흡연 물품을 위한 분해가능한 필터{DEGRADABLE FILTER FOR SMOKING ARTICLES}
본 발명은 흡연 물품을 위한 필터에 관한 것으로, 해당 필터는 재생 셀룰로오스계 섬유, 셀룰로오스 아세테이트 섬유 및 트라이아세틴을 포함하는 여과 재료의 세그먼트로 이루어진다. 본 발명은 또한 흡연 물품을 위한 필터에 관한 것으로, 상기 필터는 재생 셀룰로오스계 섬유와 저분자량의 폴리에테르로 이루어진 여과 재료의 세그먼트로 이루어진다. 본 발명은 이러한 필터들로 이루어진 흡연 물품에도 확장되어 있다.
필터 궐련은 전형적으로 페이퍼 래퍼로 둘러싸여진 담배 컷 충전제의 원통형 로드와, 포장된 담배 로드와 말단 대 말단 관계로 인접해서 축심 정렬되어 있는 원통형 필터로 이루어진다. 해당 원통형 필터는 페이퍼 플러그랩으로 둘러싸여진, 여과 재료, 일반적으로 셀룰로오스 아세테이트 토우로 이루어진다. 통상적으로, 포장된 담배 로드와 필터는 불투명한 페이퍼 재료로 통상 형성되는, 티핑 래퍼의 밴드에 의해서 연결되어 있고, 필터의 전체 길이와, 포장된 담배 로드의 인접 부위를 둘러싼다. 담배가 연소되기 보다는 가열되는 여러 가지 흡연 물품들이 종래에 제안된 적이 있다. 가열된 흡연 물품에서, 에어로졸은 담배와 같은 풍미 발생 기질을 가열함으로써 발생된다. 알려진 가열된 흡연 물품은 예를 들어, 전기적으로 가열된 흡연 물품과, 에어로졸이 연소성 연료 부재 또는 열원으로부터 물리적으로 별개의 에어로졸 형성 재료로의 열전달에 의해서 발생되는 흡연 물품을 포함한다. 흡연 시, 연료 부재로부터의 열전달에 의해서 휘발성 화합물은 에어로졸 형성 기질로부터 방출되고, 흡연 물품을 통해서 흡입된 공기에 수반된다. 방출된 화합물이 냉각됨에 따라, 응축되어서 소비자에 의해서 흡입되는 에어로졸을 형성할 수 있다. 니코틴 함유 에어로졸이 연소 또는 가열 없이, 담배 재료, 담배 추출물 또는 다른 니코틴 소스로부터 발생되는 흡연 물품도 알려져 있다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 흡연 물품을 위한 필터가 제공되고, 해당 필터는 여과 재료의 세그먼트로 이루어지고, 해당 여과 재료는 무작위로 배향되어 있는 재생 셀룰로오스계 섬유와 셀룰로오스 아세테이트 섬유로 이루어진다. 해당 여과 재료는 트라이아세틴으로 추가로 포함하고, 해당 필터는 또한 여과 재료의 세그먼트를 둘러싸고 있는 래퍼를 포함한다.
흡연 물품이 흡연되고, 흡연 물품의 잔여 부분이 버려진 후에, 필터 부분을 가능한 한 빨리 분해하는 것이 바람직하다. 이를 용이하게 하는 흡연 물품을 위한 필터를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
본 발명은 첨부하는 도면에 의거하여 단지 예시할 목적으로 추가로 설명할 것이다:
도1은 본 발명의 구현예에 따른 흡연 물품을 나타낸 것이고; 및
도2는 필터가 포장되지 않은 도1의 흡연 물품을 나타낸 것이다.
용어 "재생 셀룰로오스계 섬유"는 원하는 물리적인 성상을 가지는 셀룰로오스계 섬유를 제공하기 위해서, 자연적으로 발생하는 셀룰로오스 재료를 처리함으로써 형성된 셀룰로오스계 섬유를 말하기 위해서 여기에 사용된다. 재생 셀룰로오스계 섬유를 형성하기 위한 전형적인 공정은 펄프를 형성하기 위해서, 우드칩과 같은 자연적으로 발생하는 셀룰로오스계 재료를 펄핑하는 단계; 셀룰로오스의 물리적인 성상을 변경하기 위해서, 펄프를 적어도 하나의 처리 단계로 보내는 단계; 그리고 예를 들어 방사구금에 의해서 펄프를 통과하는 것에 의해, 셀룰로오스계 섬유를 스피닝함으로써, 처리된 펄프로부터 재생 셀룰로오스계 섬유를 형성하는 단계를 포함한다. 유리하게는, 무작위로 배향되어 있는 재생 셀룰로오스로 이루어진 여과 재료를 사용하는 것은 해당 여과 재료의 분해를 개선시킨다. 이것은 특히 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터의 실질적으로 연속적인 필라멘트와 비교해서, 필터가 버려진 후에 보다 쉽게 분산될 수 있기 때문이다. 섬유의 개선된 분산은 환경으로 섬유 각각의 노출을 증가시켜서, 여과 재료가 분해되는 속도를 증가시킨다. 또한, 여과 재료에서 재생 셀룰로오스계 섬유를 사용하는 것에도 불구하고, 본 발명에 따른 필터는 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터와 비교했을 때, 소비자에게 유사한 풍미를 전달하게 된다. 유사한 풍미 감각은 본 발명에 따른 필터의 여과 재료에 존재하는 셀룰로오스 아세테이트 섬유와 트라이아세틴 바인더 때문이다. 또한, 여과 재료의 구조적 무결성을 개선시키기 위해서 트라이아세틴이 셀룰로오스 아세테이트 섬유에 결합되는 반면에, 트라이아세틴은 재생 셀룰로오스계 섬유에는 결합되지 않아서, 여과 재료의 개선된 분해를 유지하게 된다. 본 발명자들은 또한 재생 셀룰로오스계 섬유로만 이루어진 필터들이 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 필터와 비교했을 때, 흡연 물품의 흡연 시 동일한 수준의 선택적인 페놀 유지(retention)를 나타내지 않는다는 것도 인식하였다. 따라서, 본 발명에 따른 필터는 셀룰로오스 아세테이트 섬유와 트라이아세틴을 재생 셀룰로오스계 섬유를 가지는 필터에 혼입함으로써 이러한 문제를 해결하게 된다. 트라이아세틴은 바람직하게는 필터 세그먼트에서 여과 재료의 약 1 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 필터 세그먼트에서 여과 재료의 약 5 중량% 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 필터 세그먼트에서 여과 재료의 약 3 중량% 내지 약 5 중량%으로 존재한다. 일부 구현예에서, 여과 재료는 추가로 흡연 물품의 흡연 시 필터가 페놀을 선택적으로 유지할 수 있는 능력을 더 개선시키기 위해서 저분자량의 폴리에테르로 이루어진다. 적당한 폴리에테르는 폴리에틸렌 글리콜이다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 글리콜은 수평균 자량이 약 200 내지 약 3600, 바람직하게는 약 400 내지 약 1600이다. 무작위로 배향되어 있는 재생 셀룰로오스계 섬유로 이루어진 여과 재료의 선택적 페놀 유지를 증가시키기 위한 저분자량의 폴리에테르의 사용은 그 자체로 신규하고, 발명적인 구조(inventive arrangement)다. 따라서, 본 발명의 제2 태양에 따르면, 흡연 물품을 위한 필터가 제공되고, 해당 필터는 여과 재료의 세그먼트로 이루어지고, 해당 여과 재료는 무작위로 배향되어 있는 재생 셀룰로오스계 섬유와 저분자량의 폴리에테르로 이루어진다. 필터는 추가로 여과 재료의 세그먼트를 둘러싸고 있는 래퍼로 이루어진다. 상기에 논의한 바와 같이, 저분자량의 폴리에테르를 여과 재료에 혼입하는 것은 여과 재료의 선택적 페놀 유지를 개선시킨다. 이것은 재생 셀룰로오스계 필터가 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터를 대체하는 데 사용되는 경우 중요할 수 있는데, 예를 들어, 재생 셀룰로오스계 섬유는 전통적인 셀룰로오스 아세테이트와 비교했을 때, 선택적 페놀 유지가 거의 나타나지 않기 때문이다. 재생 셀룰로오스계 필터의 선택적 페놀 유지를 개선시키기 위한 저분자량의 폴리에테르의 사용을 하기에 표 1에 나타낸 예를 들어 예시하고 있다: 표 1: 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 필터, 재생 셀룰로오스(리오셀) 필터 및 재생 셀룰로오스(리오셀) + 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 필터에 의한 상이한 페놀 유지의 비교. 데이터는 물품이 흡연될 때 필터를 통해서 통과하는 각 페놀의 양(즉, 필터에 의해서 유지되지 않는 페놀의 양)을 나타낸 것이다. 해당 데이터는 흡연 물품의 흡연 시 필터를 통해서 또한 통과하는 니코틴의 양에 관해서 정규화된다. ISO 4387: Determination of total and nicotine-free dry particulate matter using a routine analytical smoking machine에 따른 흡연 물품(machine)을 사용해서 수집하였다. 적절한 폴리에테르는 폴리에틸렌 글리콜이다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 글리콜은 수평균 자량이 약 200과 약 3600 사이, 바람직하게는 약 400과 약 1600 사이이다. 흡연 물품의 흡연 시 페놀을 선택적으로 제거하기 위한 필터의 기능을 더 개선시키기 위해서, 여과 재료는 트라이아세틴을 포함할 수 있다. 트라이아세틴을 포함시키는 것은 필터 강성을 개선시키는 데에도 도움을 주고, 흡연 물품의 취급 시 그리고 흡연 시 필터 붕괴(collapse)의 가능성을 저하시킨다. 트라이아세틴으로 이루어진 구현예에서는, 트라이아세틴은 바람직하게는 필터 세그먼트에서 여과 재료의 약 1 중량% 내지 약 15 중량%, 더 바람직하게는 필터 세그먼트에서 여과 재료의 약 5 중량% 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 필터 세그먼트에서 여과 재료의 약 3 중량%와 약 5 중량%으로 존재한다. 바람직하게는, 본 발명의 두 가지 태양에 따른 여과 재료는 이하의 테스트: ISO 14855-2005, TEST1: aerobic biodegradation under controlled composting conditions ISO 14851-2004, TEST2: aquatic aerobic respirometric biodegradation test중 하나에 따라 측정했을 때, 약 40일 미만, 바람직하게는 약 30일 미만 내에, 약 30% 이상, 더 바람직하게는 약 40% 이상, 더 바람직하게는 약 50% 이상만큼 분해하게 될 것이다. 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 필터와 비교했을 때 재생 셀룰로오스계 섬유를 포함하는 필터의 개선된 분해를 설명하기 위해서, ISO 14851-2004, TEST2 하에서 상이한 필터들의 분해의 비교를 이하에 그래프 1에 나타내었다: 그래프 1: ISO 14851-2004의 조건 하에서 여러 가지 필터의 분해의 비교. 테스트 필터들은 100% 재생 셀룰로오스계(리오셀)섬유와 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 필터이다. 참고로, 동일한 조건 하에서 순수 셀룰로오스 시료의 분해를 또한 나타내었다. 본 발명에 따른 필터에서 섬유의 무작위 배향은 유리하게는 여과 재료의 기계적 변형에 대한 요구되는 내성을 제공해서 해당 필터는 흡연 물품의 연소 시 소비자에 의해서 잡혀질 때 견딜 수 있다. 섬유의 무작위 배향은 또한 요구되는 흡입저항성을 제공해서, 본 발명에 따른 필터를 사용하는 흡연 경험은 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터를 사용하는 흡연 경험과 실질적으로 동일하게 된다. 본 발명의 두가지 태양에 따른 필터는 27 mm의 길이의 필터의 경우 약 40 mm WG와 250 mm WG 사이, 바람직하게는 27 mm의 길이의 필터의 경우 약 75 mm WG내지 약 175 mm WG, 가장 바람직하게는 27 mm의 길이의 필터의 경우 약 100 mm WG 내지 약 150 mm WG의 흡입저항성을 가질 수 있다. 흡입저항성은 ISO 6565:2002에 기재된 테스트 절차를 이용해서 측정된다. 바람직하게는, 재생 셀룰로오스계 섬유는 권축 스테이풀 섬유이고, 이것은 필터 재료의 공정 시 및 흡연 물품의 다음의 결합 시 섬유의 기계적 분해를 저하시켜서 필터를 형성하는 데 도움을 주게 된다. 섬유는 US 2,647,285에 기재된 방법과 같이, 권축 방직 섬유을 위한 공지의 방법을 사용해서 권축될 수 있다. 권축 스테이풀 섬유는 바람직하게는 약 5 cN/데니어와 약 10 cN/데니어 사이의 장력 하에서 연신 길이가 약 10 mm과 약 30 mm 사이이다. 필터가 버려진 후에, 사용 시 필터의 기계적 무결성과 여과 재료의 분사율 사이의 최적의 균형을 제공하게 된다. 용어 "연신 길이"는 주어진 연신성 로드 하에서 연신될 때 권축된 재생 셀룰로오스 스테이풀 섬유의 평균 길이를 말하기 위해서 여기서 사용된다. 바람직하게는 권축 스테이풀 섬유는 데니어가 약 0.5과 약 8.0 사이, 바람직하게는 약 1.5과 약 5.5 사이, 가장 바람직하게는 약 2.0과 약 3.2이다. 바람직하게는 스테이풀 섬유는 10 mm의 섬유 길이당 권축율이 약 3커브와 약 10커브 사이, 더 바람직하게는 10 mm의 섬유 길이당 약 6커브와 약 8커브 사이이다. 재생 셀룰로오스계 섬유는 리오셀 섬유를 포함할 수 있다. 리오셀 섬유는 유기 용매 스피닝(spinning)공정에 의해서 얻어지는 재생 셀룰로오스계 섬유로 정의된다. 본 발명에 따른 섬유에 사용하기에 적절한 리오셀 섬유는 Lenzing Aktiengesellschaft사로부터 Tencel® 상품명 하에서 상업적으로 이용가능하다. 유리하게는, 리오셀 섬유의 제조 공정은 전통적인 셀룰로오스 아세테이트뿐 아니라, 레이온, 비스코스 등과 같은 다른 재생 셀룰로오스 재료의 제조와 비교했을 때보다 환경친화적이다. 특히, 셀룰로오스 아세테이트의 제조는 코발트 또는 망간을 함유하는 촉매제를 사용한다. 셀룰로오스 아세테이트의 제조는 강하고 불쾌한 냄새도 만들어낸다. 반대로, 리오셀을 형성하는데 사용되는 셀룰로오스 또는 쇄목 펄프는 비독성 용매가 최대 99.5%의 회수율로 재활용되는 폐회로 공정으로 처리된다. 또한, 표백제는 리오셀 섬유의 제조에 요구되지는 않는다. 리오셀의 제조에서 남아 있는 방출물은 생물학적 정화 식물에서 부패될 수 있다. 여과 재료는 재생 셀룰로오스계 섬유와 다른 섬유를 포함할 수 있다. 이러한 추가 섬유는 여과 재료의 제조 시 추가 섬유를 재생 셀룰로오스계 섬유와 혼합함으로써 필터로 혼입될 수 있다. 추가 섬유는 상기에 논의한 것들과 같은, 적절한 수용성 바인더를 사용하는 재생 셀룰로오스계 섬유에 결합될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 제2 태양에 따른 필터의 여과 재료는 필터의 기계적 강성을 증가시키기 위해서 셀룰로오스 아세테이트 섬유를 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 추가로, 여과 재료는 여과 재료의 외관을 변경하는 추가 섬유를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 두 개의 태양에 따른 필터의 여과 재료의 외관은 전통적인 셀룰로오스 아세테이트 토우 필터의 외관과 보다 유사하게 변형될 수 있다. 여과 재료의 외관을 변형하기 위한 섬유는 예를 들어 실크, 면, 폴리에스테르, 리넨, 나일론 및 울을 포함한다. 필터가 버려진 후에 해당 필터의 분산율 및 분해율을 더 개선시키기 위해서, 래퍼는 용해가능한 플러그 랩을 포함할 수 있다. 용어 '용해가능한"은 플러그 랩이 물에 의해서 용액으로 용해가능하다는 것을 말하기 위해서 여기서 사용된다. 유리하게는, 필터가 버려진 후에 용해가능한 플러그 랩은 물과 접촉할 때 파열되고, 분산되어서, 하부(underlying) 여과 재료를 환경에 노출시키고, 여과 재료의 분산율 및 분해율을 증가시킨다. 플러그 랩은 용해가능할 뿐 아니라 생분해가능할 수 있다. 용해가능한 플러그 랩을 포함하는 구현예에서, 플러그 랩은 고분자 필름 시트를 포함하거나, 이루어지고, 해당 고분자 필름은 하나 이상의 수용성 고분자를 포함한다. 플러그 랩을 형성하기 위해서 고분자 필름을 사용하는 것은 비용을 절감시키고, 해당 플러그 랩의 제조를 단순화한다. 구체적으로, 페이퍼 재료와는 반대로, 고분자 필름은 제조 시 어떠한 추가 공정의 필요 없이, 낮은 가스 투과성과 같은 플러그 랩의 원하는 성상을 본질적으로 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 플러그 랩을 투명하게 하는 것이 바람직한 경우, 투명 페이퍼보다 투명 고분자 필름을 제공하는 것이 쉽다. 바람직하게는, 중합체 필름의 5 mm X 5 mm의 정사각형 샘플은 22℃의 온도에서 25 ml의 증류수에 있을 때 72 시간 미만에서 용해하게 될 것이다. 테스트는 용기 크기에서 수행되어서, (시료의 부력으로 인해 테스트 시 해당 시료가 물의 표면 상에 뜨게 될지라도)물의 깊이는 정사각형 샘플을 완전히 잠기게 하기에 충분하게 된다. 수용성 재료가 육안으로 보이지 않을 때 시료는 용해된 것으로 간주된다. 고분자 필름을 형성하기 위한 적당한 고분자 재료들은 이에 한정하는 것은 아니지만, 폴리비닐알코올, 셀로판, 녹말, 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 카르복시메틸셀룰로오스 및 이들의 조합물을 포함한다. 적당한 고분자 필름은 하나 이상의 수용성 고분자로 완전히 제조될 수 있거나, 또는 용해할 수 있거나 용해할 수 없는, 추가 고분자 또는 불활성 무기 충전제를 포함할 수 있다. 고분자 필름은 단일층 또는 다층일 수 있다. 필름이 다층으로 이루어진 경우, 해당 층들은 동일한 고분자 재료로 형성될 수 있거나, 상이한 고분자 재료로 형성될 수 있다. 해당 층들이 상이한 고분자 재료로 형성되는 경우, 각 고분자 재료는 하나 이상의 수용성 고분자를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 에어로졸 형성 기질과, 해당 에어로졸 형성 기질과 축심 정렬로 고정되어 있는 마우스피스를 포함하는 흡연 물품이 제공되고, 해당 마우스피스는 본 발명의 어느 하나의 태양에 따른 필터로 이루어진다. 여기서 사용되는 용어 '에어로졸 형성 기질'은 에어로졸을 형성할 수 있는, 휘발성 화합물을 가열하자마자 방출할 수 있는 기질을 설명하는데 사용된다. 여기서 설명한 흡연 물품의 에어로졸 형성 기질로부터 발생되는 에어로졸은 보이거나 보이지 않을 수 있고, 증기(예를 들어, 실온에서는 보통 액체 또는 고체이지만 기체 상태인 미립자의 기질)뿐 아니라 기체 및 응축된 증기의 액체 방울을 포함한다. 본 발명에 따른 흡연 물품은 에어로졸 형성 기질이 연기를 형성하기 위해서 연소되는 담배 재료 또는 다른 연소성 재료를 포함하는 필터 궐련 또는 다른 흡연 물품일 수 있다. 다른 한편으로는, 본 발명에 따른 흡연 물품은 에어로졸 형성 기질이 에어로졸을 생성하기 위해서 연소되기 보다는 가열되는 재료를 포함하는 흡연 물품일 수 있다. 가열된 흡연 물품의 하나의 타입에서, 담배 재료 또는 다른 에어로졸 형성 재료는 에어로졸을 형성하기 위해서 하나 이상의 전기적 가열 부재에 의해서 가열된다. 또 다른 타입의 가열된 흡연 물품에서는, 에어로졸은 열원의 내, 주변 또는 하류에 위치될 수 있는 에어로졸은 연소성 또는 화학적 열원으로부터 물리적으로 별개의 에어로졸 형성 재료로의 열전달에 의해서 생성된다. 본 발명은 니코틴 함유 에어로졸이 연소 또는 가열 없이 담배 재료, 담배 추출물 또는 다른 니코틴 소스로부터 발생되는 흡연 물품을 추가로 포함한다. 테스트 절차 ISO 14855-2005 조절된 퇴비화 생분해성 테스트는 건조 호기성 조건 하에서 테스트의 생분해성을 결정할 때, 집중적인 호기성 퇴비화 공정의 최적화된 시뮬레이션이다. 접종원은 도시 고형 폐기물의 유기물 분획으로부터 유래되는 안정된 및 숙성 혼합물로 이루어진다. 최적의 산소, 온도 및 습도 조건 하에서 테스트 항목을 집중적으로 혼합(composted)할 경우, 해당 테스트 항목을 접종원과 혼합하고, 고정된(static)리액터 용기로 도입했다. ISO 14855 (2005) 방법 " Determination of the Ultimate Aerobic Biodegradability and Disintegration of Plastics under Controlled Composting Conditions" 에 따라서 테스트를 3회가 아닌 2회 수행했다. ISO 14851-2004 이 테스트는 실험실 조건 하에서 수생, 호기성 생분해성을 결정한다. 테스트 재료는 화학적으로 정의된 액체 배지에 배치되고, 미생물로 스파이크(spiked)했다. 호기성 분해 시, 산소는 소비되고, 탄소질 재료는 CO 2 가스로 전환된다. NaOH 펠릿은 방출된 CO 2 를 가두고, 유도 압력 저하는 소비된 산소와 테스트 재료의 생분해성과 직접적으로 관련되어 있다. 도 1 및 도 2에 나타낸 필터 궐련(10)은 본 발명에 따른, 한쪽 단부가 축심 정렬된 필터(14)에 결합되어 있는 담배 컷 충전제의 포장된 로드(12)를 포함한다. 필터(14)는 여과 재료(16)의 단일 세그먼트를 포함하고, 해당 여과 재료(16)는 무작위로 배향된 재생 셀룰로오스계 섬유, 셀룰로오스 아세테이트 섬유 및 트라이아세틴을 포함한다. 여과 재료(16)는 실크 섬유와 같은, 여과 재료(16)의 외관을 변경하는 다른 섬유를 포함할 수도 있다. 여과 재료(16)는 선택적 페놀 유지를 개선시키기 위해 하나 이상의 바인더를 포함할 수 있고, 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 여과 재료(16)의 세그먼트는 플러그 랩(18)으로 둘러싸여지고, 용해할 수 있거나, 하나 이상의 수용성 고분자를 포함하는 고분자 필립의 시트로 이루어질 수 있다. 포장된 담배 로드(12)와 필터(14)는 티핑 페이퍼의 밴드(20)에 의해서 결합되고, 필터(14)의 전체 길이와, 포장된 담배 로드(12)의 인접 부분을 둘러싼다. 상술한 구체적인 구현예는 필터와 담배 로드를 포함하는 통상적인 흡연 물품에 관한 것이면서, 본 발명에 따른 유사한 구조의 필터는 가열된 흡연 물품에도 사용될 수 있다는 것으로 이해할 것이다.
10: 흡연 물품
12, 14: 필터
16: 여과 재료
18: 래퍼
20: 밴드 |
