包括多功能纤维烟改变材料的滤芯的制作方法

专利名称：包括多功能纤维烟改变材料的滤芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及由烟草制得或衍生自烟草的产品，或者掺入烟草并旨在用于人类消费的产品。特别地，本发明涉及用于诸如卷烟的吸烟制品的滤芯。
背景技术：
流行的吸烟制品，如卷烟，具有基本上圆柱棒形结构，并包括由包装纸包裹的可烟吸材料(如切碎的烟草(例如以配方烟丝的形式))的充填体、卷或柱，由此形成所谓的“可烟吸棒”或“烟草棒”。通常，卷烟具有与烟草棒以端对端关系对准的圆柱形滤芯。通常，滤芯包括由称为“滤嘴卷纸”的纸质材料限制的增塑醋酸纤维素丝束。通常，使用称为“接装纸”的外接包装材料将滤芯附接至烟草棒的一端。还期望将接装材料和滤嘴卷纸穿孔，以提供环境空气对吸入的主流烟气的稀释。卷烟及其各种组分的描述在TobaccoProduction, Chemistry and Technology(烟草生产、化学和技术)，Davis等人(编辑)(1999)中提出。吸烟者通过点燃卷烟的一端并燃烧烟草棒而使用卷烟。吸烟者随后通过在卷烟的相对端(例如，过滤端)抽吸而将主流烟气吸入他/她的口中。
某些用于卷烟的滤芯含有改变主流烟气的化学组成或感官特性的材料。例如，已知将某些吸附材料掺入滤芯，如粒子或颗粒形式的活性炭或木炭材料(总体地为碳质材料)。可使用用于常规达尔马西亚(dalmatian)滤嘴制造的一般类型的技术而将碳质材料的颗粒掺入“达尔马西亚”型过滤区域。用于制造达尔马西亚滤嘴的技术为已知的，代表性的达尔马西亚滤嘴已由菲尔创纳格林斯伯勒公司(Filtrona Greensboro Inc)商业提供。或者，可使用用于常规“腔体”滤嘴制造的一般类型的技术而将碳质材料的颗粒掺入“腔体”型过滤区域。掺入木炭粒子或活性炭类型的材料的各种类型的滤嘴在Touey的美国专利N0.2，881，770、Seligman等人的美国专利N0.3，101，723、Irby等人的美国专利N0.3，236，244、Touey 等人的美国专利 N0.3，311，519、Berger 的美国专利 N0.3，313，306、Chamberlain 的美国专利 N0.3, 319, 629、Lloyd 的美国专利 N0.3, 347, 247、Sublett 等人的美国专利N0.3，349，780、Davis等人的美国专利N0.3，370，595、Sublett等人的美国专利 N0.3，413，982、Watson 的美国专利 N0.3，551，256、Dock 的美国专利 N0.3，602，231、Buisson 的美国专利 N0.3，904，577、Tigglebeck 等人的美国专利 N0.3，972，335、Blakley等人的美国专利N0.5，360，023、Stavridis的美国专利N0.5，909，736和Veluz的美国专利N0.6，537，186 ；Spiers等人的美国专利公布N0.2003/0034085、Chatterjee的美国专利公布N0.2003/0106562、Clark等人的美国专利公布N0.2005/0066982、Hicks等人的美国专利公布 N0.2006/0025292、Coleman, III 等人的美国专利公布 N0.2007/0056600、Fagg 的美国专利公布N0.2008/0142028、Dunlap等人的美国专利公布N0.2008/0173320、Jones的美国专利公布 N0.2008/0295853、Hutchens 的美国专利公布 N0.2009/0288672、Banerjea等人的 PCT W02006/064371、Jupe 等人的 PCT W02006/051422、以及 Cashmore 等人的 PCTW02006/103404中陈述，所述专利以引用方式并入本文。
已开发各种方法和装置以制造含有与吸附材料或其他粒状添加剂结合的纤维丝束材料的滤芯。例如，用于制造达尔马西亚滤嘴的技术为已知的，代表性的达尔马西亚滤嘴已由菲尔创纳格林斯伯勒公司(Filtrona Greensboro Inc)商业提供。可使用用于常规腔体滤嘴制造的一般类型的技术而将碳粒子掺入腔体型过滤区域。参见，例如，可用于或适当修改而用于将材料掺入滤嘴的设备和技术类型，在Sexstone的美国专利N0.3，844，200、Sexstone 的美国专利 N0.4，016，830、Washington 的美国专利 N0.4，214，508、Hall 的美国专利N0.4，425，107、Hall的美国专利N0.4，411，640、Budjinski II等人的美国专利N0.5，322，495、Ercelebi等人的美国专利N0.5，656，412和Spiers等人的美国专利N0.6,837, 281中陈述，所述专利以引用方式并入本文。用于将客体插入过滤材料中的其他布置公开于例如Byrne等人的美国专利N0.4，281，671和Deal的美国专利N0.7，115，085、Thomas等人的美国专利申请公布N0.2007/0068540、Nelson等人的美国专利申请公布N0.2008/0029118、Fagg的美国专利申请公布N0.2008/0142028、Stokes等人的美国专利申请公布N0.2008/0302373、Andresen等人的美国专利申请公布N0.2009/0288667、Hutchens的美国专利申请公布N0.2009/0288672和Nelson等人的美国专利申请公布N0.2010/0101589、以及2009年3月19日提交的美国专利申请系列N0.12/407，260，所述专利以引用方式并入本文。
用于将粒状添加剂掺入滤芯的目前可得的过滤技术遭受数个缺点。包括自由态的粒状添加剂(如活性炭粒子)的腔体滤嘴可能导致主流烟气的污染，也可遭受围绕腔体中松散的粒子床的烟气的窜流。另外，由于在处理过程中产生的粒状尘雾，用于将粒状添加剂掺入腔体滤嘴的制造方法可能是具有挑战性的。将粒状吸附剂添加至纤维丝束内通常涉及使用增塑剂或其他粘合剂材料以将粒子粘附于纤维本体内，这可由于粒子表面被增塑剂或粘合剂污染而导致吸附剂的失活。
本领域需要多功能滤芯，其提供过滤主流烟气的多个不同的机制，并可在现有的滤嘴制造设备和方法修改最少的情况下而以简单的方式制得。发明内容
本发明涉及一种吸烟制品，特别涉及一种棒形吸烟制品(例如卷烟)。所述吸烟制品包括点火端(即上游端)和嘴端(即下游端)。嘴端件位于吸烟制品的末端嘴端，且所述嘴端件允许吸烟制品被置于吸烟者的口中以进行抽吸。所述嘴端件具有过滤棒的形式。所述过滤棒包括多功能纤维过滤材料,所述多功能纤维过滤材料既能过滤粒子,也能过滤主流烟气的气相组分，而无需自由粒子形式的吸附材料。
在一方面，本发明提供了一种滤芯，其适合用于吸烟制品中，并提供对粒状材料和主流烟气的至少一种气态组分的过滤，所述滤芯包括含有多个单独长丝(例如醋酸纤维素或聚烯烃长丝)的至少一个纤维丝束片段，其中每个单独长丝包括嵌入其中的多个吸附材料粒子，所述多个吸附材料粒子由可去除的密封剂至少部分密封。所述经密封的吸附材料粒子中的至少一部分具有暴露于所述单独长丝的表面上的表面积部分，且所述暴露的表面积部分的至少一部分不含密封剂。每个单独长丝还包括外涂层，所述外涂层包括适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团。
在某些实施例中，所述可去除的密封剂为可通过用溶剂处理、暴露于光源或生物降解而去除的密封剂。示例性的密封剂包括表面活性剂、无机盐、聚合物盐、聚乙烯醇、蜡、光反应性材料、生物降解性材料、乙氧基化的炔二醇和它们的组合。水溶性密封剂为特别可用的。
嵌入的吸附剂可变化，但通常为活性炭、分子筛、粘土、离子交换树脂、活性氧化铝、硅胶、海泡石或它们的组合。
通常使用本领域已知的任何涂布技术施用含有反应性基团的连续或不连续涂层，在某些实施例中，使用等离子体处理来沉积涂层。示例性的反应性基团包括氨基基团、纳米粒子、硫醇基团、铜离子和它们的组合。然而，可在本发明中使用能够与任何霍夫曼分析物直接反应、或催化与任何霍夫曼分析物的反应的任何反应性基团。在某些实施例中，反应性基团适于与选自如下的至少一种组分反应:氰化氢、吡啶、喹啉、丁二烯、甲苯胺、萘胺、一氧化碳、氧化一氮、二氧化氮、汞、镉、甲醇、异戊二烯、丙酮、丙烯醛、甲乙酮、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯、酚类和醛类。
在另一实施例中，本发明提供了一种滤芯，其包括至少一个醋酸纤维素纤维丝束片段，所述至少一个醋酸纤维素纤维丝束片段包括多个单独的醋酸纤维素长丝，其中每个单独长丝包括嵌入其中的多个活性炭粒子，所述多个活性炭粒子由可去除的密封剂至少部分密封，且其中所述经密封的活性炭粒子中的至少一部分具有暴露于所述单独长丝的表面上的表面积部分，且所述暴露的表面积部分的至少一部分不含密封剂。
在本发明的另一方面，多功能纤维滤芯通过组合多种纤维类型而提供，每一种纤维类型具有不同的过滤性质，以形成主要由纤维材料制成或基本上由纤维材料制成的多功能复合滤芯。在该方面，所述滤芯通常包括纤维丝束形式的如下纤维过滤材料:
a)醋酸纤维素或聚烯烃长丝；
b)活性炭长丝；和
c)离子交换长丝和催化长丝中的至少一种。
在该实施例中的醋酸纤维素或聚烯烃长丝可为本文描述的经处理的多功能长丝，这意味着所述长丝可包括经部分密封的吸附材料粒子和/或包含适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团的外涂层。所有纤维过滤材料可在同一纤维丝束片段中混合，或者一种或多种纤维过滤材料可在分开的纤维丝束片段中分离。本发明的滤芯可基本上不含自由粒子形式的吸附材料，更特别地，纤维过滤材料通常是能够过滤主流烟气的气态组分的滤芯的仅有的组分。
本发明也提供了包括烟草棒的吸烟制品，所述烟草棒包括可烟吸填料材料，所述可烟吸填料材料包含于外接包装材料内，所述烟草棒附接至本文所述的任何滤芯实施例。
在又一方面，本发明提供了一种提供含有嵌入的吸附材料的醋酸纤维素纤维丝束的方法。所述方法包括如下步骤:使用密封剂处理粒状吸附材料以制得经密封的吸附粒子；混合多个经密封的吸附粒子和醋酸纤维素涂料，所述醋酸纤维素涂料包含溶解于液体溶剂中的醋酸纤维素；将所述醋酸纤维素涂料纺纱成具有嵌入其中的经密封的吸附粒子的长丝；以及从嵌入长丝中的经密封的吸附粒子中去除密封剂的至少一部分，使得所述吸附剂粒子中的至少一部分具有暴露于长丝表面上的表面积部分。所述可去除的密封剂通常可溶于溶剂(如水、超临界二氧化碳或液氮)中，那么去除步骤需要用溶剂处理长丝。
所述方法还可包括用涂料涂布长丝的外表面(例如使用等离子体处理)，所述涂料包含适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团，其中所述涂布步骤在所述去除步骤之前或之后发生。所述方法也可包括一个或多个另外的步骤，包括在丝束带中收集长丝、使用丝束带形成纤维丝束过滤片段、以及将纤维丝束过滤片段附接至烟草棒以形成吸烟制品。


为了协助理解本发明的实施例，现在参考所附附图，所述附图不必要按比例绘制。所述附图仅为示例性的，不应被解释为限制本发明。
图1为具有滤嘴卷烟形式的吸烟制品的分解透视图，其显示了卷烟的可烟吸材料、包装材料部件和过滤棒；
图2为适合用于本发明的一个实施例中的多功能纤维的横截面图3为根据本发明的另一方面的包含多种纤维过滤材料的滤嘴卷烟的横截面图；且
图4为根据本发明的包含多种纤维过滤材料的滤嘴卷烟的一个可选择的实施例的横截面图。
具体实施方式
现在将参考所附附图在下文更完全地描述本发明。本发明可以以许多不同的形式实施，不应解释为局限于本文所述的实施例；相反，提供这些实施例以使本公开满足申请法律要求。自始至终，同样的数字指同样的元件。在本说明书和权利要求书中所用的单数形式“一种”和“所述”包括复数形式，除非上下文明确另外指出。
本发明提供了用于提供多功能过滤性质的吸烟制品的滤芯中的纤维过滤材料，这意味着所述纤维过滤材料能够使用过滤机制的组合而过滤来自吸烟制品的主流烟气，所述过滤机制选自粒子过滤和主流烟气的各种气相组分的过滤。通过在同一滤芯中组合多种不同的纤维类型，或者通过以使纤维能够通过多种不同的机制过滤主流烟气的方式加工单个纤维类型而提供组合的过滤性质。本发明提供了多功能过滤性质而无需自由粒子形式的吸附材料，这意味着吸附粒子能够自由移动，并安置于腔体中或简单地位于纤维丝束中的纤维之间(即不将粒子嵌入单独长丝内)。在优选实施例中，本发明的滤芯基本上不含自由粒子形式的吸附材料，更优选地，完全不含这种材料。本发明的示例性实施例包含以滤芯的总重量计少于约0.5重量％的自由粒子形式的吸附材料，更通常少于约0.1重量％的这种材料。
参见图1，显示了吸烟制品10，其为卷烟形式，并具有本发明的吸烟制品的某些代表性部件。卷烟10包括在外接包装材料16中包含的可烟吸填料材料的充填体或卷的一般圆柱形棒12。棒12常规称为“烟草棒”。烟草棒12的端部为开放的，以暴露可烟吸填料材料。卷烟10显示为具有施用至包装材料16的一个任选的带22 (例如包括诸如淀粉、乙基纤维素或海藻酸钠的成膜剂的印刷涂层)，且所述带在与卷烟的纵轴线成横向的方向上包围卷烟棒。即，带22提供了相对于卷烟的纵轴线的横向区域。带22可在包装材料的内表面上印刷(即面向可烟吸填料材料)，或较低优选地在包装材料的外表面上印刷。尽管卷烟可具有包含一个任选的带的包装材料，卷烟也可具有包含两个、三个或更多个另外的任选的间隔带的包装材料。
点火端18在烟草条12的一端，过滤棒26位于嘴端20。过滤棒26与烟草棒12的一端相邻设置，使得过滤棒和烟草棒优选彼此邻接而以端对端关系轴向对准。过滤棒26可具有一般圆柱体形状，其直径可基本上等于所述烟草棒的直径。过滤棒26的端部允许空气和烟气从其通过。根据本发明，过滤棒26包括本文所述类型的多功能纤维过滤材料。
通风或空气稀释吸烟制品可具有任选的空气稀释装置，如一系列穿孔30，所述穿孔30中的每一个延伸通过接装材料40 (参见图3和4)和滤嘴卷纸28。任选的穿孔30可通过本领域普通技术人员已知的各种技术制得，如激光穿孔技术。或者，可使用所谓的离线空气稀释技术(例如通过使用多孔纸质滤嘴卷纸和预穿孔的接装纸)。
在使用过程中，吸烟者使用火柴或卷烟打火机点燃卷烟10的点火端18。这样，可烟吸材料12开始燃烧。卷烟10的嘴端20置于吸烟者的嘴唇中。通过燃烧可烟吸材料12而产生的热分解产物(例如主流烟草烟气的组分)被抽吸通过卷烟10，通过过滤棒26并进入吸烟者的口中。在抽吸过程中，一定量的粒子和主流烟气的气态组分通过含有本发明的多功能纤维过滤材料的滤芯而被去除。
在第一方面，本发明提供了一种用于吸烟制品滤芯中的纤维，其中粒状吸附材料嵌入长丝结构内，且纤维的外表面任选地进一步以提供适合与主流烟气的一种或多种气态组分反应的多个反应性基团的方式进行加工。可加工这种纤维以产生用于吸烟制品的滤芯的纤维丝束片段，如图3和4中所示的滤芯片段。所得纤维丝束片段将通过以纤维丝束形式提供的纤维而提供对粒状材料的过滤，以及对主流烟气的至少一种气态组分的过滤。气相过滤性质由嵌入的吸附剂和纤维的表面反应性提供。以此方式，可产生具有多功能过滤性质的纤维丝束，而无需可能使制造过程复杂化的自由流动的粒状材料。
进行加工以产生多功能过滤特性的纤维材料可以为适用于形成在卷烟制造中常规使用的纤维丝束的任何纤维材料。醋酸纤维素和聚烯烃(例如聚丙烯)纤维特别好地适用于本发明。尤其优选的是细丝状丝束或纤维丝束，如醋酸纤维素、聚烯烃(如聚丙烯)等。在任何给定的滤芯片段中的纤维丝束的旦尼尔/长丝(即dpf，其中旦尼尔以g/9000m的单位表示)和总旦尼尔可变化。旦尼尔/长丝为丝束的单独长丝的每单位长度的重量的量度，并可被操控以在过滤片段上获得所需压降。在本发明的滤芯中所用的纤维丝束的示例性的rpf范围为约1.5至约8。在本发明中所用的纤维丝束的总旦尼尔的示例性范围为约10，000至约50，000 (例如约15，000或约40，000总旦尼尔)。对于另外的实例，参见Neurath的美国专利N0.3，424，172、Cohen等人的美国专利N0.4，811，745、Hill等人的美国专利N0.4，925，602,Takegawa等人的美国专利N0.5，225，277和Arzonico等人的美国专利N0.5，271，419中所述的过滤材料类型，所述专利的每一个以引用方式并入本文。
通常使用已知技术将诸如三醋精或聚乙二醇的增塑剂以常规量施用至细丝状丝束。在一个实施例中，过滤材料的增塑剂组分包含1:1重量比的三醋精和聚乙二醇。增塑剂的总量一般为约4至约20重量％，优选约6至约12重量％。与构造滤芯相关而使用的其他合适的材料或添加剂对于卷烟滤嘴设计和制造领域的技术人员而言是显而易见的。参见，例如，Rivers的美国专利N0.5，387，285，其以引用方式并入本文。
使用常规滤嘴丝束加工单元，如由北卡罗来纳州温斯顿-塞勒姆的Arjay设备公司(Arjay Equipment Corp., Winston-Salem, N.C)供给的可购得的E-60加工细丝状丝束，如醋酸纤维素。同样可使用本领域普通技术人员已知的其他类型的可购得的丝束加工设备。
本文所用的“吸附材料”指能够通过物理或化学吸附主流烟气的气态组分而改变主流烟气的化学组成的任何材料。某些可用的吸附材料为具有或不具有高度特异性的能够吸附吸烟成分的具有相对较高表面积的材料。吸附材料的示例性类型可包括活性炭、分子筛(例如沸石和碳分子筛)、粘土、离子交换树脂、活性氧化铝、硅胶、海泡石和它们的组合。吸附材料的形式可变化，但通常为颗粒状。在一个实施例中，吸附材料具有约10目至约400目、更优选约30目至约200目的粒子尺寸。
优选的吸附剂为碳质材料，如活性炭材料。示例性的活性炭材料具有超过约200m2/g、常常超过约1000m2/g、经常超过约1500m2/g的表面积，如使用描述于J.Amer.Chem.Soc.,第 60(2)卷，第 309-319 页(1938)中的 Brunauer、Emmet 和 Teller (BET)的方法所确定。这种碳质材料的合适的例子公开于例如Jung等人的EP913100、Tenni son等人的W02008/043982,White 等人的 W02007/104908、Cashmore 等人的 W02006/103404 和 fcanton等人的W02005/023026、以及Zhuang等人的美国专利N0.7，370, 657中，所述专利以引用方式并入本文。
活性炭可衍生自合成或天然来源。诸如人造丝或尼龙的材料可被碳化，之后用氧处理以提供活化碳质材料。诸如木材或椰子壳的材料可被碳化，之后用氧处理以提供活化碳质材料。碳的活性水平可变化。通常，碳具有约60至约150四氯化碳活性(即四氯化碳的收集重量百分比(weight percent pickup))的活性。优选的碳质材料通过使如下材料碳化或热解而提供:浙青煤、烟草材料、针叶木衆、阔叶木衆、椰子壳、杏仁壳、葡萄籽、胡桃壳、澳洲坚果壳、木棉纤维、棉纤维、棉短绒等。合适的碳质材料的例子为可作为PCB和GRC-1l得自卡尔冈公司(Calgon Corp.)或作为G277得自PICA的活化椰子外壳基碳；可作为 S-Sorb、Sorbite、BPL、CRC-1IF、FCA 和 SGL 得自卡尔冈公司(Calgon Corp.)的煤基碳；可作为WV-B、SA_20和BSA-20得自维实维克公司(Westvaco)的木材基碳；可作为HMC、ASC/GR-1和SC II得自卡尔冈公司(Calgon Corp.)的碳质材料；可得自罗蒙哈斯公司(Rohmand Haas)的 Witco Carbon N0.637、AMBERS0RB572 或 AMBERS0RB563 树脂；可得自突出系统公司(Prominent Systems, Inc.)的各种活性炭材料。还参见例如Activated CarbonCompendium (活性炭纲要)，Marsh (编辑)(2001),其以引用方式并入本文。
适合于引入卷烟滤嘴的木炭和活性炭材料的各种类型、各种其他滤芯组分材料、各种类型的卷烟滤芯构造和形式、以及用于将碳质材料引入卷烟滤芯的各种方式和方法陈述于如下专利中=Berger等人的美国专利N0.3，217，715、Berger等人的美国专利 N0.3，648，711、Sexstone 的美国专利 N0.3，957，563、Hall 的美国专利 N0.4，174，720、Neukomm 的美国专利 N0.4，201，234、Lebert 的美国专利 N0.4，223，597、White 等人的美国专利N0.4，771，795、Clearman等人的美国专利N0.5，027，837、Perfetti等人的美国专利N0.5，137，034、Blakley等人的美国专利N0.5，360，023、Gentry等人的美国专利N0.5，568，819、Arterbery等人的美国专利N0.5，622，190、Veluz的美国专利N0.6，537，186、Xue 等人的美国专利 N0.6，584，979、Jupe 等人的美国专利 N0.6，761，174、Paine III 的美国专利 N0.6，789，547 和 Bereman 的美国专利 N0.6，789，548、Jupe 等人的美国专利申请公布N0.2002/0166563、Xue等人的美国专利申请公布N0.2002/0020420、Xue等人的美国专利申请公布N0.2003/0200973、Paine等人的美国专利申请公布N0.2003/0154993、Xue等人的美国专利申请公布N0.2003/0168070、Zhuang等人的美国专利申请公布N0.2004/0194792、Yang等人的美国专利申请公布N0.2004/0226569、Figlar等人的美国专利申请公布N0.2004/0237984、Luan等人的美国专利申请公布N0.2005/0133051、Buhl等人的美国专利申请公布N0.2005/0049128、Crooks等人的美国专利申请公布N0.2005/0066984、Luan等人的美国专利申请公布N0.2006/0144410、Paine, III等人的美国专利申请公布N0.2006/0180164和Coleman, III等人的美国专利申请公布N0.2007/0056600、White的欧洲专利申请579410、以及Banerjea等人的PCTW02006/064371，所述专利以引用方式并入本文。具有引入碳质材料的滤芯的卷烟的代表性的类型可作为“Benson&Hedges Multifilter”由菲利普莫里斯公司(Philip Morris Inc.)(在佛罗里达州在2005年作为称为“Marlboro Ultra Smooth”的菲利普莫里斯公司测试市场品牌)得到，以及作为“Mild Seven”由日本烟草公司(Japan Tabacco Inc.)得到。
示例性的离子交换树脂包含聚合物主链(如苯乙烯-二乙烯基苯(DVB)共聚物、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯酚甲醛缩合物和表氯醇胺缩合物)和附接至聚合物主链的多个带电官能团，并可以为弱碱阴离子交换树脂或强碱阴离子交换树脂。这种树脂的市售实施例包括可得自三菱化学公司(Mitsubishi Chemical Corp.)的DiAION 离子交换树脂(例如WA30和DCA11)、可得自罗蒙哈斯公司(Rohm and Haas)的DUOLITE 离子交换树脂(例如DUOLITE A7)、以及可得自中国大连天源基化学有限公司(DalianTrico Chemical C0.0f China)的XORBEX树脂。也参见陈述于Figlar等人的美国专利N0.6，779，529中的各种吸附材料，所述专利以引用方式并入本文。
通常，吸附材料(例如碳质材料)在纤维成分内的量以干重计为至少约10mg，常常为至少约15mg，且经常为至少约20mg。通常，碳质材料或其他吸附材料在滤芯内的量以干重计不超过约500mg，一般不超过约400mg，常常不超过约300mg，且经常不超过约150mg。
如上所述，粒状吸附材料嵌入纤维构造中，这意味着吸附粒子分散于单独的长丝结构内，但一些部分的粒子暴露于纤维表面上，使得粒子可以与主流烟气相互作用。通过在纤维挤出之前将粒子与纤维组合物混合而将吸附粒子引入纤维材料中。然而，吸附粒子的失活可由粒子与纤维材料或在纤维制造过程中所用的其他化学添加剂之间的相互作用而导致，或者由在纤维制造过程中经历的加工条件而导致。
为了避免此结果，优选的是在将粒子引入纤维材料中之前用密封剂处理吸附材料。所述密封剂可选自但不限于表面活性剂(例如水溶性表面活性剂)、无机盐(例如氯化钠、氯化钙)、聚合物盐、聚乙烯醇、蜡(例如石蜡、棕榈蜡)、光反应性材料、可降解材料、生物降解性材料、乙氧基化的炔二醇和任何其他合适的物质或前述的组合。这种密封剂的特定例子包括由宾夕法尼亚州艾伦镇的空气化工产品公司(Air Products and ChemicalsCorporation, of Allentown, Pa.)销售的 SURFYN0L485W、485、2502 和 465 水溶性表面活性剂；由北卡罗来纳州夏洛特的BASF公司(BASF Corporation, of Charlotte, N.C.)作为TEXTILE WAX-W和SIZE SF-2销售的蜡；以及由俄亥俄州克利夫兰的金特-科林斯公司(Kindt-Collins Company, of Cleveland, Ohio)作为 KINC0878-S 和 KINC0778-H 型号销售的蜡。可以以任何已知的方式将密封剂施用至吸附粒子，例如通过喷涂粒子或将粒子与密封剂的浴混合。在用密封剂处理粒子之后，可将吸附粒子加入至纤维材料并通过挤出加工成纤维。
在之后的一些点时，可从粒子、特别是从暴露于纤维表面上的粒子的表面积的至少一部分去除密封剂的至少一部分。可通过使用可溶于某些溶剂中的密封剂材料而完成密封剂或其一部分的去除。例如，密封剂可以可溶于不同类型的溶剂中，如水(例如蒸汽)、超临界CO2、液氮等。在另一实施例中，可使用光源(例如白炽光、紫外、红外等)来从活性粒子去除密封剂。在又一实施例中，可使用生物材料来去除生物降解性密封剂。示例性的密封剂和使用密封剂以及从材料去除密封剂的方法陈述于Haggquist的美国专利N0.7，247，374中，所述专利以引用方式并入本文。
为了说明的目的，用于将经密封的吸附材料引入纤维的过程将与醋酸纤维素纤维制造过程相关而进行描述，尽管本发明可适于与其他纤维材料一起使用。在常规醋酸纤维素纤维形成中的第一步骤为将纤维素材料酯化。纤维素为由脱水葡萄糖的重复单元形成的聚合物。每个单体单元具有可用于酯取代(例如醋酸酯取代)的三个羟基基团。纤维素酯可通过使纤维素与酸酐反应而形成。为了制备醋酸纤维素，酸酐为醋酸酐。来自木材或棉纤维的纤维素浆柏通常在诸如硫酸的酸催化剂的存在下与醋酸酐和醋酸混合。纤维素的酯化过程常常产生可得的羟基基团向酯基团的基本上完全的转化(例如平均约2.9个酯基团/脱水葡萄糖单元)。在酯化之后，聚合物通常水解以将取代度(DS)降低至约2至约2.5个酯基团/脱水葡萄糖单元。所得产物通常以可在随后加工中使用的薄片形式产生。
为了形成纤维材料，醋酸纤维素薄片通常溶解于溶剂(例如丙酮、甲醇、二氯甲烷或它们的混合物)中以形成粘性溶液。醋酸纤维素在溶液中的浓度通常为约15至约35重量％。如果需要，则可将诸如增白剂(例如二氧化钛)的添加剂加入至溶液中。所得液体有时称为液体“涂料”。
之后，通过将液体挤出通过喷丝头而将醋酸纤维素涂料纺纱成长丝。长丝经过固化/干燥室，所述固化/干燥室在收集之前使长丝凝固。经收集的纤维通常被合并成丝束带，卷曲并干燥。常规卷曲比在1.2至1.8的范围内。纤维通常被包装成适于在随后滤芯形成过程中使用的捆。
形成实际滤芯的过程通常涉及从捆中机械取出醋酸纤维素丝束，并将纤维分离成带状带。使丝束带经受“喷霜”过程，其中丝束带被分离成单独纤维。可例如通过将不同的张力施加至丝束带的相邻部分或者施加气动压力而完成喷霜。随后使起霜的丝束带经过允许纤维收缩的松弛区，之后进入粘合工位。粘合工位通常将诸如三醋精的增塑剂施用至起霜纤维，这使得纤维软化，并允许相邻纤维熔合在一起。粘合过程形成具有增加的刚性的均匀的纤维本体。经粘合的丝束随后在滤嘴卷纸中包装，并切削成过滤棒。醋酸纤维素丝束过程陈述于例如Crawford等人的美国专利N0.2, 953, 838、Crawford等人的美国专利N0.2，794，239、Berger的美国专利N0.5，509，430和Caenen等人的美国专利N0.7，585，441、以及Day等人的美国专利公布N0.2007/0272261和Travers等人的美国专利公布N0.2008/0245376，所述专利以引用方式并入本文。
在本发明中，可在纺纱醋酸纤维素或聚烯烃纤维之前将经密封的吸附粒子引入醋酸纤维素或聚烯烃“涂料”中。换言之，可将粒子掺和至纤维前体溶液中。在这种实施例中，粒子优选不可溶于涂料溶剂(例如丙酮)中，而是在液体组合物中形成浆料或分散体。而且，可例如通过使用常规用于混合添加剂与聚合物材料的双螺杆挤出机在纤维形成之前将吸附粒子与聚合物(例如聚丙烯或醋酸纤维素)干混。以引用方式并入本文的Rauwendaal等人的美国专利N0.6，136，246公开了可在纤维形成之前用于混合粒子与聚合物材料的示例性螺杆挤出机。在纤维形成之前或在纤维形成过程中将粒子引入纤维中的一个优点是形成纤维丝束过滤材料的每个单独纤维将具有分散并嵌入其中的多个粒子。加入至纤维前体溶液中或使用干混技术与聚合物材料掺和的经密封的吸附粒子的量以前体溶液的总重量计或以共混组分的总重量计在约5至约50重量％、更经常约10至约30重量％的范围内。
密封剂的去除可在纤维形成之后在任何时间进行。去除步骤通常涉及将纤维直接暴露于溶解密封剂材料的溶剂。例如，可通过将纤维经过用于可溶于水中的密封剂材料的蒸汽室或热水浴而完成去除。在去除步骤过程中去除的密封剂的量将取决于多种因素，包括密封剂的类型、溶剂的类型和去除过程的苛刻性(例如在溶解过程中存在或不存在搅拌、溶剂的温度等)。在某些实施例中，去除步骤足以从存在于纤维表面上的吸附材料的暴露表面去除至少一部分密封剂。通常，去除步骤主要去除暴露于纤维外表面的密封剂，密封剂的剩余部分保留在纤维中。经去除的密封剂的量常常为覆盖存在于纤维外表面上的吸附粒子的暴露表面的密封剂的约25%至约99%。
尽管较低优选，但吸附粒子，无论其是否是经密封的形式，也可使用陈述于Haggquist的美国专利N0.6，844，122中的类型的静电印刷技术而被印刷至纤维表面上,所述专利以引用方式并入本文。
如上所述，除了引入吸附粒子之外，也任选地处理用于本发明的该实施例中的单独长丝，以将适于与主流烟气的一种或多种气相组分反应的多个反应性基团引入至长丝表面上。所述反应性基团可变化，但优选的反应性基团能够与存在于主流烟气中的一种或多种所谓的霍夫曼分析物反应，或能够催化与所述霍夫曼分析物的反应，所述反应性基团的列表陈述于Travers等人的美国专利申请公布N0.2008/0245376中，所述专利以引用方式并入本文。作为存在于纤维上的反应性基团的反应目标的示例性气相组分包括氰化氢、批啶、喹啉、酚、乙醛、甲醇、异戊二烯、丙酮、丙烯醛和各种醛类(例如丙醛、丁烯醛和丁醛)、甲乙酮、1，3- 丁二烯、丙烯腈、苯、甲苯和苯乙烯。
示例性的反应性基团包括氨基基团(例如作为氨基丙基甲硅烷基的部分)、纳米粒子(例如平均粒径小于一微米的粒子，如各种金属氧化物)、硫醇基团(例如共价结合至诸如硅酸盐的吸附剂粒子的硫代烷基三乙氧基硅烷的形式)、铜离子(例如铜交换分子筛的形式)以及它们的组合。上述官能团或反应性基团中的每一个能够与主流烟气的不同组分相互作用。更特别地，据信胺基团与醛和氰化氢反应，据信铜离子催化氧化一氮和二氧化氮向分子氮的转化，据信硫醇基团去除汞和镉，据信纳米粒子催化一氧化碳向二氧化碳的转化和/或还原醛类、丁二烯、异戊二烯、丙烯醛、氰化氢、甲苯胺、萘胺、氧化一氮、苯和/或酚类。示例性的纳米粒子金属氧化物包括氧化铁、氧化铜、氧化铈、氧化钛、氧化铝和掺杂金属氧化物，如掺杂锆的氧化钇或掺杂钯的氧化锰。适用于本发明中的某些反应性基团陈述于Koller等人的美国专利N0.6，209，547和Li等人的美国专利N0.7，011，096,Li等人的美国专利公布 N0.2004/0025895、Fournier 等人的美国专利公布 N0.2005/0133050，和 Fournier等人的美国专利公布N0.2005/0133053，所述专利以引用方式并入本文。
可通过在同一纤维中组合不同的反应性基团而产生具有调节用于特定最终用途的独特过滤性质的单独纤维,使得主流烟气的各种目标组分可由相同的过滤介质去除。例如，纤维丝束可由使用用于去除氰化氢的可得的胺基团和用于转化氧化一氮的可得的铜离子进行表面处理的纤维形成。
反应性基团结合至纤维表面中的方式可变化。可通过在挤出之前将共聚单体或其他带有反应性基团的添加剂加入至纤维材料(例如将带有反应性基团的添加剂加入至醋酸纤维素涂料)，或者通过在挤出之后将反应性添加剂加入至纤维，从而将反应性基团引入纤维表面。例如，含有所需反应性基团的添加剂可溶解于溶剂中或以浆料的形式使用，然后喷雾至纤维表面或置于纤维经过的浴中。将反应性基团附接至纤维表面的方式可包括化学吸附和物理吸附技术。在纤维成型过程中将添加剂引入醋酸纤维素纤维的示例性方法陈述于Travers等人的美国专利公布N0.2008/0245376中。
在另一实施例中，使用等离子体过程，如在可得自道康宁等离子体方法公司(DowCorning Plasma Solutions)的低压等离子体单元上进行的类型的大气等离子体过程将反应性基团附接至纤维表面。等离子体过程涉及使纤维经过等离子体室，以及将纤维表面暴露于室中的等离子体。也通过例如喷雾器将液体或气体反应性基团前体引入等离子体室中。等离子体处理使得反应性基团附接至纤维表面。由于某些等离子体过程可使活性炭粒子失活，因此可在去除密封剂之前进行等离子体处理过程，从而存在密封剂来保护粒子免于等离子体处理。适用于本发明中的示例性大气压等离子体射流陈述于Babayan等人的美国专利N0.6，194，036和O’Neill等人的美国专利公布N0.2009/0202739中，所述专利以引用方式并入本文。
无论使用何种技术，所得纤维将在其表面上具有提供所需反应性基团的连续或不连续涂层。在纤维表面上的涂层的量可变化，但涂层通常占约0.5至约40重量％，更经常约1.0至约15重量％，以经涂布的纤维的总重量计。然后使用常规技术，例如通过使经涂布的纤维成型为纤维丝束而在吸烟制品中使用经涂布的纤维。
图2示出了根据本发明的如上实施例的示例性的纤维32的横截面图。纤维32包括嵌入纤维结构中的吸附粒子34，粒子中的一些由密封剂36密封。如所示，一部分密封剂36已从存在于纤维32表面上的粒子34去除，作为结果，在纤维表面上的粒子的至少一部分表面积暴露于经过滤芯的主流烟气并能够与所述主流烟气相互作用，所述滤芯使用所述纤维制得。纤维32也涂布有反应性涂层材料37，所述反应性涂层材料37在纤维表面上提供反应性基团38。用于纤维32的基本纤维材料可变化，但通常为醋酸纤维素或聚丙烯。
在本发明的另一方面，如上讨论的多功能纤维由另外类型的纤维代替或补充，所述另外类型的纤维能够提供用于与吸烟制品使用的多功能纤维过滤材料。可选择的方式涉及在同一滤芯中组合具有不同过滤性质的纤维。更特别地，所述方式涉及组合如下的两种或更多种:碳纤维、离子交换纤维和催化纤维。在本发明的该方面，有可能提供其中所有的过滤功能由纤维材料提供的滤芯，这意味着滤芯主要或完全由纤维构造，与粒状吸附材料相反。
每个纤维类型在滤芯中的量可变化，但通常每个纤维类型以约10重量％至约90重量％的量存在，以滤芯中的所有纤维材料的总组合重量计。更经常地，每个纤维类型以约20重量％至约50重量％的量存在。在一个实施例中，每个纤维类型以大约相等的重量份存在。
纤维类型组合的方式可变化，但优选方式涉及使用用于形成卷烟滤嘴的常规技术在纤维丝束混合物中组合每个纤维类型的长丝。该方式允许使用极少修改或无修改的常规滤嘴丝束设备来构造多功能纤维。可选择地，可将一种或多种纤维类型作为分散的添加齐IJ(如短纤维形式的添加剂)加入至纤维丝束，或者作为粘附至不同类型的载体纤维或包围不同类型的载体纤维的复合纤维加入。参见，例如，可用于或适当修改而用于将材料掺入滤嘴的设备和技术类型在Sexstone的美国专利N0.3,844，200、Sexstone的美国专利N0.4，016，830、Washington 的美国专利 N0.4，214，508、Hall 的美国专利 N0.4，425，107、Hall 的美国专利 N0.4，411，640、Budjinski II 等人的美国专利 N0.5，322，495、Ercelebi等人的美国专利N0.5，656，412和Spiers等人的美国专利N0.6，837，281中陈述，所述专利以引用方式并入本文。用于将客体插入过滤材料中的其他布置公开于例如Deal的美国专利N0.7，115，085、Thomas等人的美国专利申请公布N0.2007/0068540、Nelson等人的美国专利申请公布N0.2008/0029118、Fagg的美国专利申请公布N0.2008/0142028、Stokes等人的美国专利申请公布N0.2008/0302373、Andresen等人的美国专利申请公布 N0.2009/0288667、Hutchens 的美国专利申请公布 N0.2009/0288672 和 Nelson 等人的美国专利申请公布N0.2010/0101589、以及2009年3月19日提交的美国专利申请系列N0.12/407, 260，所述专利以引用方式并入本文。
碳纤维可被描述为通过前体纤维的受控热解而获得的纤维。由于碳通常难以成形为纤维形式，市售碳纤维常常通过将前体材料挤出成长丝，随后通常在高温下碳化而制得。用于碳纤维的常见前体包括人造丝、丙烯酸类纤维(如聚丙烯腈或PAN)和浙青(其可包括各向同性浙青和各向异性中间相浙青，以及熔喷浙青纤维)。诸如纤维素的其他前体也可转化为碳纤维。相比于在现有技术卷烟滤嘴中使用的颗粒碳，许多活性炭纤维由于其固有的较大表面积而能够具有相等或更高的活性/克。
KYN0L novo1id纤维(可得自纽约州普莱茨维尔的美国基诺尔公司(AmericanKynol, Inc.，Pleasantville, NY))为通过组合碳化和活化的一步过程转化为活性炭的高性能酚醛纤维。由人造丝或丙烯酸类形成碳纤维一般由稳定、碳化和石墨化组成，稳定、碳化和石墨化各自在连续高温下发生，以充分去除非碳物种，如氧、氮和氢。使用浙青制备纤维也通常包括稳定和碳化，然而，浙青通常作为碳纤维成型过程的部分纺纱，而来自人造丝或丙烯酸类的预成型纤维可直接使用。活化可有时加入另外的制备步骤。碳纤维的来源包括东丽株式会社(Toray Industries)、帝人东邦公司(Toho Tenax)、三菱公司(Mitsubishi)、住友公司(Sumitomo Corporation)、赫克赛尔公司(Hexcel Corp.)、氰特工业公司(Cytec Industries)、卓尔泰克公司(Zoltek Companies)和 SGL集团(SGL Group)。示例性的市售碳纤维包括可得自美国基诺尔公司(American Kynol, Inc.)的ACF-1603-15和 ACF-1603-20。
碳纤维常常以三种分别的方式分类。首先，它们可基于模量和强度分类。例子包括超高模量(UHM)纤维(模量>450Gpa)、高模量(HM)纤维(模量为350至450Gpa之间)、中等模量(頂)纤维(模量为200至350Gpa之间)、低模量高拉伸(HT)纤维(模量〈lOOGpa且拉伸强度>3.0Gpa)和超高拉伸(SHT)纤维(拉伸强度>4.5Gpa)。第二，碳纤维可基于用于制备纤维的前体材料分类(例如PAN、人造丝、浙青、中间相浙青、各向同性浙青或气相成长纤维)。第三，碳纤维可基于最终热处理温度分类。例子包括类型I，高热处理(HTT)纤维(最终热处理温度为2，000° C以上)；类型II，中等热处理(IHT)纤维(最终热处理温度大约1，500° C);和类型III低热处理(LHT)纤维(最终热处理温度不大于1，000° C)。如上碳纤维分类的任意种可用于本发明中。
碳纤维可被部分碳化，其中仅纤维的外表面被碳化。这些可称为双区域纤维，并可得自德克萨斯州安格乐顿的卡布德克斯公司(Carbtex Corporation ofAngleton, Texas)。
原料、制备含碳纤维的方法和含碳纤维的类型的例子公开于如下专利:Chamberlain 的美国专利 N0.3，319，629、Sublett 等人的美国专利 N0.3，413，982、Buisson 的美国专利 N0.3, 904, 577、Bynre 等人的美国专利 N0.4, 281, 671、Arakawa等人的美国专利N0.4，876，078、Brooks等人的美国专利N0.4，947,874、Iizuka的美国专利N0.5，230，960、Paul, Jr.的美国专利N0.5，268，158、Noland等人的美国专利N0.5，338，605、Endo 的美国专利 N0.5，446，005、Bair 的美国专利 N0.5，482，773、Nagata等人的美国专利N0.5, 536, 486、Arterbery等人的美国专利N0.5, 622, 190和Panter等人的美国专利N0.7，223，376、以及Xue等人的美国专利公布N0.2003/0200973、Zhang等人的美国专利公布N0.2006/0201524和Newbery等人的美国专利公布N0.2006/0231113,全部专利以引用方式并入本文。有关PAN基碳纤维的公开内容特别(包括其制造商)在可在 http://www.acq.0sd.mi I/ip/does/pan_carbon_f iber_report_to_congress_10-2005.pdf 在线获得的题为 “Polyacrylonitrile (PAN) Carbon Fibers Industrial CapabilityAssessment:OUSD(AT&L) Industrial Policy” (2005 年 10 月)的会议的报告中提供，其以引用方式并入本文。
离子交换纤维为能够与来自吸烟制品的主流烟气的气相组分进行离子交换的纤维。这种纤维通常通过将离子交换材料的粒子嵌入纤维结构或者用离子交换树脂涂布纤维而构造。存在于纤维中的离子交换材料的量可变化，但通常为约10至约50重量％，更常常为约20至约40重量％，以离子交换纤维总重量计。示例性的离子交换纤维描述于Rembaum等人的美国专利N0.3, 944, 485和Economy等人的美国专利N0.6, 706, 361中，所述专利以引用方式并入本文。离子交换纤维可购自白俄罗斯的Fiban。来自Fiban的示例性的产品包括FIBAN A-1 (具有-N+(CH3)3Cr官能团的单官能强碱纤维)、FIBAN AK-22-1 (具有^ N、=NH和-C00H官能团的多官能纤维)、FIBAN K-1(具有_ S03_H+官能团的单`官能强碱纤维)、FIBAN K-3 (具有-C00H、-NH2和=NH官能团的多官能纤维)、FIBAN K-4 (具有-C00H官能团的单官能弱酸纤维)、FIBAN X-1 (亚氨基二乙酸纤维)、FIBAN K_l_l (类似于由氰亚铁酸钾钴改性的FIBAN K-1的强酸纤维)、FIBAN Α-5 (具有-N(CH3)2、=NH和-C00H官能团的多官能纤维)、FIBANA-6和Α-7 (具有强碱和弱碱胺基团的多官能纤维)、FIBAN AK-22B (类似于FIBAN K-3的多官能纤维)JPFIBAN S (具有[FeOH]2+官能团的单官能纤维)。
催化纤维为能够催化主流烟气的一种或多种气相组分的反应、由此降低或消除抽吸通过滤芯的烟气中的气相组分的存在的纤维。示例性的催化纤维催化存在于主流烟气中的一种或多种气态物种(如一氧化碳、氮氧化物、氰化氢、儿茶酚、氢醌或某些酚类)的氧化。用于本发明中的氧化催化剂通常为氧化主流烟气的一种或多种气态物种的催化金属化合物(例如金属氧化物，如氧化铁、氧化铜、氧化锌和氧化铈)。示例性的催化金属化合物描述于如下专利中=Seehofer等人的美国专利N0.4，182，348、Dale等人的美国专利N0.4，317，460、Elliott等人的美国专利N0.4，956，330、Creighton等人的美国专利 N0.5，050，621、Augustine 等人的美国专利 N0.5，258，340、McCormick 的美国专利N0.6，503，475、McCormick 的美国专利 N0.6，503，475、Li 等人的美国专利 N0.7，011，096、Li等人的美国专利N0.7，152，609、Luan等人的美国专利N0.7，165，553、Hajaligol等人的美国专利N0.7，228,862、Saoud等人的美国专利N0.7，509,961、Dellinger等人的美国专利N0.7，549，427、Pillai等人的美国专利N0.7，560，410和Bock等人的美国专利N0.7，566，681、以及Billiet等人的美国专利公布N0.2002/0167118、Yadav等人的美国专利公布N0.2002/0172826、Lee等人的美国专利公布N0.2002/0194958、Lilly Jr.等人的美国专利公布 N0.2002/014453,Bereman 等人的美国专利公布 N0.2003/0000538,Baner jee等人的美国专利公布N0.2005/0274390,Banerjee等人的美国专利公布N0.2007/0215168、Gedevanishvili等人的美国专利公布N0.2007/0251658、Banerjee等人的美国专利公布N0.2010/0065075、Banerjee等人的美国专利公布N0.2010/0125039和Sears等人的美国专利公布N0.2010/0122708，全部专利以全文引用方式并入本文。
催化纤维可通过例如将催化材料的粒子嵌入纤维结构或者用催化材料(如金属氧化物粒子)涂布纤维而构造。存在于纤维中的催化材料的量可变化，但通常为约10至约50重量％，更常常为约20至约40重量％，以离子交换纤维总重量计。也以引用方式并入本文的PCT申请N0.W01993/005868描述了使用通过将经表面处理的霍加拉特材料涂布至纤维载体上而形成的催化纤维，所述霍加拉特材料为可得自位于北卡罗来纳州莫里斯维尔的北卡罗来纳石开究中心(North Carolina Center for Research located in Morrisville, NorthCarolina)的包含氧化铜和氧化锰的材料。特别地，在该文献中描述的催化剂将在室温下氧化气体，如甲烷和非甲烷烃类和卤化烃类。
图3示出了根据本发明的如上实施例的示例性的滤芯26的横截面图。过滤棒26包括纤维丝束片段，所述纤维丝束片段包含细丝状丝束形式的四种分别的纤维材料的混合物。首先，纤维丝束可包含常规醋酸纤维素或聚丙烯纤维，或者包含图2所示类型的经处理的多功能纤维。另外，纤维丝束片段也包含碳纤维组分A、离子交换纤维组分B和催化纤维组分C。在图4所示的可选择的实施例中，滤芯26包括两个纤维丝束过滤片段26a和26b。在滤芯26的烟草端处的纤维丝束过滤片段26a包括与图2相关描述的多种不同的纤维组分，且在滤芯的嘴端处的纤维丝束过滤片段26b包含常规纤维丝束过滤材料，如醋酸纤维素丝束。
图3-4示出了具有一个或两个纤维丝束过滤片段的滤嘴实施例。然而，本发明涵盖其中超过两个过滤片段存在于滤嘴中的实施例。通常，根据本发明的滤芯具有I至6个片段，常常具有2至4个片段。
尽管图3-4示出了其中四种不同的纤维类型在同一纤维丝束过滤片段中混合的实施例，但本发明涵盖包括少于四种不同的纤维类型的实施例以及其中不同的纤维类型分开在不同的过滤片段中的实施例。例如，本发明包括其中单独的纤维丝束过滤片段包含如下组合的滤芯实施例:示于图2中的多功能纤维与碳纤维、离子交换纤维和催化纤维中的一种或多种的混合物；碳纤维与离子交换纤维和催化纤维中的一者或两者的混合物；以及离子交换纤维与催化纤维的混合物。不同的纤维类型可存在于同一纤维丝束片段中，或每个单独的纤维类型可在其本身的纤维丝束片段内分离。可选择地，纤维的多个不同的混合物可在不同的纤维丝束片段中使用，如含有第一片段和第二片段的滤芯，所述第一片段包含催化纤维和碳纤维的纤维丝束混合物，所述第二片段包含离子交换纤维和常规醋酸纤维素纤维或图2所示类型的经处理的醋酸纤维素纤维的纤维丝束混合物。
代表性的卷烟10的尺寸可变化。优选的卷烟为棒形，可具有约12mm至约30mm、经常约16mm至约25mm的周长，并可具有约70mm至约120mm、经常约90mm至约IlOmm的总长度。
滤芯26的长度可变化。典型的滤芯可具有约20mm至约40mm、经常约20mm至约30_的总长度。对于包含多个不同构造的片段的滤嘴，每个片段通常具有约5至约15_的长度。
对于经空气稀释或通风的卷烟，空气稀释或通风的量或程度可变化。经空气稀释的卷烟的空气稀释量常常大于约10%，一般大于约20%，经常大于约30%，有时大于约40%。通常，经空气稀释的卷烟的空气稀释水平小于约80%，经常小于约70%。本文所用的术语“空气稀释”为抽吸通过空气稀释装置的空气体积与抽吸通过卷烟并离开卷烟的末端嘴端部分的空气和烟的总体积的比例(表示为百分比)。
通常，使用可得自菲尔创纳仪器自动化公司(Filtrona Instruments andAutomation Ltd)的 Filtrona Cigarette Test Station(CTS Series)测量对应于抽吸阻力的卷烟的压降值。压降可表示为将17.5cc/sec的空气抽吸通过或穿过从烟草棒侧至滤芯的嘴端的过滤区域所需的水的mm。一个示例性的卷烟在17.5cc/sec气流下显示出约100至约300mm水压降之间的压降。优选的卷烟在17.5cc/sec气流下显示出约150至约200mm水压降之间的压降值。
可使用各种类型的卷烟组分，包括烟草类型、烟草共混物、顶部敷料(topdressing)和外包材料、共混物堆积密度和烟草棒的纸质包装材料的类型。参见例如，在Johnson, Development of Cigarette Components to Meet Industry Needs (满足工业需要的卷烟组分的发展)，52ndT.S.R.C.(1998年9月)、Jakob等人的美国专利N0.5，101，839、Arzonico 等人的美国专利 N0.5, 159, 944、Gentry 的美国专利 N0.5, 220, 930 和 Kraker 的美国专利N0.6，779，530、Ashcraft等人的美国专利申请公布N0.2005/0016556、Nestor等人的美国专利申请公布N0.2005/0066986、Fitzgerald等人的美国专利申请公布N0.2005/0076929、Thomas 等人的美国专利申请公布 N0.2006/0272655、Coleman III 等人的美国专利申请公布N0.2007/0056600和Oglesby的美国专利申请公布N0.2007/0246055中描述的卷烟组分的各种代表性类型，以及各种卷烟设计、形式、构造和特性，所述专利中的每一个以引用方式并入本文。最优选地，整个可烟吸棒由可烟吸材料(例如配方烟丝)和外接外部包装材料的层组成。
可使用常规纸质包装材料构造用作接装材料和滤嘴卷纸的包装材料(即滤芯26的外包装层)，或用作可烟吸棒的包装材料16的包装材料。通常，包装材料包括纤维材料和嵌入或分散于所述纤维材料内的至少一种填料材料。所述纤维材料可变化，但通常为纤维质材料。所述填料材料通常具有基本上水不可溶的粒子的形式，并可引入无机组分。示例性的填料材料包括碳酸钙、酒石酸钙、氧化镁、氢氧化镁凝胶、碳酸镁、粘土、硅藻土材料、二氧化钛、Y氧化招材料和硫酸韩粒子。
包装材料、包装材料组分和经处理的包装材料的示例性类型描述于Herron的美国专利N0.4，804, 002、Dube等人的美国专利N0.4，941，486、White等人的美国专利N0.5, 105, 838、Arzonico等人的美国专利N0.5, 271, 419、Gentry的美国专利N0.5，220, 930、Wermers等人的美国专利N0.5，490, 875、Miyauchi等人的美国专利N0.6，706，120、Hancock等人的美国专利N0.7，195，019、Ashcraft等人的美国专利N0.7，237，559和Hancock等人的美国专利N0.7，275，548、Woodhead等人的美国专利申请公布N0.2003/0114298、Ashcraft等人的美国专利申请公布N0.2003/0131860和Holmes 的美国专利申请公布 N0.2004/0237980、Fournier 等人的 PCT W001/08514、以及Hajaligol等人的PCT W003/043450，所述专利以引用方式并入本文。代表性的包装材料可作为 R.J.雷诺兹烟草公司(R.J.Reynolds Tobacco Company) 119、170、419、453、454、456、465、466、490、525、535、557、652、664、672、676 和 680 级购自史怀哲-毛迪特国际公司(Schweitzer-Maudit International)。包装材料的孔隙率可变化，并通常为约0C0RESTA单位至约100C0RESTA单位之间，常常为约10C0RESTA单位至约90C0RESTA单位之间，通常为约20C0RESTA单位至约80C0RESTA单位之间。
用于多片段滤嘴卷烟的滤芯组分或滤芯片段通常使用常规用于提供多片段卷烟滤嘴组分的棒成型单元类型由过滤棒制得，如可作为KDF-2和KDF-3E得自Haun1-WerkeKorber & C0.KG的那些。通常，使用丝束加工单元提供过滤材料，如过滤丝束。能够加工醋酸纤维素丝束的示例性丝束加工单元可作为由北卡罗来纳州温斯顿-塞勒姆的Ar jay设备公司(Arjay Equipment Corp., Winston-Salem, NC)供应的 E-60 而购得。其他示例性的丝束加工单元可作为AF-2、AF-3和AF-4购自Haun1-Werke Korber & C0.KG0另夕卜，用于操作过滤材料供给单元和滤嘴制造单元的代表性的方式和方法陈述于Byrne的美国专利N0.4，281，671、Green, Jr.等人的美国专利N0.4，862，905、Siems等人的美国专利N0.5,060,664、Rivers的美国专利N0.5，387，285和Lanier, Jr.等人的美国专利N0.7，074，170，所述专利以引用方式并入本文。用于将过滤材料供给至过滤棒成型单元的其他类型的技术陈述于Pryor等人的美国专利N0.4，807, 809和Raker的美国专利N0.5，025，814，所述专利以引用方式并入本文。
例如，通常由具有常规用于制造滤嘴卷烟的通用形式和构造的所谓的“六联”过滤棒、“四联”过滤棒和“两联”过滤棒提供的多片段滤芯可使用常规类型或适当修改的卷烟棒处理装置进行处理，例如可作为Lab MAX、MAX、MAX S或MAX80得自Haun1-WerkeKorber & C0.KG的接装装置。参见例如陈述于如下专利中的装置类型:Erdmann等人的美国专利N0.3，308，600、Heitmann等人的美国专利N0.4，281，670、Reuland等人的美国专利N0.4，280，187、Greene, Jr.等人的美国专利N0.4，850，301和Vos等人的美国专利N0.6,229，115、以及Holmes的美国专利申请公布N0.2005/0103355、Read, Jr.的美国专利申请公布N0.2005/1094014和Draghetti的美国专利申请公布N0.2006/0169295，所述专利中的每一个以引用方式并入本文。
滤嘴设计和组分的代表性类型，包括分段卷烟滤嘴的代表性类型陈述于Lawrence等人的美国专利N0.4，920，990、Thesing等人的美国专利N0.5，012，829、Raker的美国专利N0.5，025，814、Jones, Jr.等人的美国专利N0.5，074，320、White等人的美国专利N0.5, 105, 838、Arzonico等人的美国专利N0.5，271，419、Blakley等人的美国专利N0.5，360，023、Gentry等人的美国专利N0.5，396，909和Banerjee等人的美国专利N0.5，718，250、Jupe等人的美国专利申请公布N0.2002/0166563、Dube等人的美国专利申请公布N0.2004/0261807、Crooks等人的美国专利申请公布N0.2005/0066981、Woodson等人的美国专利申请公布N0.2006/0090769、Zhang的美国专利申请公布N0.2006/0124142、Mishra等人的美国专利申请公布N0.2006/0144412、Belcastro等人的美国专利申请公布N0.2006/0157070 和 Coleman III 等人的美国专利申请公布 N0.2007/0056600、Kim 的 PCTW003/009711和Xue等人的PCT W003/047836中，全部所述专利以引用方式并入本文。
本发明的滤芯可被引入构造用于燃烧可烟吸材料的常规卷烟内以及陈述于如下专利中的卷烟类型内:Clearman等人的美国专利N0.4，756，318、Banerjee等人的美国专利N0.4, 714, 082、White等人的美国专利N0.4，771，795、Sensabaugh等人的美国专利N0.4, 793, 365、Clearman等人的美国专利N0.4, 989, 619、Clearman等人的美国专利N0.4，917，128、Korte 的美国专利 N0.4，961，438、Serrano 等人的美国专利 N0.4，966，171、Bale 等人的美国专利 N0.4, 969, 476、Serrano 等人的美国专利 N0.4, 991, 606、Farrier等人的美国专利N0.5, 020, 548、Shannon等人的美国专利N0.5, 027, 836、Clearman等人的美国专利 N0.5，033，483、Schlatter 等人的美国专利 N0.5，040，551、Creighton等人的美国专利N0.5，050, 621、Baker等人的美国专利N0.5，052, 413、Lawson等人的美国专利N0.5，065，776、Nystrom等人的美国专利N0.5，076，296、Farrier等人的美国专利N0.5，076, 297、Clearman等人的美国专利N0.5，099, 861、Drewett等人的美国专利N0.5，105，835、Barnes等人的美国专利N0.5，105，837、Hauser等人的美国专利N0.5，115，820、Best等人的美国专利N0.5，148，821、Hayward等人的美国专利N0.5，159，940、Riggs等人的美国专利N0.5，178，167、Clearman等人的美国专利N0.5，183，062、Shannon等人的美国专利N0.5，211，684、Deevi等人的美国专利N0.5，240，014、Nichols等人的美国专利N0.5，240，016、Clearman等人的美国专利N0.5，345，955、Casey, III等人的美国专利N0.5，396，911、Riggs等人的美国专利N0.5，551，451、Bensalem等人的美国专利N0.5，595，577、Meiring等人的美国专利N0.5，727，571、Barnes等人的美国专利N0.5，819，751、Matsuura等人的美国专利N0.6，089，857、Beven 等人的美国专利 N0.6，095，152 和 Beven 的美国专利 N0.6，578，584，所述专利以引用方式并入本文。而且，本发明的滤芯可被引入已由R.J.雷诺兹烟草公司(R.J.Reynolds Tobacco Company)以商标名 “Premier” 和 “Eclipse” 销售的卷烟类型内。参见例如在 Chemical and Biological Studies on New Cigarette Prototypes thatHeat Instead of Burn Tobacco (对加热而不是燃烧烟草的新卷烟原型的化学和生物研究)，R.J.雷诺兹烟草公司专题(R.J.Reynolds Tobacco Company Monograph) (1988)和Inhalation Toxicology, 12:5,第1_58页(2000)中描述的卷烟的那些类型,所述文献以引用方式并入本文。
卷烟棒通常使用卷烟制造机器(如常规的自动化卷烟棒制造机器)制得。示例性的卷烟棒制造机器具有可购自莫林斯公司(Molins PLC)或Haun1-Werke Korber &C0.KG的类型。例如，可使用称为MkX (可购自莫林斯公司(Molins PLC))或PR0T0S (可购自Haun1-Werke Korber & C0.KG)的类型的卷烟棒制造机器。对PR0T0S卷烟制造机器的描述提供于Brand的美国专利N0.4，474，190的第5栏第48行至第8栏第3行，所述专利以引用方式并入本文。适用于卷烟制造的设备类型也描述于La Hue的美国专利N0.4，781，203、Holznagel 的美国专利 N0.4，844，100、Gentry 的美国专利 N0.5，131，416、Holmes 等人的美国专利 N0.5，156，169、Myracle, Jr.等人的美国专利 N0.5，191，906、Blau等人的美国专利N0.6，647，870,Kitao等人的美国专利N0.6，848，449,Kitao等人的美国专利N0.6，904, 917、以及Hartman的美国专利申请公布N0.2003/0145866,Hancock等人的美国专利申请公布N0.2004/0129281、Barnes等人的美国专利申请公布N0.2005/0039764和Fitzgerald等人的美国专利申请公布N0.2005/0076929,所述专利中的每一个以引用方式并入本文。
常规的自动化卷烟制造机器的组件和操作对于卷烟制造机械设计和操作领域的技术人员而言是显而易见的。例如，对数种类型的烟囱、烟草填料供给设备、吸入传送带系统和配件系统的组件和操作的描述在如下专利中陈述:Molins等人的美国专利N0.3，288，147,Heitmann 等人的美国专利 N0.3，915，176,Frank 的美国专利 N0.4，291，713、Rudszinat 的美国专利 N0.4, 574, 816、Heitmann 等人的美国专利 N0.4, 736, 754、Pinck 等人的美国专利N0.4，878，506,Heitmann的美国专利N0.5，060, 665,Keritsis等人的美国专利N0.5，012，823、Fagg等人的美国专利N0.6，360，751、以及Muller的美国专利申请公布N0.2003/0136419，所述专利的每一个以引用方式并入本文。本文所述类型的自动化卷烟制造机器提供了可细分为所需长度的成型可烟吸棒的成型连续卷烟棒或可烟吸棒。
受益于在前述说明书中存在的教导的本发明所属领域的技术人员将想到本发明的许多修改和其他实施例，且对于本领域技术人员显而易见的是可在不偏离本发明的范围或精神下进行本发明的变化和修改。因此，应理解本发明不限于所公开的特定实施例，且修改和其他实施例旨在被包含于所附权利要求书的范围内。尽管本文使用特定的术语，但它们以一般且描述性的方式使用，且不为了限制的目的。
权利要求
1.一种滤芯，其适合用于吸烟制品中，并提供对粒状材料和主流烟气的至少一种气态组分的过滤，所述滤芯包括含有多个单独长丝的至少一个纤维丝束片段，其中每个单独长丝包括嵌入其中的多个吸附材料粒子，所述多个吸附材料粒子由可去除的密封剂至少部分密封，且其中经密封的吸附材料粒子中的至少一部分具有暴露于所述单独长丝的表面上的表面积部分，且所述暴露的表面积部分的至少一部分不含密封剂，且其中每个单独长丝还包括外涂层，所述外涂层包括适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团。
2.一种滤芯，其适合用于吸烟制品中，并提供对粒状材料和主流烟气的至少一种气态组分的过滤,所述滤芯包括含有多个单独的醋酸纤维素长丝的至少一个醋酸纤维素纤维丝束片段，其中每个单独长丝包括嵌入其中的多个活性炭粒子，所述多个活性炭粒子由可去除的密封剂至少部分密封，且其中经密封的活性炭粒子中的至少一部分具有暴露于所述单独长丝的表面上的表面积部分，且所述暴露的表面积部分的至少一部分不含密封剂，且进一步其中所述醋酸纤维素长丝任选地包括外涂层，所述外涂层包括适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团。
3.根据权利要求1 所述的滤芯，其中所述纤维丝束包含醋酸纤维素或聚烯烃长丝。
4.根据权利要求1所述的滤芯，其中所述吸附剂选自活性炭、分子筛、粘土、离子交换树脂、活性氧化铝、硅胶、海泡石和它们的组合。
5.根据权利要求1所述的滤芯，其中所述吸附剂为活性炭。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的滤芯，其中所述可去除的密封剂为可通过用溶剂处理、暴露于光源或生物降解而去除的密封剂。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的滤芯，其中所述可去除的密封剂选自表面活性齐U、无机盐、聚合物盐、聚乙烯醇、蜡、光反应性材料、生物降解性材料、乙氧基化的炔二醇和它们的组合。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的滤芯，其中所述可去除的密封剂为水溶性的。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的滤芯，其中所述反应性基团选自氨基基团、纳米粒子、硫醇基团、铜离子和它们的组合。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的滤芯，其中所述反应性基团适于与选自如下的至少一种组分反应:氰化氢、吡啶、喹啉、丁二烯、甲苯胺、萘胺、一氧化碳、氧化一氮、二氧化氮、汞、镉、甲醇、异戊二烯、丙酮、丙烯醛、甲乙酮、丙烯腈、苯、甲苯、苯乙烯、酚类和醛类。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的滤芯，其中所述外涂层通过等离子体处理而沉积。
12.一种包括烟草棒的吸烟制品，所述烟草棒包括可烟吸填料材料，所述可烟吸填料材料包含于外接包装材料内，所述烟草棒附接至根据权利要求1至11中任一项所述的滤芯。
13.一种提供含有嵌入的吸附材料的醋酸纤维素纤维丝束的方法，所述方法包括: 使用密封剂处理粒状吸附材料以制得经密封的吸附粒子； 混合多个经密封的吸附粒子和醋酸纤维素涂料，所述醋酸纤维素涂料包含溶解于液体溶剂中的醋酸纤维素； 将所述醋酸纤维素涂料纺纱成具有嵌入其中的经密封的吸附粒子的长丝；以及 从嵌入所述长丝中的经密封的吸附粒子中去除所述密封剂的至少一部分，使得所述吸附剂粒子中的至少一部分具有暴露于所述长丝表面上的表面积部分。
14.根据权利要求13所述的方法，其还包括用涂料涂布所述长丝的外表面的步骤，所述涂料包含适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团，其中所述涂布步骤在所述去除步骤之前或之后发生。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述涂布步骤包括使所述长丝经受等离子体处理。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述去除步骤包括用溶剂处理所述长丝、将所述长丝暴露于光源、或使所述长丝经受生物降解条件。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述密封剂可溶于选自水、超临界二氧化碳和液氮的溶剂中，且所述去除步骤包括用所述溶剂处理所述长丝。
18.根据权利要求13所述的方法，其还包括在丝束带中收集所述长丝的步骤。
19.一种滤芯，其适合用于吸烟制品中，并提供对粒状材料和主流烟气的至少一种气态组分的过滤，所述滤芯包括纤维丝束形式的如下纤维过滤材料: a)醋酸纤维素或聚烯烃长丝； b)活性炭长丝；和 c)离子交换长丝和催化长丝中的至少一种。
20.根据权利要求19所述的滤芯，其中所述滤芯包括离子交换长丝和催化长丝。
21.根据权利要求19所述的滤芯，其中所述醋酸纤维素或聚烯烃长丝包括嵌入其中的多个吸附材料粒子，所述多个吸附材料粒子由可去除的密封剂至少部分密封，且其中经密封的吸附材料粒子中的至少一部分具有暴露于每个单独长丝的表面上的表面积部分，且所述暴露的表面积部分的至少一部分不含密封剂，且其中每个单独长丝还包括外涂层，所述外涂层包括适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团。
22.根据权利要求19所述的滤芯，其中所有所述纤维过滤材料在同一纤维丝束片段中混合。
23.根据权利要求19所述的滤芯，其中一种或多种所述纤维过滤材料在分开的纤维丝束片段中分离。
24.根据权利要求19所述的滤芯，其中所述滤芯基本上不含自由粒子形式的吸附材料。
25.根据权利要求19所述的滤芯，其中所述纤维过滤材料为能够过滤主流烟气的气态组分的滤芯的仅有的组 分。
全文摘要
本发明提供了一种滤芯，其用于吸烟制品中，并提供对粒状材料和主流烟气的气态组分的过滤。所述滤芯包括含有多个单独长丝的纤维丝束片段，其中每个单独长丝包括嵌入其中的多个吸附材料粒子，所述多个吸附材料粒子由可去除的密封剂至少部分密封。所述单独长丝还可包括外涂层，所述外涂层提供适于与主流烟气的一种或多种组分反应的多个反应性基团。或者，多功能滤芯组合不同的纤维过滤材料，如与活性炭长丝以及离子交换长丝及催化长丝中的至少一种组合的醋酸纤维素或聚烯烃长丝。本发明提供了一种提供含有嵌入的吸附材料的醋酸纤维素纤维丝束的方法，其中多个经密封的吸附粒子与醋酸纤维素涂料混合。
文档编号A24D3/16GK103108559SQ201180044064
公开日2013年5月15日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年7月30日
发明者A·D·西巴斯坦恩 申请人:R.J.雷诺兹烟草公司