專利名稱：可降解的香煙過濾嘴帶有多層涂層的丸粒的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可降解的香煙過濾嘴。
背景技術(shù)：
美國專利公開文本No. 2009/0151738以引用的方式并入本文，公開了一種可降解的香煙過濾嘴，其中，通過催化醋酸纖維素絲水解的物質(zhì)實(shí)現(xiàn)降解。用于香煙過濾嘴絲的醋酸纖維素通常具有2. 0-2. 6范圍內(nèi)的取代度(D. S.)。D. S.在2. 0-2. 6范圍內(nèi)的醋酸纖維素不容易遭受天然存在的酶和細(xì)菌的侵襲；而0. S. < I. O的醋酸纖維素容易被天然存在的酶和細(xì)菌侵襲。為了降低醋酸纖維素的D. S.，必須使醋酸纖維素水解(即，用羥基部分置換醋酸酯部分)。
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在美國專利公開文本No. 2009/0151738中，一種實(shí)施本發(fā)明的方法是使用分散到絲束當(dāng)中的丸粒。這些丸粒包括涂有水溶性物質(zhì)的水解催化劑。這些丸粒按預(yù)期的方式起作用，醋酸纖維素絲束水解，然后降解。然而，這種簡單的構(gòu)造以兩種方式有所不足；首先，催化劑釋放過快，其次，所述丸粒是可能會(huì)對煙味產(chǎn)生負(fù)面影響的外來物。催化劑的過快釋放會(huì)導(dǎo)致在可以發(fā)生水解(或充分水解)之前催化劑完全損失，由此使本發(fā)明的目的無法實(shí)現(xiàn)。因此，需要一種新型的丸粒構(gòu)造，其可提供水解催化的控釋和緩釋，并且不會(huì)對香煙味產(chǎn)生負(fù)面影響。

發(fā)明內(nèi)容
可降解的香煙過濾嘴包括開松醋酸纖維素絲束濾芯和圍繞所述濾芯的成型紙(plug wrap)及分散在所述絲束中的丸粒。所述丸粒包括適于催化醋酸纖維素絲束水解的物質(zhì)，其由水溶性或透水性物質(zhì)內(nèi)層和D. S.在2. 0-2. 6范圍內(nèi)的醋酸纖維素外層包封。


為例示本發(fā)明，在附圖中顯示了本發(fā)明優(yōu)選的形式；然而，要理解的是，本發(fā)明并不局限于所示的確切配置及手段。圖I是根據(jù)本發(fā)明制成的丸粒的剖視圖。對本發(fā)明的詳細(xì)說明可降解的香煙過濾嘴一般包括由開松醋酸纖維素絲束制成的濾芯(或?yàn)V塞)、圍繞所述濾芯的成型紙和分散在所述絲束中的丸粒。所述丸粒含有用于催化醋酸纖維素絲束水解的物質(zhì)?？梢栽谥圃煜銦熯^濾嘴期間將丸粒加到濾芯中。所述丸?？梢允菃蝹€(gè)丸?；蛟S多丸粒。下面將對前述內(nèi)容進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。用在本文中的可降解的香煙過濾嘴是指在接觸室外環(huán)境(即，接觸雨、露或其它水源)時(shí)會(huì)分解的香煙過濾嘴。降解程度最低應(yīng)足以使醋酸纖維素(在香煙過濾嘴中，醋酸纖維素的D. S. 一般為2. 0-2. 6)轉(zhuǎn)化成醋酸纖維素(D. S. ^ 1.0),并且最高應(yīng)足以使醋酸纖維素轉(zhuǎn)化成葡萄糖。這種降解的時(shí)間比等量未經(jīng)處理的醋酸纖維素分解的時(shí)間短，通常可以是幾個(gè)月(例如2-6個(gè)月)或更短。參見圖1，丸粒10含有適于催化醋酸纖維素絲束水解的物質(zhì)12，其由水溶性或透水性物質(zhì)的內(nèi)層14和D. S.在2. 0-2. 6范圍內(nèi)的醋酸纖維素外層16包封。下面將更詳細(xì)地討論這些組分中的每一種。適于催化醋酸纖維素絲束水解的物質(zhì)12是可以催化醋酸纖維素絲束水解的任何物質(zhì)。用在本文中的催化水解是指從纖維素主鏈中移除醋酸酯部分。在理想的情況下，移除所有的醋酸酯部分，但對于降解來說，這種理想的情況不是必需的，而D. S. < I. O的醋酸纖維素對于降解(例如，被天然存在的酶和細(xì)菌侵襲)來說是足夠的。為發(fā)生醋酸纖維素的水解，通常只有醋酸纖維素、催化水解的物質(zhì)和水是必要的。適于催化水解的物質(zhì)12可分為若干類物質(zhì)酸、酸式鹽、堿和適于產(chǎn)生酸的細(xì)菌。酸的PKa應(yīng)< 6。堿的pKb應(yīng)< 6。通常單獨(dú)使用這些類中的物質(zhì)，但組合使用是可行的。所述酸包括醋酸、抗壞血酸、抗壞血酸-2-磷酸酯(ascorbyl-2-phosphate)、抗壞血酸-2-硫酸酯(ascorbyl-2-sulfate)、天冬氨酸(氨基丁二酸)、肉桂酸、朽1檬酸、葉酸、戊二酸、乳酸、蘋果酸(I-羥基丁二酸)、煙堿酸(煙酸)、草酸、丁二酸、酒石酸、硼酸、鹽酸、硝酸、磷酸、硫酸、以及它們的組合。在大多數(shù)實(shí)施方案中，使用抗壞血酸、檸檬酸、乳酸、或煙堿酸。另外，所述酸可以包括弱有機(jī)酸與可被水解為強(qiáng)酸的化合物的組合。在這種組合中，弱有機(jī)酸使所述化合物水解，產(chǎn)生強(qiáng)酸，且所述強(qiáng)酸使絲束水解(通常水解成糖，例如葡萄糖)。弱有機(jī)酸包括抗壞血酸、檸檬酸、乳酸、煙堿酸、羥基丁二酸(蘋果酸)、以及它們的組合?？杀凰鉃閺?qiáng)酸的化合物包括硫酸纖 維素、十二烷基硫酸鹽、抗壞血酸-2-硫酸酯、抗壞血酸-2-磷酸酯、五氧化二磷、基于五氧化二磷的酯、硝酸纖維素、磷酸-2-乙基己酯、以及它們的組合。所述酸式鹽包括金屬鹽，其中所述金屬選自鋁、鉀、鈉、或鋅，且鹽的非金屬部分選自硝酸根、磷酸二氫根、磷酸氫根、磷酸根、硫酸氫根、硫酸根、以及它們的組合。作為酸式鹽還包括有明礬(硫酸鋁鉀)和硫酸鋁銨。在大多數(shù)實(shí)施方案中，使用硫酸氫鈉(NaHSO4)或磷酸二氫鈉(NaH2PO4)。所述堿包括金屬氫氧化物、氧化鈣(石灰)、尿素、硼砂、偏硅酸鈉、氫氧化銨、碳酸鈉、磷酸三鈉、次氯酸鈉、碳酸氫鈉(重碳酸鈉)、以及它們的組合。所述細(xì)菌可以是產(chǎn)生酸的細(xì)菌或者是直接侵襲并降解醋酸纖維素的細(xì)菌。通常必須對產(chǎn)生酸的細(xì)菌提供食物來源。因此，當(dāng)通過水的溶解作用釋放這種細(xì)菌時(shí)，細(xì)菌消化食物來源，產(chǎn)生弱酸，且所述弱酸催化醋酸纖維素水解。產(chǎn)生酸的細(xì)菌包括嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌、伍氏醋酸桿菌、紋膜醋酸桿菌(醋細(xì)菌)、以及它們的組合。這些細(xì)菌的食物來源是常規(guī)的，可以包括乳糖、葡萄糖、和/或基于三放體的物質(zhì)。直接侵襲并降解醋酸纖維素的細(xì)菌不需要食物來源。直接侵襲并降解醋酸纖維素的細(xì)菌包括根瘤菌、木糖氧化產(chǎn)堿菌、以及它們的組合。適于催化水解的物質(zhì)在濾芯中的存在量必須足以使醋酸纖維素絲束以比同等未經(jīng)處理的濾芯快的速率降解。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，降解的時(shí)間可以是2-6個(gè)月。所述物質(zhì)的量將取決于例如濾芯中的醋酸纖維素重量、所需的濾芯降解時(shí)間、和選定適于催化水解的物質(zhì)(僅舉幾例)。例如，如果選定了酸，并且目標(biāo)降解時(shí)間是2-6個(gè)月，則在一個(gè)實(shí)施方案中，酸量范圍可以是濾芯中的醋酸纖維素的2-200重量％。在另一實(shí)施方案中，采用與如上所述相同的所需結(jié)果，酸量范圍可以是醋酸纖維素的5-100重量％。在又一實(shí)施方案中，酸量范圍可以是醋酸纖維素的10-50重量％。如果選定了堿，并且目標(biāo)降解時(shí)間是2-6個(gè)月，則堿量范圍可以是濾芯中的醋酸纖維素的50-500重量％。在另一實(shí)施方案中，采用與如上所述相同的所需結(jié)果，堿量范圍可以是醋酸纖維素的80-300重量％。在又一實(shí)施方案中，堿量范圍可以是醋酸纖維素的100-200 重量％。如果選定了細(xì)菌，并且目標(biāo)降解時(shí)間是2-6個(gè)月，則細(xì)菌量為10至50億菌落形成單位，加上必要的食物。
圍繞并包封適于催化醋酸纖維素絲束水解的物質(zhì)12的層14和16將包封物質(zhì)12，以便使得1)不會(huì)只不過是過多的水將這種物質(zhì)沖走，隨著時(shí)間的推移，有足夠的物質(zhì)來催化水解，2)防止煙吸收醋酸纖維素以外的物質(zhì)的滋味(favor)，這樣可能會(huì)不利地影響煙味屬性，和3)通過常規(guī)的絲束結(jié)合物質(zhì)(如三醋精或三醋酸甘油酯)促進(jìn)丸粒與絲束的絲結(jié)合。內(nèi)層和外層可共同發(fā)揮作用以控制物質(zhì)12的釋放，且外層16發(fā)揮作用以掩蓋物質(zhì)12和層14的味道并促進(jìn)結(jié)合。內(nèi)層14是水溶性物質(zhì)或透水性物質(zhì)。這些物質(zhì)可以是能包封(即，容納適于催化水解的物質(zhì))的任何物質(zhì)；但在與水接觸時(shí)將溶解，從而能夠進(jìn)行催化水解，或者允許水通過，其后使催化劑能夠脫出。采用水溶性物質(zhì)，水將使該物質(zhì)膠凝，且然后膠凝的物質(zhì)可以控制水移入芯或催化劑移出芯。此外，膠凝的物質(zhì)可溶脹，于是這樣可以使外層破裂。包封的重要性至少有兩個(gè)原因首先，包封防止過早水解，其次，保持產(chǎn)品(過濾嘴)的保質(zhì)期。水溶性基質(zhì)物質(zhì)可以是醋酸纖維素(D.S. =0.8±0.2)、羧甲基纖維素(CMC)、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素(HPC)、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、甲基纖維素、聚乙二醇(PEG)、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、糖、以及它們的組合。糖可以是葡萄糖、蔗糖、乳糖、以及它們的組合。在大多數(shù)實(shí)施方案中，水溶性基質(zhì)物質(zhì)可以是甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇、以及它們的組合。透水性物質(zhì)可以包括乙基纖維素、蟲膠、玉米醇溶蛋白(見于玉米中的醇溶蛋白)、醋酸纖維素(D. S. = 2. 0-2. 6)、鄰苯二甲酸纖維素、多孔有機(jī)硅彈性體(即，加有PEG的有機(jī)硅彈性體，其中PEG溶出以形成孔)、丙烯酸酯(例如，可以商品名EU DRAGIT商購自新澤西州皮斯卡塔韋的EvonikDegussa公司)、以及它們的組合。外層16是D. S.為2. 0-2. 6的醋酸纖維素。D. S.為2. 0-2. 6的醋酸纖維素是透水性的。這種醋酸纖維素作為絲束優(yōu)選是相同或大致相同的(例如，“大致相同”的情況是D. S.波動(dòng)在絲束的±25%以內(nèi))。內(nèi)層14和外層16的量應(yīng)足以完全包封適于催化醋酸纖維素水解的物質(zhì)12。完全包封是指覆蓋并隔離物質(zhì)12，如此使之在水已經(jīng)滲透外層16并溶掉內(nèi)層14的至少一部分水溶性物質(zhì)(或滲入透水性物質(zhì))之后才能夠催化水解。例如，內(nèi)層14可以為物質(zhì)12的5-100重量％，或在另一實(shí)施方案中為物質(zhì)12的5-30重量％?；蛘?，可以用衰減的速率(即“半衰期”)來推定內(nèi)層14和外層16的量。半衰期是催化劑物質(zhì)使溶液的pH值降低初始pH值的1/2所需的時(shí)間。在下面給出的數(shù)據(jù)中，ImL水大約相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)香煙過濾嘴的體積。在本發(fā)明中，物質(zhì)的半衰期應(yīng)為至少25分鐘，或者在25-1000分鐘或50-500分鐘或75-300分鐘范圍內(nèi)。在下面的實(shí)施例中將對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例催化劑由檸檬酸和硫酸纖維素-Na鹽以I : I的重量比構(gòu)成。將催化劑形成為大約29. 4毫克重的丸粒(小塊)。然后，如表I中所示，涂布這些丸粒(涂層重量以未經(jīng)涂布的丸粒的重量％表示)。為確定“半衰期”，將50顆未經(jīng)涂布的丸粒放到含有50mL水的IOOmL燒杯當(dāng)中(pH值7)。用Icm的星型頭攪拌器以IOOrpm攪拌燒杯(以確保pH值均勻)。監(jiān)測溶液的pH值(例如，以一分鐘的時(shí)間間隔)，直到溶液PH值達(dá)到3或更低。然后，用經(jīng)涂布的丸粒重 復(fù)同樣的程序。將第一曲線(未經(jīng)涂布的丸粒，PH值與時(shí)間的關(guān)系圖)與后來的曲線(經(jīng)涂布的丸粒，PH值與時(shí)間的關(guān)系圖)進(jìn)行比較。由在pH值為4. 95時(shí)(初始pH值(7)與最終PH值(3)之間的大致中間點(diǎn))的時(shí)間之差確定“半衰期”。表I各種涂層水平的半衰期
「5%乙基奸維素10%乙基纖維索
Λ) E-pin y$s
0%醋醍纖維素~2.5分鐘 ‘、58.5分鐘夕卜涂層
5%'蚣酸纖維素7.5分鐘 62.5分鐘夕卜涂層
iok醏酸纖維索19.5分鐘 98.5分鐘夕卜涂層
20&醋酸纖維索41.5分鐘 135.5分鐘
夕f務(wù)層___在不偏離實(shí)質(zhì)和本質(zhì)屬性的情況下，可以其它形式實(shí)施本發(fā)明，因此，應(yīng)參考所附權(quán)利要求書而非前述的說明書來確定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種可降解的香煙過濾嘴，其中，所述香煙過濾嘴包括開松的醋酸纖維素絲束的濾芯元件和圍繞所述濾芯元件的插入套，還包括 丸粒，所述丸粒分散在所述絲束中，并且包含適于催化所述醋酸纖維素絲束水解的物質(zhì)，所述物質(zhì)由水溶性或透水性物質(zhì)的內(nèi)層和D. S.在2. 0-2. 6范圍內(nèi)的醋酸纖維素外層包封。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述內(nèi)層占適于催化所述醋酸纖維素絲束水解的所述物質(zhì)的5-100重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述內(nèi)層占適于催化所述醋酸纖維素絲束水解的所述物質(zhì)的5-30重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述外層占適于催化所述醋酸纖維素絲束水解的所述物質(zhì)的5-100重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述外層占適于催化所述醋酸纖維素絲束水解的所述物質(zhì)的5-30重量％。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述丸粒具有至少25分鐘的半衰期。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述半衰期在25-1000分鐘范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述半衰期在50-500分鐘范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述半衰期在75-300分鐘范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，適于催化所述醋酸纖維素絲束水解的所述物質(zhì)選自酸、酸式鹽、堿、或適于產(chǎn)生酸的細(xì)菌、或它們的組合。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述水溶性物質(zhì)選自醋酸纖維素(D.S. = 0.8±0. 2)、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素、聚乙二醇、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、糖、以及它們的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述糖選自葡萄糖、蔗糖、乳糖、以及它們的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可降解的香煙過濾嘴，其中，所述透水性物質(zhì)選自乙基纖維素、玉米醇溶蛋白、醋酸纖維素(D.S. = 2. 0-2. 6)、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、多孔有機(jī)硅彈性體、丙烯酸酯、以及它們的組合。
14.一種香煙，其具有根據(jù)權(quán)利要求I所述的過濾嘴。
全文摘要
可降解的香煙過濾嘴包括開松醋酸纖維素絲束濾芯和圍繞所述濾芯的成型紙及分散在所述絲束中的丸粒。丸粒包括適于催化醋酸纖維素絲束水解的物質(zhì)，所述物質(zhì)由水溶性或透水性物質(zhì)的內(nèi)層和D.S.在2.0-2.6范圍內(nèi)的醋酸纖維素外層包封。
文檔編號(hào)A24D3/10GK102711533SQ201080061520
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者雷蒙德·M·羅伯遜 申請人:賽拉尼斯醋酸鹽有限公司