专利名称：香烟侧流烟雾处理材料的制作方法
技术领域：
由一种不可燃活性成分片材制成的香烟侧流烟雾处理材料，可提供一种处理侧流烟雾用的多孔结构。该处理材料当与带常规卷烟纸的香烟组合在一起使用时，可提供侧流烟雾释放低的香烟单元。该材料具有的孔隙率能促进香烟的常规自由燃烧速率。该材料可包含能吸附侧流烟雾成分的吸附剂以及一种储氧成分，后者能在自由燃烧速率的温度下放出氧气，以保证常规自由燃烧速率得以维持，并增强对被截留非水成分的氧化处理。优选该材料中包括氧化催化剂，最好是该储氧成分同时又具备作为氧化催化剂的双重功能。发挥双重功能的具体优选成分是铈的氧化物。
背景技术：
烟草制品点着(具体如被人抽吸)时产生3种烟雾流，即，主流烟雾、呼出烟雾及侧流烟雾。充填的用于某种程度上消除侧流烟雾和呼出烟雾的过滤材料可限制人们被烟熏的范围。普遍认为，侧流烟雾是在抽烟过程中放出的烟雾主要部分。因此，人们对减少侧流烟雾一直非常重视，为此可采用1种或多种以下技术来实现ⅰ)改变烟草组成以及香烟或雪茄中装入的烟草柱的堆积特性；ⅱ)改变包卷香烟或雪茄的卷烟纸；ⅲ)改变香烟直径及其烟草组成和/或在香烟或雪茄上提供某种器件以限制和/或控制侧流烟雾的放出。
已提出各种各样有关香烟烟草和卷烟纸的设计，旨在以这种或那种方式影响香烟或雪茄的自由燃烧速率，以期减少侧流烟雾和/或在点着的香烟或雪茄长时间不抽时自动熄灭。这类设计包括选择烟草共混物、缩小香烟直径、密度，以及采取香烟多层烟草装料。此种选择的设计能够显著阻滞香烟的自由燃烧速率，并因此增加单位长度香烟获得的抽吸次数。不论与烟草选择和/或构造结合，抑或独立于烟草配制，各种不同卷烟纸的组成也可影响香烟的自由燃烧速率。此种纸的组成，包括使用阻滞自由燃烧速率的化学品、减少侧流烟雾的化学品、相同或不同特性的不同卷烟纸的多层包卷以及降低透气性。例如可参见加拿大专利1,239,783及1,259,008,美国专利4,108,151、4,225,636、4,231,377、4,420,002、4,433,697、6,450,847、4,461,311、4,461,454、4,624,268、4,805,644、4,878,507、4,915,118、5,220,930及5,271,419，以及英国专利申请2 094 130。小直径香烟也曾尝试过，例如描述在美国专利4,637,410中。
曾提供各种各样器件，用以包容香烟，主要用于防止意外着火的目的。它们可以也可不同时地包括各种类型过滤介质，以便滤除并从而减少侧流烟雾的量。此种器件的例子公开在美国专利1,211,071、3.827,444、3,886,954及4,685,477中。
再有，还推出了各种类型香烟握持器(烟嘴)，主要功能在于尽量减少对吸烟者手指的沾污。此种器件可连接到香烟端部上和/或装在香烟上，例如公开在美国专利1,862,679中。另一类香烟被包卷在穿孔包卷层中，以这样或那样的方式提供安全特征和/或侧流烟雾控制功能，公开在加拿大专利835,684及美国专利2,220,418及5,271,419中。
可安装在香烟上并能够沿着香烟滑动以控制燃烧速率并以此控制自由燃烧速率的器件，公开在英国专利928,089、美国专利4,638,819及国际申请号WO 96/22031中。英国专利928,089描述了一种香烟用燃烧控制装置，通过限制流向香烟余烬的空气流达到控制燃烧的目的。所谓香烟的阻滞燃烧，是指在香烟中只加入常规烟草需要量的一半，从而使香烟变得更短。空气限流设计可通过在此种器件中开孔率可变的穿孔阵列来达到其目的；或者以该器件的控制部分提供沿香烟部件的纵向开口。美国专利4,638,819描述了一种环，将其放在香烟上并在吸烟过程中沿着香烟滑动以控制香烟的自由燃烧速率并减少侧流烟雾。该环由实心材料制成，优选金属，这会造成相当程度的沾污，并且由于香烟直径是可变的，故无法可靠地使侧流烟雾减少及熄灭时间达到所需程度。
另一种环系统描述在本申请人公开的PCT申请号WO 96/22031中。该器件备有包围并接触常规香烟周边的内环，其中内环由多孔材料制成。外环罩在内环外面以引导气流沿着多孔内环的周长流动。内环的多孔材料中蜿蜒曲折的路径控制空气向燃烧的香烟炭扩散的速率，并借此控制(旨在减少)香烟的自由燃烧速率。此种设计可任选地延长到最多香烟长度的一半，在这段长度内空气必须沿着多孔内环流动，才能达到燃烧着的炭。
另一类旨在用来控制侧流烟雾的系统描述在公开的PCT申请W095/34226及美国专利4,685,477、美国专利5,592,955及美国专利5,105,838中。这些参考文献描述了各种各样内部装入了烟草成分的管状构造，旨在尽量减少香烟测流的放出。
各种各样陶瓷成分已在香烟构造中得到采用，这类构造包括香烟用隔热管以及香烟雾溶胶发生装置用的隔热管。美国专利4,915,117描述了一种陶瓷薄片，用以替代卷烟纸，以期减少常规卷烟纸燃烧期间有机物质的释放。美国专利5,105,838及5,159,940描述了一种隔热陶瓷套筒。美国专利5,105,838描述的是一种香烟单元，具有周长约12.5mm的细烟草柱。该隔热陶瓷套筒导热性低并且是多孔的。为达到减少侧流烟雾从燃烧烟草柱中的放出，在多孔陶瓷元件外面采用低孔隙率包卷层来降低自由燃烧速率，其中包卷层的透气性小于约15Coresta单位。
美国专利5,592,955描述了一种可重复使用、不可燃多孔外壳，用于在抽烟前、期间及以后包围及挡住可发烟材料柱。此种装置放出的侧流烟雾由外壳的外包卷层减少，因为后者的透气性小于40Coresta单位，其中外壳的径向厚度介于约0.25mm～0.75mm。包卷层控制着装置的总透气性，并借此控制香烟的自由燃烧速率，并且减少2次抽吸间歇期间产生的侧流烟雾。该装置包括在管体敞口端设可透气盖子。不可燃外壳可包括许多金属条带，起到降低烟草柱自由燃烧速率的热阱作用。
催化材料已在烟草，特别是香烟过滤嘴中得到应用，用以转化主流烟中的成分，通常依靠氧化反应，例如公开在美国专利3,693,632、英国专利1 435 504以及公开的欧洲专利申请EP 107 471及EP 658320中。还有人将催化剂引入到包卷烟草的卷烟纸中，例如公开在加拿大专利604,895及美国专利4,182,348及5,386,838中。吸附材料，例如沸石，也曾被结合到烟草以及香烟过滤嘴中。适用于此种用途的沸石描述在公开的欧洲专利申请EP 740 907，其中沸石的孔隙尺寸介于5～7埃范围。
虽然上述各种不同发明措施在不同程度上成功地控制了燃烧香烟中放出的侧流烟雾，然而本发明的各种实施方案却可提供一种高孔隙率侧流烟雾处理材料，它能够以令人惊奇的方式处理香烟烟草侧流烟雾，而同时允许香烟以常规自由燃烧速率燃烧。
为便于本发明的说明，术语“烟草柱”或“烟草充填物”指香烟、雪茄、cigarillo、包卷烟草柱、烟草塞、卷烟之类。还应明确，当使用术语“香烟”时，它可与雪茄、cigarillo及其他柱状抽吸制品互换使用。
发明概述综上所述，本发明一个方面提供一种处理材料在处理香烟侧流烟雾的方法中的应用，用以去除可见烟雾颗粒、气溶胶并转化异味气体。
按照本发明的另一方面，一种释放低侧流烟雾的香烟单元包括ⅰ)以常规卷烟纸包卷烟草柱的香烟；ⅱ)处理侧流烟雾的不可燃材料，它包围并大体与香烟烟草柱部分的常规卷烟纸相接触；该材料具有促进该材料内香烟的常规自由燃烧速率的孔隙率；ⅲ)该材料包含能在香烟燃烧炭附近的自由燃烧速率的温度下释放氧气的储氧成分，借此，该释放的氧气便可a)因该材料降低氧气扩散到燃烧炭中的速率而进行补偿，从而保证常规自由燃烧速率，以及b)对侧流烟雾成分的氧化处理起作用。
按照本发明的另一方面，一种香烟单元包括ⅰ)以常规卷烟纸包卷烟草柱的香烟；ⅱ)包卷并大体上接触卷烟纸外周边的不可燃材料，该材料具有促进香烟特有自由燃烧速率特性的孔隙率；ⅲ)包含基本疏水吸附剂，和储氧成分的上述材料，所述吸附剂能吸收香烟燃烧炭放出的侧流烟雾的非水成分，而所述储氧成分能在香烟燃烧炭附近的自由燃烧速率温度下释放氧气，借此氧气的释放如下a)因该材料降低氧气扩散到燃烧炭中的速率而进行补偿，从而保证其自由燃烧速率，以及b)对侧流烟雾成分的氧化处理起作用。
按照本发明的另一方面，一种香烟单元，包含香烟及包围并大体上与该香烟卷烟纸相接触的处理材料，该处理材料具有促进香烟常规自由燃烧速率的孔隙率，并包含促进对香烟燃烧炭放出的侧流烟雾氧化处理的氧化催化剂，该卷烟纸在侧流烟雾处理反应与香烟抽吸期间主流烟的产生之间起到隔绝作用。
按照本发明又一方面，一种处理燃烧香烟放出的侧流烟雾的方法，其中该香烟具有包围并大体上与该香烟卷烟纸相接触的处理材料，该处理材料具有促进香烟常规自由燃烧速率的孔隙率，并包含吸附剂以及能在香烟燃烧炭附近的自由燃烧速率温度下释放氧气的储氧成分，该方法包括ⅰ)将香烟燃烧放出的侧流烟雾非水成分吸收到所述材料中；ⅱ)处理所述被吸收成分，并释放出渗透进该材料并在大气中不可见的处理后的挥发成分。
按照本发明又一方面，一种施加到香烟上以减少侧流烟雾的片材，其中包含一种组合物，由基本疏水吸附剂、片材增强剂以及可在香烟燃烧炭附近的自由燃烧速率温度下释放氧气的储氧成分组成，该片材具有下列特征ⅰ)孔隙率至少为约200 Coresta单位；ⅱ)孔隙尺寸介于约50埃～约2μm；ⅲ)组合物的BET表面面积大于约20m2/g；ⅳ)密度约0.3～约0.8 g/cc；以及ⅴ)片材厚度介于约0.04mm～约1mm。
附图简述本发明优选实施方案示于附图中，其中
图1是本发明一种实施方案的香烟单元典型透视图，用于展示该处理材料的施加；图2是图1香烟单元的局部剖视图；图3是图2中部分A的放大视图；图4是图3的部分B放大；图5是测定香烟温度所用设备的示意图；图6是香烟燃烧期间烟草的测定温度对时间的曲线图；以及图7是中心线及周边处叠加的烟草测定温度对距离的曲线图。
优选实施方案详述用于烟草烟雾处理的本发明侧流烟雾处理材料提供非常明显和出乎意料的优点，尤其当用于香烟侧流烟雾处理时。该处理材料可呈管状，套在香烟上并与之基本接触，或者该材料可包卷在香烟外面并与之基本接触。按此种装置可在使用常规香烟吸烟时，可令其以常规自由燃烧速率燃烧。术语“普通”或“常规”香烟，指由常规等级烟草、填料、烟斗烟草等组成的常规装填密度的烟草柱之类的市售香烟。该烟草柱外面包围着常规卷烟纸，纸的孔隙率一般介于约5～约Coresta单位，有时可高达70 Coresta单位。常规香烟滤材按通常方式固定在香烟上，或者，该滤材可与包围烟草柱和常规卷烟纸的管状处理材料连接在一起。常规香烟具有常规自由燃烧速率，在常规烟草密度，即约0.20～约0.26g/cc的条件下，介于约3～约5mm/min。常规香烟，至少在北美，有约20～30cm，一般约23～27mm的周长，以及至少约40mm，优选约55mm，约64mm，甚至约74mm的烟草柱长度，此时可具有可接受的抽吸阻力。香烟滤材通常有约15～约35mm长度。
应明确，非常规香烟可以是除常规香烟以外的任何香烟。此种非常规香烟可以具有改性的烟草或改性的卷烟纸，它们例如可影响自由燃烧速率，正如上面提到的专利中所描述的那些。
该香烟可专门制成可吸香烟或者可以是非可吸型烟草柱。按照本发明一个方面，非可吸型可转变为可吸的，只需在其外面加上卷烟纸从而构成可吸香烟，或者将卷烟纸放在管状形式处理材料内侧并在其中插入烟草柱。
鉴于该处理材料靠近燃烧炭，故它能以非常紧密的结构提供侧流烟雾控制。以往提供常规自由燃烧速率的香烟单元，由于在管状内围成一个大空腔，管子与香烟之间存在间隙，故显笨大，从任何意义上都不像个普通或常规尺寸的香烟。要采用较为紧密的常规尺寸的单元来控制侧流烟雾的尝试，通常是不得不采用较细的香烟，以便在管子与香烟之间留有间隙。这可能使吸烟者因此种设计而不得不改换牌子，还可能改变香烟的味道和风味。
本发明的处理材料，特别是用于香烟领域，具有的优点是，它允许吸烟者使用他们原来选择的管状结构香烟，或购买用本发明材料包卷的有他们所青睐风味的香烟。虽然该处理材料也可与其他香烟产品形式配合使用，例如烟斗，并与它们用于从空气中大致过滤烟草烟雾的过滤装置配合使用，但是，最重要的用途却是在香烟及雪茄以及其他柱状抽吸产品上。该处理材料可利用标准卷烟机包卷到香烟上，或者该处理材料可制成管状，将香烟插入其中，其间让管子内表面接触香烟。管状元件允许按平常习惯方式吸用常规香烟，同时提供常规味道和风味并且异味极小(即便有的话)。尤其是，这些特征是在允许香烟以常规自由燃烧速率燃烧的条件下实现的。该处理材料不可燃、容易处置并符合环保要求，因为它可由惰性材料制成，例如陶瓷、粘土及其他适当粘结剂以及片材强化材料。该处理材料以常规自由燃烧速率方式发挥作用，因此不要求将管内的孔隙率控制在特别低的水平，也不需要在该处理材料的外面再加上外包卷层来控制香烟单元的孔隙率。该处理材料可设计成具有比较低的外表面温度，从而提供高度安全的特性。组装后的香烟单元，重量轻并且随时可在敞口端点燃。尽管并不见得最可取，但该管子也可做成重复使用的样式，以便允许在管子中插入香烟以替代已经抽完的香烟。
该处理材料由于非常靠近或者直接接触香烟，故而其处理效率得到提高。该处理材料，凭借其构造，最优选位于靠近香烟燃烧炭的部位，以便依靠吸附或吸附或者二者，截留或捕获并处理离开燃烧炭的侧流烟雾中各种成分，并且使该侧流烟雾不再接触卷烟纸。要知道，只有那些对该材料具有足够亲合性的成分，才可被吸附。其他物质，例如高度挥发性的气体，则可通过该材料而不被吸附。然而，此类气体却可在该材料的氧化区中被氧化，而在促进此种氧化的催化剂存在下，反应将得到加速。该处理材料可加在香烟表面上或者将香烟放入其中，均可使香烟以常规方式燃烧，而该处理材料则不燃烧。然而要知道，该处理材料也可使其结构强度在抽烟过程中变弱，以便在吸烟者抽完之前能够将它们捻碎。
同样，经过修改，该管状元件也可与“抽烟者自卷”式样的香烟配合使用，这种香烟通常以不可吸形式出售，但当插入到该管子内时将变得可吸。例如，片材形式的处理材料其内表面可置有卷烟纸，从而形成管状，其内部插入例如加拿大专利1,235,039中所描述的不可吸烟草柱，于是组成一个可吸的香烟单元。或者，香烟单元的包卷多孔滤材外面可包裹上非孔材料，从而变成可吸的。该处理材料也可用于非常规香烟上，例如该香烟可有降低香烟自由燃烧速率的改性卷烟纸。虽然有降低自由燃烧速率特性的香烟是不优选的，但在某些情况下也可能需要此种香烟单元，尽管味道和风味可能不同。
按照本发明的一种实施方案，处理材料中的第1活性成分可能是基本疏水的吸附剂材料，它能选择性地吸附香烟燃烧炭放出的侧流烟雾的非水成分。第2活性材料是储氧成分，它能在燃烧炭附近的自由燃烧速率温度下释放氧气。此种释放出的氧气至少起到下列功能ⅰ)因该处理材料降低氧气扩散到燃烧炭中的速率而进行补偿，从而保证常规自由燃烧速率；以及ⅱ)对侧流烟雾诸成分的氧化处理起作用。
该吸附材料可由各种各样不可燃成分构成，正如下面将详细讨论的，其中该不可燃成分具有相当的孔隙率、大微孔尺寸、非常高的BET表面面积、介于约0.30～约0.80 g/cc的密度，而且当制成用于本发明目的的片材时，厚度比较薄，介于约0.04mm～约1mm。该活性吸附成分每一种的BET表面面积可介于约10～约1800m2/g；孔隙尺寸分布介于约5埃～约200埃之间。该材料的孔隙体积通常介于约0.05～约1.0cm3/g。该材料的填隙空间介于约200埃～约2μm。
该材料具有的储氧成分由材料就地生成，和/或是施加到该材料表面上的，也就是施于香烟时的最内层。储氧成分优选是具有多种氧化态的金属氧化物，优选选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、镧系金属氧化物以及二种或多种金属氧化物的固溶体。过渡金属氧化物可选自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB。优选的储氧成分是镧系金属氧化物，最优选是铈的氧化物。储氧材料可在高温，通常高于300℃的温度释放氧气。贡给的氧气发挥作用最适宜部位是在围绕燃烧炭的一定程度缺氧的环境中。尽管多孔的该处理材料，可使得空气以促进常规香烟等以常规自由燃烧速率燃烧的速率扩散到燃烧炭中，但是该处理材料仍将在一定程度上限制空气或氧气扩散透过该材料。因此，该自由燃烧速率将只是接近但仍可能未完全达到常规自由燃烧速率。于是，储氧材料所提供的氧气将提供足够的附加氧气以保证常规的自由燃烧速率。与此同时，被吸附的诸侧流烟雾成分进行氧化反应时存在着竞争反应。多孔的该处理材料向氧化反应提供空气，以氧化吸附在所述材料中的侧流烟雾成分。因此，该反应也将争夺储氧材料所贡献的氧气。但是，该高孔隙率结构材料与贡献氧气的储氧成分组合起来便可提供充足的氧气，以保证香烟以其常规自由燃烧速率燃烧，同时被吸附的侧流烟雾成分的氧化又以适宜速率进行，从而保证从该材料中不释放出可见成分。任何在离开该材料释放到大气后可见的成分，都将进一步转化为不可见成分或者通过吸附被截留在该材料中。
催化材料可方便地与储氧材料组合起来掺入到该处理材料中。然而不难看出，也可将催化材料结合到适当有孔载体中，而不需要吸附材料或储氧成分的存在。催化剂可由该材料就地生成，和/或可涂布到该处理材料的内表面上。催化材料优选是氧化催化剂，并可以是任何可与储氧成分配合使用的类型。当由该材料就地生成时，该催化剂存在于内部孔隙表面上，从而将侧流烟雾成分，特别是异味气体，转化为气味可接受的气体，随后该气体再从该材料中释放出去，后一过程可能取决于也可能不依赖于相对亲合性。催化剂及储氧成分可组合或掺混在一起，并可在管里就地生成，和/或涂布到使用时与香烟相邻的材料表面上。
正如本申请人的共同未决国际申请号PCT/CA97/00762(1997-10-15提交，其内容收入本文作为参考)所讨论的，有各种各样催化剂可用来在至少某些蒸汽透过该材料的过程中促进香烟侧流烟雾中的各种各样反应，从而例如减少异味、加强一氧化碳燃烧，以及诸如醛、酮、有机酸之类小分子的燃烧。优选的催化剂选自氧化催化剂。它们通常包括选自金属铂族、过渡金属及其氧化物，稀土金属氧化物及镧系金属的催化剂。具有多种氧化态的过渡金属氧化物优选选自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB。铂族金属优选包括铂或钯。其他催化剂包括硅酸铝、氧化铝及碳酸钙。要知道，该催化剂可包括各种各样催化剂的混合物，或者可包括二种或多种金属氧化物的固溶体。
一类可用于本发明的有用的硅酸铝催化剂是沸石，在上面提到的欧洲专利申请EP 740 907中有介绍，其内容收入本文作为参考。铝硅酸盐沸石及高二氧化硅沸石除了具有吸附能力之外还可起到催化作用。优选的沸石包括Silicalite沸石、X、Y及Z沸石、β沸石、Mordenite沸石及ZSM沸石。要知道，疏水沸石具有非常高的“二氧化硅氧化铝”比例，等于或大于约50。选择的催化剂或多种催化剂的配制物可在片材的制造过程中加入片材中。此外，催化剂或其混合物可以淤浆或溶液形式施涂到所形成的多孔结构中，然后干燥，从而在孔隙内表面提供催化剂。
本发明的另一个方面是储氧成分可兼具氧化催化剂的双重功能。某些具有多种氧化态的过渡金属氧化物，可起到储氧载体以及促进氧化作用的催化剂这二种功能。有此种能力的优选过渡金属氧化物类别是镧系金属氧化物，最优选铈的氧化物。储氧成分和/或催化剂在该处理材料中的含量可能在相当程度上依赖于各个单独成分或该双重功能成分的相应活性。再有，该用量还将取决于催化剂究竟是由该材料就地生成的、还是作为涂层施涂到材料内表面的抑或按二种方式获得的。作为指导原则，催化剂材料的存在量占该材料的最高约30wt％。自然，用量的下限取决于为供氧目的作为提供氧气的储氧成分的有效用量，以及为发挥有效催化氧化功能的需要量。视选择材料的活性而定，催化材料的用量下限可相当小，仅占几个ppm，不过通常将大于约5wt％。可能需要进行某些试验来改变下限，特别是要使催化剂保证氧化反应不致被加速到使燃烧炭超过常规自由燃烧速率，从而影响到主流烟的味道和风味的程度。一般而言，储氧成分和/或催化剂的上限不超过30wt％，优选小于20wt％。然而要知道，当选择的材料具有储氧以及催化氧化反应双重功能时，该材料的用量有可能超过30wt％。
优选的催化材料是以铈为基础的，特别是二氧化铈。该催化剂不仅对促进被俘获有机材料的氧化有非常好的作用，而且有要求的附加储氧功能并在缺氧环境中释放出氧气。二氧化铈(CeO2)形式的催化材料，当处于冷态时，能够保存氧气，而当温度升高时能够通过热转化为三氧化二铈(Ce2O3)而释放氧气。随着燃烧炭沿着处理材料管子前进，其温度通常升高到约400℃～550℃，于是该催化材料便释放出氧气以维持香烟的常规自由燃烧速率。另外，释放出的氧气还支持被俘获的侧流烟雾成分的催化氧化。要知道，铈催化剂可以与其他催化剂的混合物或者以与一种或多种金属氧化物的固溶体形式作为催化剂使用。
该处理材料优选制成片材，该片材的厚度一般介于0.04mm～最高2mm，但优选不超过1mm厚。该片材可采用不带热处理的标准连续造纸方法或者通过包括热处理的方法来制造，例如美国专利4,915,117中所述，有关该方法的内容收作参考。配制一种淤浆组合物，包括无机不可燃活性物质、不可燃填料以及其他可燃有机物。该淤浆组合物被成形为片材前体，然后在高温下陈化以蒸发出有机物从而形成片材的多孔结构。多孔结构通常由大孔与微孔的组合构成，其中大孔沿着整个片材彼此联通，其尺寸可提供促进香烟常规自由燃烧速率的孔隙率。就此而论，该材料的孔隙率应大于约200 Coresta单位，并可高达10,000 Coresta单位，甚至可能更高。希望该Coresta单位数值尽可能高，然而要知道就材料的物理性能而论，可能要求将孔隙率限制在例如约300～约4000 Coresta单位之间。当要求在片材中具有催化材料时，可在淤浆组合物中加入催化颗粒，其用量为最高约30wt％的催化有效数量。该催化材料可本身具有承受热处理过程的能力，并有在微孔附近及大孔表面就地生成之优点，从而促进被吸附或吸收的侧流烟雾成分的催化转化。
参见图1，一种处理材料的优选应用实施方案被表示为香烟单元10。该香烟单元受到处理材料的改性，从而可放出非常少的侧流烟雾，并优选不放出可见侧流烟雾。该单元包括常规香烟12，其中包括烟草柱14，其外面包卷着常规卷烟纸16。该单元包括过滤嘴部分18，后者与烟草柱12共同作用以提供对主流烟的一般过滤。按照本发明一个方面，所用处理材料呈管状20，它包围或包卷着香烟12。管子20，按照本发明，与卷烟纸16的外表面基本接触，如交界线22所示。烟草柱部分14优选在管子的末端24处结束，此处管壁厚度大致如26所示。管子的径向厚度优选介于约0.04 mm～约1mm。管子20的总外径将取决于香烟的直径，但可设计成不使香烟单元总尺寸显著增加。香烟单元的优选周长介于约25mm～约35mm。这非常接近市售常规香烟尺寸，后者的周长介于约20mm～约30mm。滤嘴部分18也优选具有与管子20外径相近的直径，以便提供外观精美的香烟单元。
该材料的包卷层或管子20可这样表征ⅰ)孔隙率至少为约200 Coresta单位；
ⅱ)孔隙尺寸介于约50埃～约2μm；ⅲ)组合物的BET表面积大于约20m2/g；ⅳ)密度介于约0.3～约0.8 g/cc；以及ⅴ)片材厚度介于约0.04mm～约1mm。
该管子孔隙率足以提供支持常规自由燃烧速率的空气流，其中管子与香烟燃烧区接触以活化，或者说提高管材料处理从燃烧炭放出的侧流烟雾的活性。该多孔结构是这样工作的，当温度升高时，该材料侧流烟雾吸附及吸附特性发挥作用，从而吸收各种各样侧流烟雾成分，以便对它们进行处理然后释放。另外，如果存在催化剂，催化剂活性可因温度的提高而大大增强，尤其是对处理那些不被吸附趋于透过该材料或者透过吸附剂表面的气体而言。同样，多孔结构还具有在高温时足够的吸附能力，从而防止侧流烟雾的突破，特别是防止任何可见气溶胶颗粒的突破。要知道，多孔结构可通过在设计中改变厚度、改变孔隙尺寸之类参数，而允许某些侧流烟雾透过管子。这样的作用，在吸烟者要求在管子表面有一定痕量侧流烟气味时是所希望的。该多孔结构优选设计成仅使用一次便丢弃的形式。由此优化设计则从管壁厚度入手，因为一次使用时为防止侧流烟雾的穿透，只要求极小的厚度即可。
该材料的构架密度当然随掺入材料的种类而有所不同。例如，氧化铝的密度为约2.5g/cc；氧化锆约5.7g/cc；二氧化铈约7.3g/cc。结构的孔隙体积可通过氮气吸附及汞孔隙测定技术来测定。这样的结构能将可见的侧流烟雾成分吸附在多孔结构中，并在适当催化剂存在的条件下，将任何可能透过该材料的异味气体在其透过管子并释放到大气的过程中转化为可接受气味的气体。
考虑到该材料应可用于一般或常规香烟上，香烟中应使烟草与该管子隔离开来。其卷烟纸优选起到壁垒作用，以防止处理材料中的成分或被吸附的侧流烟雾成分迁移到烟草中，从而保证主流烟不受影响。该纸尤其可用于阻挡催化剂成分扩散到烟草中，从而避免主流烟出现任何异味。借助香烟纸对处理材料与烟草柱之间的隔离，提供了本发明所特有的功能。在香烟上提供管状材料的先有技术措施，通常是在管子外面施加附加纸材料之类来提供对氧气扩散的必要控制，从而降低自由燃烧速率，以此减少侧流烟雾释放。与此相反，本申请人的发明所提供的处理材料允许香烟以常规自由燃烧速率燃烧，并以正常方式释放侧流烟雾，包括香烟纸产生的。然后，处理材料对卷烟纸外面的侧流烟雾成分再实施处理，该处理是在卷烟纸外面以一种与产生主流烟的燃烧炭活性不相关的方式进行的。此种处理活性与主流烟产生彼此脱节，保证了侧流烟雾成分不会渗透回到主流烟中从而显著影响主流烟风味及味道，也不会向主流烟中引入显著量不加此种处理手段的香烟抽吸时通常不存在的成分。侧流烟雾成分可被处理材料吸附、处理，然后才允许其向外透入到大气中。处理材料的物理结构中不存在任何引导处理后成分及反应产物返回到香烟烟草中的要素，从而避免了主流烟味道及风味的显著改变。
鉴于该处理材料被制成片材形式，管壁厚度可以是该材料的单层厚度、二层或多层片材的复合材料厚度，或者可包含若干层片材本身互叠起来达到所要求的管壁厚度。鉴于该片材本身很薄，它可利用标准卷烟纸包卷机施加到香烟烟草柱外表面。此外，管子可以预制，又鉴于它们的整体结构强度，可以是独立的器件，然后向器件中插入常规香烟或者不可吸香烟或者其他尺寸的香烟，以提供所需的侧流烟雾控制。制作管子的材料为不可燃的，并具有一定热容量，从而通过在燃烧炭附近维持常规香烟温度而使香烟有常规自由燃烧速率。该管子不需要起控制燃烧炭温度热阱作用的金属成分存在，相反，该管子本质上对燃烧炭来看是透明的，因此可维持常规自由燃烧速率。再有，通过适当催化剂的选择，也可在同一材料中提供氧气贮存，以便当燃烧炭加热管子时，有氧气释放到靠近燃烧炭的缺氧环境中，从而更有助于支持香烟的常规自由燃烧速率。
图2是图1香烟的局部剖视图。香烟12包括卷烟纸16，它与管子20的内表面28相接触。此种接触可通过香烟在管子20内部的滑动配合造成，或者通过以片材包卷在香烟外面形成管子20而造成。随着香烟被抽吸，香烟在管子20内部逐渐缩短。由于该处理材料独特的性能，它基本上能够沿管子不断推动而包容此种高温反应区。管子的结构强度可随着燃烧炭的推进而变弱，或者，倘若考虑重复使用的话，管子可维持其结构强度。
图3是图2部分A的局部放大。管子20与包卷烟草14的卷烟纸16基本接触。如上所述，烟草密度可以是常规堆积密度；卷烟纸16可以是常规纸，因此在香烟制造过程中，为容许采用该管子不需要任何特殊适配修改。然而要知道，在某些情况下，该香烟本身可具有特殊堆积密度及卷烟纸组成，以进一步减少侧流烟雾的放出，虽然从该处理材料的总体效力来看，这通常是不需要的。管子20的内表面28与卷烟纸16的外表面38的大部分相接触，然而显而易见，在纸与包卷材料之间，沿着整个香烟长度可能存在小间隙。这些间隙形成的原因在于，将管子20内表面与烟草14隔离开来的卷烟纸不可能围成一个精确的圆柱体，同样，包卷层的内表面也不会是精确的圆柱体。因此，处理材料可视为基本上与卷烟纸相接触。
按照本发明，该管子应充分贴近香烟的燃烧区，优选如图3所示，靠近或接触卷烟纸16的燃烧区，从而使管子的多孔结构得以活化。虽然管子材料可具有低温吸附能力，然而，所挑选的材料可在高得多的燃烧区温度才变得具有催化活性。管子材料的孔隙率远远超过卷烟纸的孔隙率，后者通常为约50 Coresta单位或更低。而管子的孔隙率比这远远要高。管子孔隙率一般大于300 Coresta单位，通常最高或超过4000 Coresta单位。这样的孔隙率可保证或促进香烟的常规自由燃烧速率。然而，管子结构的孔隙尺寸应能够保证提供所要求的侧流烟雾吸附能力，却又能提供支持自由燃烧速率所需要的空气，在此，该空气流还可由储氧成分受热释放出的氧气予以补充。
如图4所示，格外放大的管子20的部分B显示其结构材料40，其中大孔42的孔隙尺寸优选介于约200埃～2μm。这一断面材料的典型孔隙尺寸将不超过约3～6μm。大孔42的分枝将构成微孔，其孔隙尺寸优选介于约5～200埃。大孔42彼此之间的联通将为气体提供穿过管子厚度的通路。要知道，由于管子是三维结构，因此大孔采取各种各样的取向，其中它们或重叠或交叉，从而提供了上述联通度。此联通在要求的管壁厚度内可提供介于约300～约4000 Coresta单位，可能最高达10,000 Coresta单位的所需孔隙率，其中BET表面积优选介于约20～约1000m2/g。视所选择的吸附材料而定，BET表面积可低于500m2/g，某些情况下可低于300m2/g。大孔尺寸足以让空气穿过管子20向内透入，以便为管子内的燃烧炭提供氧气。片材可由各种各样吸附材料构成，或者它们可借助热处理就地形成。譬如，吸附材料可以是活性炭、沸石或多孔金属氧化物。活性炭的BET表面积一般介于约300～约1800m2/g；孔隙尺寸分布介于约5埃～约200埃。沸石当用于本发明时，其BET表面积介于约300～1000m2/g；孔隙尺寸分布介于约5埃～约20埃。如上所述，借助热处理形成的多孔金属氧化物，具有约10～约400m2/g的BET表面面积，以及约5埃～约20埃的孔隙尺寸分布。片材的孔隙体积一般介于约0.05～1.0cm3/g；填隙空间内的通孔尺寸介于约200埃～约2μm。
燃烧炭放出的侧流烟雾可透过大孔，此时，管子材料的温度从内表面的400℃～550℃迅速降低到外表面的约250℃～350℃之间。蒸汽和气溶胶在多孔结构表面冷凝，并且由于香烟烟雾内有机成分的亲合性，这些成分迅速透过微孔并贮存在吸附材料表面。在更高的处理材料温度下，被吸附的成分将被氧化为其他化合物并释放出去。多孔结构优选具有一定的热容量，使得管内区域的热量积累极小，从而保证香烟以常规温度燃烧，避免主流烟中产生任何异味。如上所述，香烟周边温度介于约400℃～550℃之间；燃烧炭中心线的温度介于约700℃～950℃之间。
该处理材料通过截获紧靠香烟外表面的侧流烟雾而令人惊奇地完成非常高效的侧流烟雾过滤。未冷凝和/或未被吸附在处理材料中、可能(也可能)不包括异味气体的气态产物，可以穿过大孔，不过如上所述，可将催化材料结合到管状元件中通过催化将透过材料的气体转化，于是这些气体在离开该材料或放出时便转化为不可见成分了。同样如上所述，具有储氧能力的催化材料在受到邻近燃烧炭加热的过程中释放出氧气。释放出的氧气，直接流向燃烧着的余烬，从而进一步支持香烟以常规自由燃烧速率燃烧。由于处理材料具有比较高的导热率，除了实现各种各样侧流烟雾成分的催化转化之外，燃烧炭区域的瞬时温度还可高到足以实现各种有机物质的热解的程度。此种热解能够将至少某些被俘获有机物转化为灰分及无色气体。
按照本发明的优选实施方案，该片材可由含陶瓷片增强材料的淤浆制成约0.5～20μm厚的片，其悬浮在粘结剂中，例如惰性粘土、硅酸铝、硅酸镁、纤维素材料、塑料等。此种前体片材再经过干燥以及300℃～800℃温度的热处理。这样的高温可烧掉各种有机材料，包括纤维素材料及塑料，从而形成多孔结构。此种热处理还可将粘结剂材料转化为形成微孔的结构。优选所选择的材料能够提供疏水结构，以便使其中大孔允许水蒸气透过。在片材前体的制造中，除了催化颗粒之外，还可加入其他催化或吸附材料，包括例如沸石、活性炭等。还可加入结构强度增强剂，或者相反，加入一种在高温下变弱的成分，以便香烟吸过以后能够将管子捻碎。当对片材前体进行转化时，可加入挥发性有机粘结剂。还应当指出，片材不一定要求进行热处理，尤其是当以活性炭作为吸附材料时。此时片材可进行干燥，然后以其前体状态供使用，然后，依靠高温香烟燃烧区将前体材料转化为具有本发明性能的处理材料。
实施例本发明各种各样实施方案处理侧流烟雾的效力将在下面的实施例中得到展示。然而，给出下列实施例的意图从任何意义上都不以此限制所附权利要求的范围。
实例1处理材料的代表性组成可有某种程度不同，但是其各种成分总地在下列范围内。
表1
实例2有关材料对侧流烟雾的处理效率，有几点应当考虑。侧流烟雾中可见成分必须减少到足以使吸烟者体会到抽吸本发明的香烟单元是有益的。处理侧流烟雾的系统不应显著影响主流烟的风味和味道。再有，处理材料不应向主流烟中加入任何会明显影响风味和味道的东西。该处理材料还必须避免带有任何异味气体。
为了评估可见侧流烟雾的减少，将样品香烟与对照例(常规香烟)对照着进行试验，以评估可见侧流烟雾的减少。该试验能够探测可见侧流烟雾，并根据相对于对照例放出烟的百分率，给出本发明处理装置放出烟雾的相对数值。下表2提供比较情况，并证明采用本发明处理材料可到达100％消除可见侧流烟雾的效果。
表2利用与常规/对照例样品对比的肉眼评估，试验可见侧流烟雾的减少。确立标准侧流烟雾的评定等级，并表示出样品相对于对照例的各种数值。等级代号数值评级缩写标准 8 N7中等 6 M5低 4 L3非常低 2 VL非常非常低 1 VVL清爽 0 CL试验结果观察时间(min)样品#1样品#2样品#31 VL VVL VVL2 CL CLCL4 CL CLCL6 CL CLCL10CL CLCL通过采用标准吸烟机并将主流烟和侧流烟雾分别截获在不同的过滤器中，然后采用气相色谱术按照标准方式分析各个过滤器中的含量，本发明人得以展示，在催化剂存在下，与常规香烟比较，主流烟组成中变化极小。这一结果清楚地证明，卷烟纸能够将侧流烟雾的催化处理与主流烟的产生彼此无关。下面给出的表3以实例说明上述结果。样品与对照例的比值指出，从对照例到样品放出的TMP的变化非常小。比值等于1.0表示没有变化，而试验得出的TMP比值为1.09；焦油比值为1.2，因此，在主流烟组成中这些成分的增加均非常小。吸烟试验表明，样品的味道和风味与对照例基本相同。重要的是，侧流烟雾中TMP、Nic(尼古丁)、H2O及焦油的降低均非常明显。这清楚地说明，在主流烟实际上不受影响的同时，处理材料在降低侧流烟雾中上述成分方面具有非常高的活性。有关这方面，还将在实例5中做更详细的讨论。
表3ISO标准化烟雾测定主流(MS)及侧流(SS)烟雾成分变化。测定 TPM*NIC*H2O焦油样品 MS17.221.332.313.5SS7.7 0.54.936.23对照例MS15.831.342.43 12.07SS31.404.641.25 25.6样品/对照例比值 MS1.09 0.990.98 1.12SS0.24 0.120.74 0.24*TMP--总颗粒物质*NIC--尼古丁实例3侧流烟雾处理材料具有非常高的孔隙率，远高于200 Coresta单位，优选1000 Coresta单位以上。该材料应允许或促进香烟的常规燃烧，从而保证主流烟具有与相应香烟相同的味道和风味，并且侧流烟雾不具有任何可察觉异味。展示该香烟单元具有正常功能的一个方面，是将有或没有该处理材料时，抽吸阶段之前、期间及以后香烟周边及香烟中心线处的温度加以比较。下表4给出这些试验的结果，它们是采用实例4中所描述的香烟温度监测装置进行的。表4给出的结果清楚地展示，就中心线温度而言，常规香烟与放于处理材料内燃烧的香烟之间差异极小。常规香烟的周边温度，当按常规方式，不带处理材料燃烧时，介于约450℃～480℃；中心线温度，介于约750℃～785℃。相应的香烟，放在本发明处理材料内燃烧，全部具有不相上下的周边及中心线燃烧温度。其周边温度几乎一样，介于约445℃～约475℃。相应地，中心线温度介于约730℃～793℃。表中给出的温度系当燃烧炭通过监测区时香烟所经历的中心线及周边处的上限温度水平。考虑到样品温度与对照例温度基本相同，可清楚地看出，该材料在使用时具有高导热率，不具有绝热体作用。假如处理材料起到绝热体作用的话，样品温度势必较高，尤其是在周边处。应当指出，先有技术，即带有陶瓷纸的美国专利4,915,117，以及将香烟放在管状空腔内的WO 95/34226，这二种相似样品的温度水平表明其不同于常规香烟。这一结果已通过实际抽烟得到证实。相似样品1和2都具有不可接受的异味和风味。
表4试验样品与市售香烟之间中心线燃烧温度的比较样品平均温度(℃)中心线 周边对照例#1785 450#2760 480#3750 450样品，W/O催化剂 791 445样品，内表面涂布 793 475样品，含有催化剂并内表面涂布 730 450相似样品1-美国专利4,915,117 500 275模拟样品2-WO 95/34226 680 580实例4凭借机器试验，要准确再现说明香烟味道和风味可接受这样的结果是有困难的。已研发出一种可靠的温度监测装置，按照大约每2秒钟一周期的方式测定温度。在讨论该试验结果之前，先对图5所示的装置做简要说明。
温度测定设备44包括机架46，沿机架横向有几根绷直的细(热电偶)金属丝48。这些金属丝彼此平行并相距3mm。机架46被轨道50精确地限制在沿金属丝方向52做大约10mm行程的可重复往复运动。控制器53用于对电脑控制电机54实施控制，该电机通过变速箱56将旋转运动转化为直线运动并驱动变速箱。样品香烟58静止不动，固定在机架46中部，使得金属丝位于其轴线的平面内并与轴线垂直。利用细针将金属丝48引导穿过样品58，要尽可能小地造成对卷烟纸60的扰动。
热电偶62由二种不相同金属的丝组成。为覆盖实验温度范围，采用型号R(铂-铂/铑)，每根金属丝的直径为0.003英寸。每种金属丝横跨机架的一半，并与另一种金属丝在结点64处焊接在一起。如此形成的结点为感温-电压变送器。通过对机架运动的控制，使该结点在轴线66至刚好超过其纸边缘的范围内，沿径向向后并向前穿过样品58。
在一种控制方案中，热电偶结点64(以下称“TC”)移动约5个不连续的步长。每步之间暂停大约300ms。这给TC在记录读数之前提供一定的稳定时间。
微小TC电压在装置65中经过调节、放大并转换为温度。
香烟以其过滤嘴连接到正弦波吸烟机上。在我们的试验中，采用36mL/2秒的空气体积流量，每60秒出现一次。吸烟机72与记录/控制电脑74和76之间的电气连接68和70使得该装置能够将抽吸期间采集的温度数据与“闲置”期间的数据区别开来。按此方式，每个TC每2秒记录一次径向扫描。随着样品燃烧炭燃烧通过TC，也可记录到沿轴线方向的特征时间曲线。
试验结果表明，碳在燃烧期间以基本稳定的轴向速度移动。已知这一速率，我们就能够将时间数据转换为实际轴向位置。原则上，可产生温度作为径向和轴向位置函数的三维绘图。
难点在于抽吸期间的数据读取。因为抽吸出现在短时间内并且不频繁，故而数据稀疏。实际上，在任何一个TC上，仅能在闲置数据上随机位置观察到很小的波动。这一问题迫使不得不采用如图5所示的多热电偶技术。因为，如上面解释的，时间数据可转换为轴向位置，并且TC之间的距离又是已知的，故而可将各个TC数据叠加起来。鉴于就每个TC而言，这些抽吸发生在不同位置，故而可做出某种包络线，用以描述抽吸期间的真正温度。通过来自几个样品数据的叠加，该包络线开始显现出抽吸期间温度曲线的良好图形。
倘若仅考虑来自样品中心线的读数，则温度对时间的图形类似于图6所示的样子。每个热电偶在炭通过时做出响应。可看出该抽吸期间的周期波动。注意，这些波动按规则间隔出现，并且对于每个热电偶来说均处于同一时刻。可测定出以mm/s为单位的燃烧速率。据此，可将X轴从时间转换为距离。鉴于热电偶之间的距离是已知的，因此可将它们的数据叠加。这就产生如图7所示的图形。注意，小的抽吸波动这时分散开了。随着来自其他样品的更多数据的叠加，便可确定某种抽吸“包络线”。
以上的温度测定装置可用来以图形形式产生全部特征，展示出燃烧炭通过烟草该部分移动所述烟草的变化历程。从味道和风味角度考虑需要分析的该图形关键部分是曲线前沿部分，该部分定义燃烧炭接近处的烟草温度。这一区域的烟草，随着它被加热到超过50℃，便释放出对主流烟风味和味道有影响的挥发成分。曲线前沿部分下方的积分面积是预测香烟味道和风味的指标。该曲线越接近对照例，其味道及风味也越近似常规香烟。而该曲线越是平坦，则该香烟越不大可能具有常规香烟的味道和风味。下表5利用指数值对曲线下方的积分面积进行定量描述，从中可以看出，在包卷材料中浸渍了和/或在包卷材料内表面涂布了铈催化剂的优选香烟单元实施方案最近似于常规香烟。
表5热经历，样品对对照例香烟热经历指数样品# 市售香烟试验样品13.624.3W/O催化剂 4.9含催化剂样品 4.7内表面涂布的样品 3.3样品，含催化剂#1并将其涂布 3.3样品，含催化剂#2并将其涂布 4.1相似的样品#2(WO 95/34226) 8.1实际吸烟的结果也证实，这一数据正确地反映出该香烟单元具有与常规香烟相比可接受的风味和味道。应当指出的是，还对相似样品#2评估了热经历指数。其指数比对照例高得多，这证实了从相似样品抽吸试验所获得的异常味道及风味。该指数越高，表明处于燃烧炭前方的烟草处于较高温度较长时间，导致烟草在管子空腔内实际上经受了“煮炼”以后，燃烧炭才到达烟草该部分。
实例5可在包卷材料中提供催化剂，以促进可能被吸附在该材料中的侧流烟雾成分的氧化，这些成分经过处理，然后视处理后材料对包卷材料的亲合性而可能释放出去。样品及对照例放在标准吸烟机上抽吸。香烟冒烟期间放出的侧流烟雾被捕集在适当过滤器中。然后用气相色谱术按标准方式分析过滤器以确定各种有机化合物的存在，以及这些化合物在样品捕获侧流烟雾中的含量与对照例相比的增加或减少。载于下表6中的结果显示，本发明香烟单元的侧流烟雾组成与常规香烟相比，催化剂对降解各种侧流烟雾成分的活性。可清楚地看出，常规侧流烟雾中的几种成分已被催化剂转化为低分子量结构，它们倘若透入到大气中，则本质上是不可见的。另外，还应当指出，某些成分，例如双环戊烷、2,3-二氢呋喃、2-普鲁本辛、乙苯、1-癸烯及苯，已被完全清除，正如比值等于0所显示的。
表6某些化合物的侧流烟雾成分值除以对照例样品值的比值
这些实例展示本发明在处理并优选消除侧流烟雾，同时又不显著影响主流烟味道和风味的某些方面的各种特征。该处理材料在消除可见侧流烟雾方面最为有效，与此同时还对侧流烟雾成分的氧化起作用。该香烟单元燃烧时不带异味，从而展示该处理材料的效力。
虽然本文已就本发明优选实施方案做了详细描述，但是本领域技术人员懂的，在不偏离本发明精神及所附权利要求范围的条件下，尚可对其做出各种变换。
权利要求
1．一种释放低侧流烟雾的香烟单元，包含ⅰ)以常规卷烟纸包卷烟草柱的香烟；ⅱ)处理侧流烟雾的不可燃材料，它包卷所述香烟烟草柱部分的所述常规卷烟纸并大体上与之接触；所述材料具有促进该材料内香烟常规自由燃烧速率的孔隙率；ⅲ)所述材料包含储氧成分，它能在所述香烟燃烧炭附近自由燃烧速率的温度下释放氧气，借此，该释放的氧气便可a)因该材料降低氧气扩散到燃烧炭中的速率而进行补偿，从而保证所述常规自由燃烧速率，以及b)对侧流烟雾成分的氧化处理起作用。
2．权利要求1的香烟单元，其中所述储氧成分是具有多种氧化态的金属氧化物。
3．权利要求2的香烟单元，其中所述金属氧化物选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物及镧系金属氧化物。
4．权利要求3的香烟单元，其中所述过渡金属氧化物选自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB及其混合物以及二种或多种金属氧化物的固溶体。
5．权利要求3的香烟单元，其中所述金属氧化物选自镧系金属氧化物。
6．权利要求5的香烟单元，其中所述金属氧化物是铈的氧化物。
7．权利要求1的香烟单元，其中所述材料另外还包含用于促进渗入所述材料的非水成分氧化的催化剂，所述催化剂与所述储氧成分掺混在一起。
8．权利要求7的香烟单元，其中所述催化剂选自铂族金属、过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、镧系金属氧化物、硅酸铝、氧化铝及碳酸钙及其二种或多种金属氧化物的固溶体。
9．权利要求8的香烟单元，其中所述催化剂选自硅酸铝、铂、钯、铁、铜、银及铈。
10．权利要求9的香烟单元，其中所述催化剂是铈的氧化物或铈与权利要求8的其他金属氧化物的固溶体。
11．权利要求1的香烟单元，其中所述储氧成分兼具氧化催化剂的双重功能。
12．权利要求11的香烟单元，其中所述双重功能储氧成分及催化剂选自具有多种氧化态的过渡金属氧化物以及镧系金属氧化物。
13．权利要求12的香烟单元，其中所述储氧成分和催化剂是铈的氧化物。
14．权利要求1的香烟单元，其中所述储氧成分在所述材料中的量是实现所述氧化反应的有效量，最高约30wt％。
15．权利要求7的香烟单元，其中所述储氧成分及所述催化剂在所述材料中的合计量是实现所述氧化反应的有效量，最高约30wt％。
16．权利要求11的香烟单元，其中所述催化剂在所述材料中的量是实现所述氧化反应的有效量，最高约30wt％。
17．权利要求14、15或16的香烟单元，其中所述储氧成分和/或催化剂的量介于约5～约20wt％。
18．权利要求14、15或16的香烟单元，其中储氧材料另外还施加到与所述卷烟纸相邻的所述材料的内表面上。
19．权利要求1的香烟单元，其中所述材料的孔隙率至少为约200Coresta单位。
20．权利要求19的香烟单元，其中所述材料的孔隙率小于约10,000 Coresta单位。
21．权利要求20的香烟单元，其中所述材料的孔隙率介于约300～约4000 Coresta单位。
22．权利要求1的香烟单元，其中所述材料包卷在所述卷烟纸上，从而围成由该材料构成的所述单元的包卷层。
23．权利要求1的香烟单元，其中所述材料预成形为管状，其内径可容纳香烟并与其处于摩擦衔接状态。
24．权利要求1的香烟单元，其中所述处理材料由卷烟纸包卷设备包卷到香烟上。
25．以上权利要求中任何一项的香烟单元，其中所述处理材料另外还包含能吸附侧流烟雾成分的吸附剂，所述储氧成分对被吸附侧流烟雾成分的氧化处理起作用。
26．权利要求25的香烟单元，其中所述吸附剂是疏水的，用于选择性吸附侧流烟雾的非水成分。
27．权利要求25或26的香烟单元，其中所述处理材料能够氧化透过所述此类材料而未被吸附的侧流烟雾非吸附气态成分。
28．权利要求25的香烟单元，其中所述吸附剂材料选自活性炭、分子筛及多孔金属氧化物。
29．权利要求28的香烟单元，其中所述吸附剂是活性炭。
30．权利要求28的香烟单元，其中所述吸附剂是沸石，其孔隙直径足以吸附侧流烟雾非水成分。
31．权利要求30的香烟单元，其中所述沸石的大孔尺寸介于约9～40埃。
32．权利要求31的香烟单元，其中所述沸石是Y沸石。
33．权利要求30的香烟单元，其中所述沸石吸附剂兼具吸附剂和氧化催化剂的双重功能。
34．权利要求28的香烟单元，其中所述多孔金属氧化物系通过对片材的热处理制成，所述片材包含金属氧化物、片材增强剂以及热处理期间将被驱出从而形成多孔片材的有机物。
35．权利要求25的香烟单元，其中所述材料是多层材料。
36．权利要求35的香烟单元，其中与卷烟纸相邻的第1层主要是所述储氧成分，第2层主要是所述催化剂材料或所述吸附剂材料，而第3层是其它的所述催化剂或吸附剂。
37．以上权利要求中任何一项的香烟单元，其中所述材料在施加到所述香烟上以后其厚度介于约0.04mm～约1mm。
38．以上权利要求中任何一项的香烟单元，其中所述材料在施加到所述香烟上以后，具有不受任何涂层或附加卷烟纸限制的外表面。
39．一种香烟单元，包含ⅰ)以卷烟纸包卷烟草柱的香烟；ⅱ)包卷并大体上接触所述卷烟纸外周边的不可燃材料，所述材料具有促进所述香烟特有的自由燃烧速率的孔隙率；ⅲ)包含基本疏水的吸附剂和储氧成分的上述材料，所述吸附剂能吸附所述香烟燃烧炭放出的侧流烟雾非水成分，所述储氧成分在邻近所述香烟燃烧炭的温度下释放氧气，借此，该释放的氧气便可a)因该材料降低氧气扩散到燃烧炭中的速率而进行补偿，从而保证其自由燃烧速率，以及b)对侧流烟雾成分的氧化处理起作用。
40．权利要求39的香烟单元，其中所述香烟借助包卷所述香烟烟草柱部分并处理侧流烟雾的所述材料，能够减少侧流烟雾放出量。
41．权利要求39或40的香烟单元，其中所述卷烟纸有降低自由燃烧速率的非常规孔隙率。
42．权利要求39或40的香烟单元，其中所述所述香烟是具有常规卷烟纸和常规自由燃烧速率的常规香烟，所述材料的所述孔隙率能促进所述香烟的常规自由燃烧。
43．一种香烟单元，包含香烟及包卷并大体接触所述香烟卷烟纸的处理材料，所述处理材料具有能促进所述香烟常规自由燃烧速率的孔隙率，并包含促进对所述香烟燃烧炭放出的侧流烟雾氧化处理的氧化催化剂，所述卷烟纸使香烟抽吸期间所述侧流烟雾的处理反应与主流烟的产生彼此隔绝。
44．权利要求43的香烟单元，其中所述催化剂选自铂族金属、过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、镧系金属氧化物、硅酸铝、氧化铝及碳酸钙。
45．权利要求44的香烟单元，其中所述催化剂选自硅酸铝、铂、钯、铁、铜、银及铈。
46．权利要求45的香烟单元，其中所述催化剂是铈的氧化物或铈与权利要求44的其他金属氧化物的固溶体。
47．权利要求43的香烟单元，其中所述氧化催化剂兼有作为储氧成分的双重功能。
48．权利要求47的香烟单元，其中所述双重功能储氧成分及催化剂选自具有多种氧化态的过渡金属氧化物以及镧系金属氧化物。
49．权利要求48的香烟单元，其中所述储氧成分和催化剂是铈的氧化物。
50．权利要求44的香烟单元，其中所述催化剂在所述材料中的量是实现所述氧化反应的有效量，最高约30wt％。
51．权利要求47的香烟单元，其中所述双重功能催化剂在所述材料中的合计量介于约5～约20wt％。
52．权利要求47的香烟单元，其中双重功能催化剂另外还施加到所述材料与所述卷烟纸相邻的内表面上。
53．权利要求43的香烟单元，其中所述材料的孔隙率至少为约200 Coresta单位。
54．权利要求53的香烟单元，其中所述材料的孔隙率小于约10,000 Coresta单位。
55．权利要求54的香烟单元，其中所述材料的孔隙率介于约300～约4000 Coresta单位。
56．权利要求43的香烟单元，其中所述香烟是常规香烟，带有常规卷烟纸。
57．一种处理香烟燃烧中放出的侧流烟雾的方法，该香烟有包卷并大体上接触香烟卷烟纸的侧流烟雾处理材料，所述材料具有促进所述香烟常规自由燃烧速率的孔隙率，并包含吸附剂和储氧成分，后者在邻近所述香烟燃烧炭的自由燃烧速率温度下释放氧气，所述方法包括ⅰ)使所述香烟燃烧时放出的侧流烟雾中非水成分吸附在所述材料中，以及；ⅱ)处理所述被吸附成分并释放透过所述材料、在大气中不可见的处理后的挥发成分。
58．权利要求57的方法，其中所述材料包含促进所述被吸附非水成分的氧化的氧化催化剂，所述催化剂促进被吸附成分的氧化反应，从而减少透过所述材料的气体中总颗粒物质。
59．权利要求57的方法，其中所述储氧成分另外还起到氧化催化剂的作用，所述结合的储氧成分与催化剂，对进入到所述材料中的成分进行处理，从而将侧流烟雾中可见成分减少到基本为零。
60．权利要求59的方法，其中所述材料在所述卷烟纸上的施加，使抽吸期间侧流烟雾成分的处理反应与产生的主流烟彼此隔绝，所述处理反应与主流烟产生的所述隔绝是通过下列措施实现的ⅰ)所述材料的孔隙率允许氧气扩散透过所述材料，从而促进所述香烟的自由燃烧速率；ⅱ)将所述催化剂放在所述卷烟纸外面，从而使所述侧流烟雾成分的处理在所述卷烟纸外面进行；ⅲ)将所述吸附剂放在所述卷烟纸外面，从而在提供所述自由燃烧速率的过程中允许侧流烟雾成分自由地离开所述燃烧炭区域，其中所述吸附剂在所述卷烟纸外面吸附并解吸侧流烟雾成分，从而将侧流烟雾成分的处理与主流烟的产生彼此隔离；ⅳ)所述包卷层的热容量所能提供的香烟周边温度以及香烟中心线温度与所述香烟在没有施加所述材料情况下香烟燃烧的相应部位温度基本相同。
61．权利要求59的方法，其中所述材料为片材形式并包卷到所述卷烟纸上，从而提供厚度介于约0.04mm～约1mm的包卷层。
62．权利要求59的方法，其中所述材料所具有的热容量能够将热量从燃烧炭传导散开，从而提供如下的温度在邻近所述香烟燃烧炭的所述材料内表面，介于约400～550℃，在邻近所述香烟燃烧炭的中心线处温度，介于约700～约950℃。
63．一种施加到香烟上以减少侧流烟雾的片材，所述片材包含基本疏水的吸附剂、片材增强剂以及在邻近香烟燃烧炭的自由燃烧速率温度下释放氧气的储氧成分的组合物，所述片材具有如下特征ⅰ)孔隙率至少为约200 Coresta单位；ⅱ)孔隙尺寸介于约50埃～2μm；ⅲ)组合物的BET表面积大于约20m2/g；ⅳ)密度介于约0.3～约0.8 g/cc；以及ⅴ)片材厚度介于约0.04mm～约1mm。
64．权利要求63的片材，其中所述BET表面积小于约1000m2/g。
65．权利要求63的片材，其中所述BET表面积小于约500m2/g。
66．权利要求63的片材，其中所述BET表面积小于约300m2/g。
67．权利要求63的片材，其中所述吸附剂是活性炭，其BET表面积介于约300～约1800m2/g，而孔隙尺寸分布介于约9埃～约40埃。
68．权利要求63的片材，其中所述吸附剂是沸石，其BET表面积介于约300～约1000m2/g，而孔隙尺寸分布介于约5埃～约20埃。
69．权利要求63的片材，其中所述吸附剂是多孔金属氧化物，其BET表面积介于约10～约400m2/g，而孔隙尺寸分布介于约5埃～约20埃。
70．权利要求63的片材，其中所述材料的孔隙体积介于约0.05～约1.0m3/g。
71．权利要求63的片材，其中所述片材增强剂是线材、薄片或长丝状材料。
72．权利要求63的片材，其中所述材料的填隙空间内的通孔尺寸介于约200埃～约2μm。
73．权利要求63的片材，其中所述储氧成分是具有多种氧化态的金属氧化物。
74．权利要求73的片材，其中所述金属氧化物选自过渡金属氧化物、稀土金属氧化物及镧系金属氧化物。
75．权利要求73的片材，其中所述过渡金属氧化物选自元素周期表ⅣB、ⅤB、ⅥB、ⅦB、Ⅷ及ⅠB及其混合物，以及二种或多种金属氧化物的固溶体。
76．权利要求73的片材，其中所述金属氧化物选自镧系金属氧化物。
77．权利要求76的片材，其中所述金属氧化物是铈的氧化物或铈与其他金属氧化物的固溶体。
78．权利要求63的片材，其中所述材料另外还包含催化剂，用于促进所述非水成分的氧化。
79．权利要求78的片材，其中所述催化剂选自铂族金属、过渡金属氧化物、稀土金属氧化物、镧系金属氧化物、硅酸铝、氧化铝、碳酸钙及其混合物，以及至少二种所述金属氧化物的固溶体。
80．权利要求79的片材，其中所述催化剂选自沸石、铂、钯及铈。
81．权利要求76的片材，其中所述催化剂是铈的氧化物。
82．权利要求73的片材，其中所述储氧成分兼具氧化催化剂的双重功能。
83．权利要求82的片材，其中所述储氧成分兼有作为催化剂的双重功能，选自具有多种氧化态的过渡金属氧化物及镧系金属氧化物。
84．权利要求83的片材，其中所述双重功能储氧成分和催化剂是铈的氧化物。
85．权利要求63的片材，其中所述储氧成分在所述材料中的量是实现所述氧化反应的有效量，最高约30wt％。
86．权利要求78的片材，其中所述储氧成分及所述催化剂在所述材料中的合计量是实现所述氧化反应的有效数量，最高约30wt％。
87．权利要求82的片材，其中所述双重功能材料在所述材料中的量是实现所述氧化反应的有效量，最高约30wt％。
88．权利要求85、86或87的片材，其中所述储氧成分和/或所述催化剂的量介于约5～约20wt％。
89．权利要求85、86或87的片材，其中储氧材料另外还施加到所述材料与所述卷烟纸相邻的内表面上。
90．权利要求63的片材，其中所述材料的孔隙率小于约10,000Coresta单位。
91．权利要求90的片材，其中所述材料的孔隙率至少为约300Coresta单位。
92．权利要求91的片材，其中所述材料的孔隙率小于4000Coresta单位。
93．权利要求63的片材，其中所述材料包卷在所述卷烟纸上，从而围成由该材料构成的所述单元的包卷层。
94．权利要求63、74、79或82，其中所述材料是多层材料。
95．权利要求94的片材，其中与卷烟纸相邻的第1层主要是所述储氧材料，第2层主要是所述催化剂材料或所述吸附剂材料，第3层主要是其它的所述催化剂或吸附剂。
96．以上权利要求中任何一项的片材，其中所述吸附剂材料选自活性炭、分子筛及多孔金属氧化物。
97．权利要求94的片材，其中所述吸附剂是活性炭。
98．权利要求94的片材，其中所述吸附剂是沸石，具有足以吸附侧流烟雾非水成分的孔隙直径。
99．权利要求96的片材，其中所述沸石的大孔尺寸介于约9～40埃。
100．权利要求97的片材，其中所述沸石是Y沸石。
101．权利要求97的片材，其中所述多孔金属氧化物系通过对片材的热处理制成，所述片材包含金属氧化物、片材增强剂以及在约300～800℃的温度热处理期间将被驱出从而形成多孔片材的有机物。
102．权利要求63～101中任何一项的片材，其中所述材料所具有的热容量能够将热量从燃烧炭传导散开，从而提供如下的温度在邻近所述香烟燃烧炭的所述材料内表面，介于约400～550℃，在邻近所述香烟燃烧炭的中心线处温度，介于约700～约950℃。
103．权利要求63～101中任何一项的片材，其中所述片材在施加到所述香烟上以后的厚度介于约0.04mm～约1mm。
104．权利要求63～101中任何一项的片材，其中所述片材在施加到所述香烟上以后具有不受任何涂层或附加纸包卷层限制的外表面。
105．制造权利要求1的香烟单元的方法，包括将权利要求63的片材包卷到有卷烟纸的香烟周围。
106．权利要求105的方法，其中所述包卷上去的片材在搭接缝处连接并胶粘定位，所述包卷层的外面不具有任何可燃包覆层。
107．制造权利要求1的香烟单元的方法，包括将权利要求63的片材与卷烟纸同时地包卷到烟草柱上，其中所述卷烟纸处于最内层并与所述烟草柱相邻。
108．权利要求107的方法，其中所述卷烟纸有常规孔隙率，介于约5～约70 Coresta单位。
109．制造权利要求1的香烟单元的方法，包括将所述材料与卷烟纸一起成形为管状，其中卷烟纸位于所述管子的内表面，所述管子的内径尺寸可容纳不可吸香烟烟草柱，后者在插入到所述管子中时就变为可吸的。
全文摘要
由不可燃活性成分的片材制成的香烟侧流烟雾处理材料,可提供一种处理侧流烟雾用的多孔结构。该处理材料当与常规卷烟纸的香烟组合在一起使用时,可提供释放低侧流烟雾的香烟单元。该材料的孔隙率可促进香烟的常规自由燃烧速率。该材料可包含能吸附侧流烟雾成分的吸附剂以及储氧成分,后者能在自由燃烧速率温度下放出氧气以保证常规自由燃烧速率得以维持,并强化对被吸附非水成分的氧化处理。优选该材料中包括氧化催化剂,最好是该储氧成分又同时兼具作为氧化催化剂的双重功能。发挥双重功能的尤其优选成分是铈的氧化物。
文档编号A24D1/00GK1306401SQ99807461
公开日2001年8月1日 申请日期1999年4月16日 优先权日1998年4月16日
发明者L·波文, S·M·斯奈德尔, E·R·贝克尔, W·A·布拉克曼 申请人:乐富门.本森及赫奇斯有限公司