专利名称：烟草制品过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烟草制品过滤器，特别是具有离子液体的烟草制品过滤器。另外还涉及一种用于减少烟草烟雾中有害物质的方法。发明领域香烟过滤器应减少危害人体健康的物质如凝聚物，即所谓的焦油和香烟烟雾中的气体。此外，通过过滤器使得烟雾稍微柔和一些，由此消除或缩短了吸烟者浓重的味道。对于传统的过滤嘴香烟来说过滤器被软木色的烟嘴包围，使得不可以看到过滤器变成棕色。 目前大多数工业制造的香烟有过滤器。自己卷烟的人可以在香烟店买到过滤器。制造香烟过滤嘴的基本材料大多数是来自木材的纤维素。将纤维素经过复杂的化学过程转变成醋酸纤维素。随后醋酸盐-絮凝物溶解在丙酮中，并从纺纱溶液(Spinnlosung )中纺出长的线。所述纤维的直径为30至50微米。将很多线集中起来形成长纤维束。为了形成过滤器将纤维例如用甘油三醋酸酯逐点粘合，从而获得透气性。这样的过滤器可以阻碍直径为约 0.2微米的颗粒。由此可以截留约40%至70%的颗粒和直至80%的酚类。额外的活性炭过滤器截留直至85%的气相组分。发明简述但是存在对替代的烟草制品过滤器的需求，它可以具有得到改善的过滤作用。这种需求通过根据独立权利要求的烟草制品过滤器，用于从烟草烟雾中除去有害物质的方法和烟草制品过滤器的用途来解决。其它示例性的实施方案在从属权利要求中有所描述。根据本发明的一个示例性方面，提供具有载体材料的烟草制品过滤器，所述载体材料包含固定化的离子液体。“烟草制品过滤器”的概念应理解为适用于全部或部分从烟草烟雾中除去有害物质、颗粒、气体等的所有类型的过滤器。所述烟草制品过滤器尤其适用于构成香烟过滤器、小雪茄过滤器和烟斗过滤器。还应注意到，“烟草”的概念范围很宽并应包括所有可抽的物质。根据一个示例性方面，提供用于从烟草烟雾中除去有害物质的方法，其中所述方法包括提供根据本发明一个示例性方面的烟草制品过滤器，并引导烟草制品烟雾通过所述烟草制品过滤器。所述有害物质特别可以物理方式利用离子液体从烟草烟雾中除去或提取。所述物理提取与化学提取的区别在于，化学提取过程中有害物质结合在例如离子液体的阳离子上或晶体结构，例如沸石的阳离子上。根据本发明的一个示例性方面，提供所述具有包含固定化的离子液体的载体材料的过滤器用于从烟草制品烟雾中除去有害物质的用途。“固定化”的概念特别理解为在载体结构或载体材料上的积聚。所述积聚特别与在构造晶体结构时的固定引入相区分。这种固定引入，例如作为沸石的阳离子，一般来说利用离子键来完成，而所述积聚还可以通过其它力，例如范德华力来完成。总的来说，固定化在本申请意义上应理解为不是晶体结构中的固定引入。
离子液体在公认的文献(例如 Wasserscheid，Peter ;Welton，iTom (Eds.) ；"Ionic Liquids in Synthesis", Verlag Wiley-VCH 2003 ；ISBN 3-527-30515-7 ；Rogers, Robin D. ；Seddon, Kenneth R. (Eds. ) ； ,, Ionic Liquids-Industrial Applications to Green Chemistry"，ACS Symposium Series 818,2002 ；ISBN 0841237891〃 )意义上是液态的有机盐或由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的盐混合物，熔点低于100°C。在所述盐中可以额外溶解有无机盐，另外还有分子助剂。在本申请意义上，随意确定为100°C的熔点极限理解为更宽意义上的离子液体，因此还包括熔点超过100°C，但低于200°C的离子液体。它们其它的特征没有区别。离子液体具有特别令人感兴趣的特性，例如非常低的接近不可觉察的蒸汽压，非常大的液化线(Liquidusbereich)，良好的导电性和不同寻常的溶剂化特性。这些特性使得它可以用在各种技术应用领域。因此可以例如作为溶剂(有机和无机合成时，过渡金属催化，生物催化，相转移催化时，多相反应时，在光化学中，在聚合物合成和纳米科技中)，作为提取剂(在液-液提取和液-气提取时，原油脱硫时，从废水中除去重金属时，液膜提取时)，作为电解液(在电池中、燃料电池中，电容器中，太阳能电池中，传感器中，在电化学中，电镀工艺中，电化学金属加工中，电化学合成中，纳米工艺中)，作为润滑剂，作为热流体 (thermofluide)，作为凝胶，作为用于有机合成的试剂，在“绿色化学”中(代替挥发性有机化合物)，作为抗静电剂，在分析的特殊应用中(气相色谱，质谱，毛细管电泳)，作为液晶等 (未完全列出)。这例如参阅下列文献“Rogers，Robin D. ；Seddon, Kenneth R. (Eds.)； Ionic Liquids-Industrial Applications to Green Chemistry, ACS Symposium Series 818,2002 ；ISBN 0841237891” 和"Wasserscheid，Peter ；ffelton, Tom(Eds. ) ；Ionic Liquids in Synthesis, Verlag Wiley-VCH 2003 ；ISBN 3527305157”。另外，离子液体作为液体或提取剂显示出突出的特性，用于聚合物、生物聚合物 (例如纤维素、甲壳素)、生物质(例如木材，还有纤维素+木质素，还有多酚，蛋白质)， 在例如水溶液中的金属，气体例如C02，NOx,极性有机化合物例如醇、羧酸、醚、酯、酮和胺、芳香烃等。例如见 102003(^93 ，“Ionic liquids for aromatic extraction :Are they ready ？ "；Anjan, Sachin ；Chemical Engineering Progress(2006)，102(12),30-39, Chitin and chitosan dissolved in ionic liquids as reversible sorbents Of C02o "Xie, Haibo ；Zhang, Suobo ；Li, Shenghai. Green Chemistry(2006),8(7),630-633, Wood liquefaction by ionic liquids·，，。Honglu, Xie ;Tiejun, ShL ;Holzforschung (2006), 60 (5), 509-512 禾口 “ Ionic liquids as extraction solvents :where do we stand ，，， Dietz, Mark L. ；Separation Science and Technology(2006)，41(10)，2047-2063。对宽范围内各种应用的离子液体特性的优化，通过改变阴离子和阳离子的结构或改变它们的组合来完成，离子液体通常引入“设计者溶剂”的称呼(见例如FreemantleJ.； Chem. Eng. News,78，2000，37)。通过离子液体的这些特性，可以提供用于烟草制品的过滤器，它适于有效地去除或至少减少烟草烟雾中有害健康的、通常致癌的内容物。所述过滤器特别适用于去除或至少减少烟草烟雾中一种或多种下列内容物。其中特别涉及ο 尼古丁 ；ο焦油和焦油状冷凝物；
ο 一氧化碳、氢氰酸、氧化氮、氨气；ο胼、香豆素、硝基丙烷、尿烷、氯乙烯；ο醛例如甲醛、乙醛、丙烯醛、丁烯醛；ο酸例如醋酸、蚁酸；ο酸酐例如马来酸酐、2，3-二甲基马来酸酐、琥珀酸酸酐；ο酮例如丙酮；ο醇例如甲醇、丙醇；ο芳香族和杂芳族烃例如吖啶、蒽、苯并咪唑、苯并异恶唑、苯并[C]噻吩、苯并呋喃、粗苯、苯并噻唑、苯并噻吩、苯并恶唑、喹唑啉、喹啉、对二氮萘(Chinoxalin)、噌啉、 呋喃、咪唑、吲唑、吲哚、异苯并呋喃、异喹啉、异吲哚、异恶唑、萘、恶唑、嘌呤、吡嗪、吡唑、哒嗪、吡啶、嘧啶、吡咯、噻吩；ο酚和醌例如苯酚、氢醌、焦儿茶酚、3-甲酚、3-和4-甲酚、3-和4_甲基儿茶酚；ο芳香族胺例如苯胺、吡啶、3-甲基吡啶、4-萘胺、4-氨基二苯基、邻甲苯胺；ο多环的芳香烃(PHA)例如蒽嵌蒽、蒽、苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[a]芴、 苯并[b]芴、苯并[ghi] 二萘嵌苯、苯并[c]菲、苯并[a]芘、苯并[e]芘、屈、二苯并[a，h] 恩、二苯并[a，j]蒽、荧蒽、茚并[l，2，3-cd]芘、1-甲基屈、2-甲基屈、3-甲基屈、二萘嵌苯、 菲、芘、三亚苯；ο多环的杂芳族烃例如二苯并[a，h]吖啶、二苯并[a，j]吖啶、咔唑、7H_ 二苯并 [c，g]咔唑、2-氨基-3-甲基咪唑[4,5-f]喹啉[IQ]；ο亚硝胺(TSNA，N-亚硝基化合物)例如N-亚硝基二甲胺、N-亚硝基甲基乙胺、N-亚硝基二乙胺、N-亚硝基二丙胺、N-亚硝基二丁胺、N'-亚硝基-降烟碱 (nortnicotin)、N_亚硝基二乙醇胺、亚硝基吡咯烷和1_亚硝基哌啶、N-亚硝基降烟碱、 4-(甲基亚硝基氨基)-1-(3-吡啶基)-1-丁酮、N'-亚硝基新烟草碱、N'-亚硝基新烟碱；ο金属，特别是重金属，任何形式的(例如作为蒸汽，离子的，颗粒，有机结合)，例如 Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Ag、Cd、Hg、Pb、As、Sb、Bi、Se、Te、Ra、Th、Po ；ο起到机械作用的颗粒(Mechanisch wirkende Partikel)例如炭黑、纤维(例如传统的醋酸纤维素过滤器)，特别是直径和/或长度在μ m至nm范围的那些。下面将描述烟草制品过滤器的构型。但是所述构型的技术特征同样适用于从烟草烟雾中除去有害物质的方法和过滤器的用途。根据所述烟草制品过滤器的示例性实施方案，所述载体材料具有大的内表面。大的内表面特别应理解为，内表面相对于外表面来说非常大。例如内表面为外表面的1000倍以上。这样大的内表面尤其支持或改善了烟草制品过滤器的过滤作用。内表面是所有例如多孔或粒状固体所包含的表面的总和，还有在各个粒子之间或通过孔边缘产生的那些表面。比表面是适合的内表面的测量参数。适合的内表面或适合的比表面如下定义，即可以达到以预先给定的标准所定义的充分的过滤作用。所述预先给定的标准例如是过滤出至少 30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%或更多应过滤出的有害物质。所述载体材料的比表面特别是在约lm2/g至2000m2/g的范围内。
根据所述烟草制品过滤器的一个示例性实施方案，所述载体材料具有选自下述结构的结构多孔结构、海绵状结构、纤维状结构、粉末状结构、粒状结构、膜状结构和箔状结构(folienartigen Mrukturen)。所述纤维状结构特别是以织物形式存在，例如纺织的、纺粘的、缩绒的或针织的。所述粉末状结构特别是烧结的。所述膜状结构和/或箔状结构是折叠的。所述载体材料尤其可以具有对应由多个上述结构构成的混合结构。例如在纤维结构或膜状结构中弓I入粒状结构。适合的是在大的内表面条件下对烟草烟雾具有充足渗透性的所有结构。为此例如形成箔状结构和/或膜状结构作为支撑结构或外部结构，其中引入粒状结构和/或纤维状结构。根据所述烟草制品过滤器的一个示例性实施方案，所述载体材料具有至少一种选自下列材料的材料活性炭、木炭、石材，特别是石灰岩、珊瑚碎屑(Korallenbruch)或浮石、沸石，硅胶(Silicagel)、陶瓷、硅酸凝胶(Kieselgel)、硅藻土、氧化铝、塑料，特别是聚乙烯，玻璃纤维、矿物棉、纸、纤维素、醋酸纤维素和海泡石。所述载体材料尤其具有由多种上述材料构成的混合物。作为这种材料可以是适合用作载体材料的和可以固定化离子液体的材料。所述材料同样特别适合形成提供大的内表面的载体结构。根据所述烟草制品过滤器的一个示例性实施方案，所述离子液体的熔点低于 200°C。所述离子液体的熔点尤其可以低于100°C。根据所述烟草制品过滤器的一个示例性实施方案，所述离子液体对应通式([A]+) a[B]a_)。但是作为离子液体排除下列盐四甲基溴化铵、四乙基溴化铵、四丙基溴化铵和四丁基溴化铵。还排除阴离子亚硫酸盐。根据所述烟草制品过滤器的一个示例性实施方案，[A]+代表特别选自下列阳离子的毒理学上无害的阳离子具有短的烷基侧链的阳离子、在侧链上具有极性官能团的阳离子，和天然的阳离子。具有短的烷基侧链的阳离子的实例特别是具有1至8个碳原子(C1至 C8)和优选1至4个碳原子((^至(；)的那些阳离子。侧链上的极性官能团的实例可以是醇基、醚基、酯基、酮基或氰基。在自然中存在的阳离子的实例例如是胆碱HOCH2CH2N+(CH3)3、 乙酰胆碱H3C-CO-CH2CH2N+(CH3)3、花青素(天然存在的花青素的阳离子=花青素的糖苷配基)，以及所有非毒性的、质子化的或烷基化的天然的氮碱(Stickstoffbasen)(例如生物碱)。根据所述烟草制品过滤器的一个示例性实施方案，[B]a_代表毒理学上无害的阴离子，特别是天然的阴离子。毒理学上无害的阴离子选自来源于果酸、糖酸、氨基酸、脂肪酸、 挥发性的酸和树脂酸或与所述酸结合的阴离子。果酸的实例例如是草酸、苯甲酸、水杨酸、 柠檬酸、酒石酸酸、抗坏血酸、乳酸和苹果酸或草酸盐、苯甲酸盐、水杨酸盐、柠檬酸盐、酒石酸盐、抗坏血酸盐、乳酸盐、苹果酸盐等的质子化阴离子。糖酸的实例特别是糖醛酸和酮酸 (Onsaure )，例如线型或环状的特窗酸、丁糖酮酸、戊糖酸、戊糖醛酸、己糖酸、己糖醛酸， 特别是葡糖酸、葡糖醛酸或葡糖酸盐、葡糖醛酸盐、甘露糖酸盐、甘露糖醛酸盐、半乳糖酸盐 (Galatonat)、半乳糖醛酸盐(feilacturonat)、果糖酸盐(Fructonat)、果糖醛酸盐、木糖酸盐等的质子化阴离子。氨基酸或天然氨基酸的实例尤其是丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、半胱氨酸、谷酰胺、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、丝氨酸、苏氨酸、色氨酸、酪氨酸和缬氨酸。脂肪酸特别是具有4至沈个碳原子((；至(26)的单羧酸，其中所述脂肪酸可以是不饱和的、饱和的或由饱和与不饱和脂肪酸构成的混合物。脂肪酸的实例是烷基酸、烯烃酸、链烷酸、烯基酸、二烯烃酸，特别是癸酸盐 (Caprinat)、十二烷基酸盐、十四烷基酸盐、棕榈酸盐、十六烷基酸(Margarinat)、二十烷基酸(Arachinat)、山嵛酸盐、肉豆蔻酸盐(Myristoleinat)、棕榈油酸盐、岩芹酸盐、油酸盐、 反油酸、异油酸盐、鲸蜡烯酸盐(cetoleinat)、亚麻酸盐(Linolenat)、亚油酸盐(Linolat) 等的质子化阴离子。挥发性酸的实例尤其是乙酸盐、甲酸盐、丁酸盐等的质子化阴离子。“毒理学上无害”的概念尤其应理解为，对应物质的毒性低于预先给定的，例如法律上规定的值，或者物质不存在毒性作用或毒性作用至少不是公知的。这种物质尤其不具有危害健康的作用。“天然的阳离子”或“天然的阴离子”的概念尤其应理解为，已经天然存在于自然中的并因此不同于人类制造的或生产的阳离子或阴离子，即可以称为人为的或合成的阳离子或阴离子。根据所述烟草制品过滤器的一个示例性实施方案，[A]+代表季铵[R1’ R1R2R3NJM^ 鐺阳离子[RpR1R2R3Ph硫鐺阳离子[RpR1R2S]+或杂芳烃(heteroaromatisches)阳离子。Rr^R1,R2和R3代表基团，例如互相独立地代表氢、任选取代的烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、芳基或杂芳基基团；或者基团R1、R1’、R2、R3中的两个与连接在其上的杂原子共同形成环，它是饱和的或不饱和的、未取代的或取代的，并且所述链可以被一个或更多个选自0、S、NH或N-C1-C4-烷基的杂原子中断。但是排除下列情况，即所有基团由氢或质子构成。还排除有机亚硫酸盐作为阳离子的情况。另外，[B]a_是带有负电荷的任意阴离子。所述式的杂芳烃通常是5元或6元的杂芳烃，具有至少一个氮原子和任选的氧原子或硫原子，并且是未取代的或取代的和/或稠合的，优选式IIb的杂芳烃，选自
权利要求
1.一种烟草制品过滤器，它具有包含固定化的离子液体的载体材料。
2.根据权利要求1的烟草制品过滤器，其中所述载体材料具有大的内表面。
3.根据权利要求2的烟草制品过滤器，其中所述载体材料具有选自下述结构的结构 多孔结构、海绵状结构、纤维状结构、粉末状结构、粒状结构、膜状结构和箔状结构。
4.根据权利要求1 3中任一项的烟草制品过滤器，其中所述载体材料具有至少一种选自下列材料的材料活性炭， 木炭，石材，特别是石灰岩、珊瑚碎屑或浮石，沸石，硅胶，陶瓷，硅酸凝胶，硅藻土，氧化铝，塑料，特别是聚乙烯， 玻璃纤维， 矿物棉， 纸，纤维素， 醋酸纤维素，和海泡石。
5.根据权利要求1 4中任一项的烟草制品过滤器，其中所述离子液体的熔点低于 200 "C。
6.根据权利要求1 5中任一项的烟草制品过滤器，其中所述离子液体对应通式 ([A]+)araa_。
7.根据权利要求6的烟草制品过滤器，其中[A]+代表特别选自下列阳离子的毒理学上无害的阳离子具有短的烷基侧链的阳离子、在侧链上具有极性官能团的阳离子，和天然的阳离子。
8.根据权利要求6或7的烟草制品过滤器，其中[B]a_代表毒理学上无害的阴离子，特别是天然的阴离子。
9.根据权利要求6的烟草制品过滤器，其中[A]+代表季铵阳离子[R1YR2R3N]+.磷鐵阳离子[RpR1R2R3P]+,硫鐺阳离子[R1YR2S]+或杂芳烃阳离子。
10.一种用于从烟草烟雾中除去有害物质的方法，所述方法包括提供根据权利要求 1 9中任一项的烟草制品过滤器，引导烟草烟雾通过所述烟草制品过滤器。
11.一种具有包含固定化的离子液体的载体材料的过滤器用于从烟草烟雾中除去有害物质的用途。全文摘要
本发明涉及具有载体材料的烟草制品过滤器，所述载体材料包含固定化的离子液体。术语“烟草制品过滤嘴”尤其可以理解为适用于将有害物质、颗粒、气体等从烟草烟雾中除去的所有类型的过滤器。所述烟草制品过滤器可以尤其适用于形成香烟过滤器、小雪茄过滤器和烟斗过滤器。
文档编号A24D3/14GK102333462SQ201080009751
公开日2012年1月25日 申请日期2010年1月8日 优先权日2009年1月12日
发明者塞普·施泰因勒希纳, 罗兰·卡尔布 申请人:Vtu控股有限公司