。
3.如权利要求2的烟草烟雾过滤器，其中所述纤维状过滤器的一端限定了吸入端，且所述金属颗粒位于接近与所述吸入端相对的所述纤维状过滤器一端。
4.如权利要求2的烟草烟雾过滤器，其中所述金属颗粒分散在所述的纤维状过滤器中。
5.如权利要求2的烟草烟雾过滤器，其中所述金属颗粒分散在所述纤维状过滤器的一部分中。
6.如权利要求2的烟草烟雾过滤器，其中所述金属颗粒位于所述纤维状过滤器的第一纤维状过滤器部分和所述纤维状过滤器的第二部分之间。
7.如任意在先权利要求的烟草烟雾过滤器，其中所述金属颗粒包括锌、铜或铜-锌合金的颗粒，颗粒尺寸范围是0.05-3mm。
8.如任意在先权利要求的烟草烟雾过滤器，其中所述金属颗粒包括锌、铜或铜-锌合金的颗粒，颗粒尺寸范围是0.1-2mm。
9.如任意在先权利要求的烟草烟雾过滤器，其中包括的所述金属颗粒具有0.1-1g的质量范围。
10.如任意在先权利要求的烟草烟雾过滤器，其中所述金属颗粒是氧化还原合金介质(RAM)。
11.包括烟草主体的可发烟装置，其特征在于根据任意在先权利要求1-9的烟草烟雾过滤器附于所述烟草体，该烟草烟雾过滤器包括含有锌、铜或铜-锌合金的金属颗粒。
全文摘要
本发明涉及在例如香烟的可发烟装置中附于烟草主体的烟草烟雾过滤器(40)。该烟草烟雾过滤器包括含有锌或铜，优选铜－锌合金的金属颗粒(42)。金属颗粒可以位于烟草体和纤维状过滤器(41)间，或分散在纤维状过滤器中。
文档编号A24D3/00GK1867270SQ200480029660
公开日2006年11月22日 申请日期2004年9月3日 优先权日2003年9月3日
发明者C－G·贝克曼 申请人:雷赛斯股份公司