Фильтр для курительного изделия

Фильтр для курительного изделия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к фильтрам для курительных изделий.

Адсорбция представляет собой физическое или химическое явление, при котором молекулы, находящиеся в жидкости, паре или газе, прикрепляются к поверхности твердого тела.

Углеродные материалы широко используются в качестве промышленных адсорбентов общего назначения. Они изготавливаются из самых разных материалов, например природных материалов (например, дерево, торф, уголь, мазут или ореховая кожура, например кокосового ореха), либо могут быть синтетическими материалами (получаемыми, например, коксованием органических смол).

Для увеличения площади поверхности углеродных материалов они могут подвергаться активации. Активация может выполняться, например, нагреванием углерода, который был обработан фосфорной кислотой или хлоридом цинка, либо нагреванием углерода паром или углекислым газом. После активации углекислым газом иногда следует дополнительный шаг воздушной модификации, включающий нагревание углерода на воздухе. Процесс активации удаляет материал с поверхности частиц углерода, что сопровождается потерей веса, которая пропорциональна продолжительности обработки.

Химия поверхности углеродных материалов может быть модифицирована для оптимизации адсорбции целевых материалов. В частности, для определения эффективности и избирательности адсорбции важны структура пор и уровень активации активированных углеродных материалов.

Свойствами поверхности активированных углеродных материалов можно управлять выбором процесса и условий производства активированного углерода.

Как правило, чем больше площадь поверхности пористого материала, тем выше адсорбционная способность материала. Однако, по мере того, как увеличивается площадь поверхности материала, падает его плотность и конструктивная прочность. Более того, в то время как площадь поверхности материала может быть увеличена увеличением числа пор и уменьшением размера пор, при приближении размера пор к размеру целевой молекулы снижается вероятность того, что молекула войдет в пору и адсорбируется к материалу. Это особенно справедливо при увеличении расхода потока фильтруемого материала относительно активированного углеродного материала. Зачастую адсорбционная эффективность падает при увеличении расхода.

Активированные углеродные материалы могут быть введены в курительные изделия и фильтры дыма для снижения уровня определенных компонентов дыма. Однако введение активированного углеродного материала в форме порошка или гранул может создать трудности как с точки зрения изготовления курительного изделия, так и его использования. Например, количество активированного углеродного материала в форме твердых частиц, вводимое в каждый фильтр, должно быть измерено с высокой точностью, однако неоднородность формы и размеров частиц и распределения размеров может повлиять на выполнение технологических операций с материалом, который может обладать относительно плохой текучестью, что затруднит дозирование вводимого материала. Более того, активированный углеродный материал в виде твердых частиц может характеризоваться высоким уровнем отсева, что может приводить к образованию пыли в процессе работы. Пыль создает помехи технологическому процессу, используемому при изготовлении фильтров.

Другим недостатком использования гранулированного активированного углерода является то, что по мере увеличения количества материала, также должно усиливаться и всасывание, используемое для протягивания воздуха через материал (усилие всасывания или перепад давления). Таким образом, количество активированного углерода, который может быть использован в фильтре курительного изделия, ограничено всасывающим усилием, создание которого комфортно для пользователя.

В соответствии с первой особенностью, предложен фильтр курительного изделия, содержащий монолит (единый массив). Монолит представляет собой карбонизированную спеченную смолу.

Монолит может быть сформирован из частиц смолы процессом спекания, при этом монолит не содержит связующего материала. Другими словами, для связывания частиц смолы при формировании структуры монолита не используется дополнительного связующего материала.

Спекание представляет собой процесс, в котором мелкие частицы могут сплавляться друг с другом для формирования монолитного объекта. По сравнению с обычными процессами сплавления, при спекании частицы, по существу, не расплавляются и сохраняют свою исходную форму и структуру. В частности, в спеченном продукте в целом может быть сохранена пористая структура частиц, например макропоры.

Спекание также отличается и от обычного процесса литья под давлением, где формуемой смеси, содержащей частицы материала и связующего материала, придается требуемая форма, и отформованный материал подвергается сушке или отверждению для формирования монолитного объекта, в котором частицы встроены внутрь матрицы, сформированной из высушенного или отвержденного связующего материала.

Спекание дает ряд преимуществ по сравнению с другими способами формирования монолитных объектов из частиц. Например, по сравнению с расплавлением или использованием связующего материала, спекание способствует формированию монолита, свободного от связующего материала, который может повлиять на физические и химические свойства монолита. Процесс спекания позволяет использовать исходные материалы с очень высокими уровнями чистоты и однородности, получать предсказуемые и единообразные результаты благодаря использованию управляемого начального размера зерна и использовать ограниченное число шагов процесса и исходных материалов. В частности, применительно к монолиту описанных фильтров курительного изделия, спекание обеспечивает возможность изготовления материалов, имеющих управляемую однородную пористость и уникальную структуру пор, характеризуемую значительно макропористостью. Эти свойства были бы утеряны или существенно ослаблены, если частицы были просто сплавлены или скреплены посредством связующего материала.

Монолит может иметь несколько проходящих сквозь него каналов, например продольных, и может быть виден невооруженным глазом.

Каналы могут проходить внутри монолита, другими словами, могут быть полностью окружены по всей длине материалом монолита. В этом случае каналы могут иметь любое поперечное сечение. Например, каналы могут быть квадратного, круглого, треугольного, шестиугольного поперечного сечения, либо могут иметь более сложное сечение, правильной или неправильной формы. Внутренние каналы обычно проходят через монолит вдоль друг друга в продольном направлении так, что в поперечном сечении каждый канал имеет вид ′ячейки′ в монолите. Ячейка определяется расстоянием между центрами двух противоположных стенок продольного канала при его наблюдении в поперечном сечении.

Монолит может иметь от 180 до 310 ячеек на 1 кв. сантиметр, или от 200 до 280 ячеек на 1 кв. сантиметр. Ширина каждого канала может составлять от 225 до 600 мкм, предпочтительно, от 310 до 500 мкм.

Дополнительно, или в качестве альтернативы, монолит может включать каналы, расположенные снаружи монолита, то есть не полностью продольно окруженные материалом монолита. Например, внешние каналы могут иметь форму гребней или желобов в наружной поверхности монолита. Внешние каналы могут иметь любое поперечное сечение, правильной или неправильной формы. Например, внешние каналы могут иметь U-образную или V-образную форму. При наличии внешних каналов, при использовании фильтра курительного изделия дым может втягиваться между наружной поверхностью канала монолита и внутренней поверхностью бумаги для обертки фильтра курительного изделия.

В соответствии со второй особенностью, предложен фильтр курительного изделия, содержащий монолит. Монолит имеет множество ячеек, каждая из которых представляет собой канал, проходящий сквозь монолит, например, каждая ячейка представляет собой продольный канал, проходящий по длине монолита. Совокупная площадь поперечного сечения каналов составляет 30-60%, точнее, 30-40%, еще точнее 32-38%, например 35% полной площади поперечного сечения монолита.

Совокупная площадь поперечного сечения каналов может составлять примерно 35% полной площади поперечного сечения монолита.

В соответствии с третьей особенностью, предложен фильтр курительного изделия, содержащий монолит. Монолит содержит множество ячеек, каждая из которых представляет собой канал, проходящий сквозь монолит, например, каждая ячейка представляет собой продольный канал, проходящий по длине монолита. В поперечном сечении монолит содержит 180-310 ячеек на 1 кв. сантиметр.

Монолит может содержать 200-280 ячеек на кв. сантиметр.

С учетом любой из упомянутых выше особенностей, в зависимости от требуемых адсорбционных характеристик, пористая структура углеродного материала монолита может быть преимущественно микропористой. Дополнительно, монолит может включать мезопоры.

Монолит может иметь пористую структуру, содержащую как микропоры, так и макропоры.

Углеродный материал монолита может обладать площадью поверхности по БЭТ (метод Брунауэра, Эммета, Теллера), достигающей примерно, 2100 м²/г. Например, монолит может иметь площадь поверхности БЭТ от 700 до 1300 м²/г, например 810-990 м²/г.

Монолит может иметь длину 4-22 мм, например, 8-12 мм, например примерно 10 мм.

Фильтр курительного изделия может содержать несколько монолитов.

Согласно четвертой особенности, предложен фильтр курительного изделия в соответствии с любой из первой, второй или третьей особенностей, содержащий монолит, представляющий собой карбонизированную спеченную смолу.

Согласно пятой особенности, предложено использование монолита, содержащего карбонизированную спеченную смолу, для фильтрации табачного дыма.

Согласно шестой особенности, предложен способ изготовления фильтра для курительного изделия, включающий шаги:

(а) формирования частиц частично отвержденной смолы в виде формовочной массы и придания ей формы монолита;

(б) спекания частиц;

(в) карбонизации и активации спеченного монолита; и

(г) встраивания монолита в фильтр курительного изделия.

Как правило, частицы формируются подготовкой фенолоальдегидной смолы, частичным спеканием смолы и затем измельчением отвержденной смолы.

Формование формовочной массы может включать экструзию формовочной массы. Прежде монолиты получали отверждением смеси смолы вокруг волокнистого шаблона, который затем подвергался разложению с образованием углеродного монолита с каналами в форме шаблона. Монолиты, используемые в описываемых фильтрах курительного изделия, сформированы без использования шаблона. Вместо этого формовочная масса, состоящая из частиц смолы, и, предпочтительно, свободная от какого-либо связующего материала, может быть экструдирована для получения структуры монолита. В этом случае, формы получаемых монолитов ограничены только возможностями создания соответствующей экструзионной матрицы. Соответственно, могут быть получены более сложные формы, может быть получено значительно большее число каналов, и формы могут легко быть изменены просто заменой экструзионной матрицы. Также отсутствует необходимость в использовании процедуры разложения.

Фенолоальдегидная смола может быть получена конденсацией нуклеофильного компонента с электрофильным сшивающим агентом в присутствии порообразующего вещества.

Далее, для лучшего объяснения изобретения, в качестве частного примера приводится описание его вариантов выполнения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

на фиг. 1 представлено изображение сигареты с фильтром, содержащей фильтр курительного изделия в соответствии с настоящим изобретением (масштаб не соблюден);

на фиг. 2 представлена структура одного варианта выполнения монолита, который может быть использован в раскрытых фильтрах курительного изделия;

на фиг. 3 представлена геометрия ячеек монолита, показанного на фиг. 2 типа;

на фиг. 4 представлено изображение частных вариантов конфигурации монолита для использования в фильтрах курительного изделия, например, показанного на фиг. 1 типа;

на фиг. 5 представлены изотермы поглощения для двух активированных монолитов углерода, пригодных для использования в фильтрах курительного изделия.

Курительное изделие

В настоящем описании, термин "курительное изделие" охватывает продукты для курения, например, сигареты, сигары и сигарильо на основе табака, производных табака, разрыхленного табака, восстановленного (порошкового) табака или заменителей табака, а также продукты, нагреваемые без горения (т.е. продукты, в которых аромат получается из курительного материала воздействием тепла, без использования горения материала). Курительные изделия снабжены фильтром для удаления компонентов из дыма.

На фиг. 1 показано курительное изделие 1, включающее фильтр 2 курительного изделия. Фильтр 2 курительного изделия представляет собой трехсекционный фильтр и содержит две секции в целом цилиндрической фильтрующей вставки 3, разделенные монолитом 4. Для формирования фильтра 2 курительного изделия секции фильтрующей вставки 3 и монолит 4 объединены бумажной оберткой 5 фильтра.

Курительное изделие также включает цилиндрический стержень 6 курительного материала, в данном случае табака, установленный соосно с фильтром 2 так, что конец стержня 6 курительного материала упирается в конец фильтра 2. Стержень 6 обернут в бумажную обертку 7 и соединен с фильтром ободковой бумагой 8.

В варианте выполнения, показанном на фиг. 1, фильтр 2 представляет собой неотъемлемую часть курительного изделия 1. Однако, в альтернативном варианте, в процессе использования или перед использованием описанные фильтры курительного изделия могут быть элементом, отдельным от курительного изделия, с которым они должны использоваться. Например, фильтр может формировать часть держателя курительного изделия, например сигаретного мундштука, либо фильтр может быть встроен в курительное изделие, например сигарету-самокрутку, пользователем перед использованием.

Фильтры курительного изделия, содержащие несколько монолитов

Использование нескольких монолитов, например 2, 3 или 4 монолитов, продольно расположенных внутри фильтра курительного изделия, может улучшить адсорбцию компонентов дыма благодаря турбулентности всасываемого через них воздуха по сравнению с единым монолитом эквивалентной длины. Усиленная турбулентность улучшает взаимодействие между дымом и углеродным материалом монолита и усиливает адсорбцию компонентов дыма.

Также может быть полезно включить между монолитами небольшой промежуток, или короткую секцию фильтрующего материала, например ацетата целлюлозы, например, длиной примерно от 0,5 до 5 мм, или от 1 до 2 мм, для придания потоку дыма дополнительной турбулентности.

Обзор структуры монолита

Адсорбирующие углеродные материалы обычно поставляются в гранулированной или порошковой форме. Структуры углеродного монолита, или монолиты представляют собой углеродные элементы, не являющиеся гранулами, но так же, как и гранулированный активированный углерод, имеют большую площадь поверхности.

Раскрытые монолиты имеют уникальную структуру, которая делает их особенно пригодными для использования в фильтрах курительного изделия. На фиг. 2 представлен пример структуры углеродного монолита, использованного в раскрытых фильтрах курительного изделия. Видно, что монолит представляет собой цилиндрическую структуру активированного углерода, имеющую многочисленные продольные каналы 9. Стенки 10 продольных каналов в монолите содержат частицы 11, формирующие структуру, имеющую микропоры, макропоры и, при желании, мезопоры. Как показано на фиг.2 В, эти пористые частицы скреплены таким образом, что между ними существуют пространства 13 макропор. Частицы 11 имеют пористую структуру 12, содержащую микропоры и, при желании, мезопоры. Макропоры 13 могут способствовать прохождению газов от продольных каналов 9 в области 12 пор составляющих частиц.

Для формирования такой структуры монолиты могут быть получены частичным отверждением органической смолы до твердого состояния, с последующим измельчением частично отвержденной смолы для формирования мелких частиц.

Частицы смолы выбранного размера далее смешиваются с жидкостью (может использоваться любая жидкость, в которой не растворяется смола, например вода), и экструдирующими добавками для формирования материала формовочной массы.

Затем формовочная масса формуется в монолит, например, экструзией.

Далее монолит может быть высушен, например, медленным нагревом для стабилизации структуры.

Затем частицы в высушенном монолите спекаются для их скрепления и тем самым формируется сплошной спеченный монолит смолы. К этому моменту смола может быть уже полностью отвержденной.

Затем спеченный монолит может быть подвергнут карбонизации и активации для увеличения площади поверхности и объема пор материала и получения желаемой структуры пор.

Наконец, карбонизированный спеченный монолит может быть встроен в фильтр курительного изделия, например, для использования в курительном изделии.

Некоторые из этих шагов, например экструзии и спекания, или сушки, спекания и карбонизации, или спекания, карбонизации и активации, или карбонизации и активации, могут быть объединены и выполняться как один шаг процесса.

Важным в этом способе изготовления является то, чтобы смола была отверждена в нужной степени. Смола должна быть отверждена настолько, чтобы не расплавляться во время последующей карбонизации. Однако она не должна быть отверждена до такой степени, чтобы стать непригодной для спекания. В одном примере давление, приложенное к частицам во время экструзии, приводит к спеканию частиц. При спекании частицы сплавляются, образуя сплошной продукт, однако они не расплавляются и не теряют пористости в ходе этого процесса.

Прежде монолиты получали из пористых частиц смолы, которые затем сплавлялись с использованием отдельно вводимого связующего материала, например второй неотвержденной смолы. Однако введение связующего материала на этом этапе может привести к некоторой или полной потере пористости частиц, которые по необходимости покрываются связующим материалом для их скрепления. При получении описываемого монолита, напротив, структура макропор может быть сохранена, и микропоры, а при желании и мезопоры, могут быть введены в материал. Более того, в описанном здесь способе обеспечивается лучшее управление тонкой структурой монолитов. Например, в окончательной структуре монолита пористость частиц может регулироваться с большей точностью. Кроме того, структура монолита включает многочисленные макропоры 13 между частиц, а протяженность этих макропор может регулироваться размером частиц. Эта возможность управления отсутствует, когда используется отдельно вводимое связующее вещество, в результате чего увеличивается плотность стенок канала с существенным сокращением макропор и сужается круг возможностей при конструировании монолита.

Каналы 9 монолита могут иметь любую форму поперечного сечения, например квадратную, шестиугольную, треугольную или круглую. Форма сечения каналов определяется исходя из соображений удобства их формирования экструзией, например относительной простоты изготовления экструзионных матриц. Кроме того, стенки каналов должны обеспечивать достаточную механическую прочность монолита и однородность толщины стенок. Обычно используются каналы с квадратным сечением.

Оптимизация структуры монолита

Было бы желательно оптимизировать монолит для работы в определенных условиях курения. Например, желательно, чтобы монолит адсорбировал определенные вещества из дыма, обеспечивал минимальный перепад давления, или нормально функционировал в режиме интенсивного курения. Существует ряд параметров, которые могут быть изменены для оптимизации монолита для его использования в фильтре курительного изделия, и свойства описанного монолита легко могут быть соответствующим образом адаптированы специалистом.

Так же, как и в случае обычного гранулированного активированного углерода, пористая структура частиц 11, химия поверхности, площадь поверхности и соотношение объема пор для микро-, мезо- и (или) макропор, имеют значение для управления способностью материала адсорбировать различные вещества. Эти свойства обеспечиваются составляющими монолит частицами и последующими шагами карбонизации и активизации. Преимуществом изобретения является то, что монолит сформирован спеканием, а не использованием, например, процессов, при которых происходит расплавление частиц или применяется связующее вещество, благодаря чему свойства частиц существенно не меняются в результате технологических процессов изготовления монолита. Как следствие, описанные монолиты обладают свойствами, которые одновременно предсказуемы и хорошо воспроизводимы.

Промежутки 13 между частицами образуют макропоры в карбонизированном монолите. Размерами макропор можно управлять, регулируя размер частиц, которые при плотной упаковке, дают размер макропор, составляющий примерно 20% размера исходных частиц. Макропоры большего размера образуются при использовании частиц большего размера, при этом соблюдается линейность соотношения между размером используемых частиц и размером макропор в полученном монолите.

Размер макропор может быть уменьшен введением части мелкий частиц, которые естественным образом займут промежутки между более крупными частицами.

Размер макропор может быть увеличен путем использования пустотообразователей. В этом случае, в спекаемый монолит добавляются частицы пустотообразователей, например полистирола, которые полностью испаряются при карбонизации и (или) активации монолита, образуя большие макропоры.

Длину монолита также можно легко регулировать. Преимуществом монолитов является то, что их длина может быть увеличена без существенного увеличения перепада давления на фильтре. Это означает, что могут быть использованы материалы с большей адсорбирующей способностью без ухудшения ощущений от курения. В отличие от этого, количество гранулированного активированного углерода, которое может быть использовано в фильтре, ограничено перепадом давления.

Монолиты для использования в описанных фильтрах курительного изделия, могут содержать ряд внутренних каналов, проходящих через монолит параллельно друг другу в основном в продольном направлении. Диаметр продольных каналов 9 и толщина стенок 10 каналов являются еще одними параметрами, которые могут регулироваться для оптимизации монолита для его использования в фильтрации дыма.

Каналы сформированы в монолите посредством экструзии с использованием соответствующей матрицы. При этом каналы формируются в монолите и проходят по всей его длине. В данном описании каналы описаны как "продольные" и проходящие по "длине" монолита, и эти термины должны восприниматься в соответствии с технологией экструзии при изготовлении монолита. Другими словами, продольным направлением является направление экструзии, и этот размер считается длиной монолита, даже если это и не наиболее длинный размер.

Поскольку каналы получаются процессом экструзии, их размер соответствует размеру макропор, а не микропор. В частности, диаметр продольных каналов может составлять 225-600 мкм, желательно 310-500 мкм. Монолиты с каналами такого диаметра предпочтительны по технологическим соображениям, поскольку каналы такого размера оптимальны для изготовления описанными методами экструзии, и также потому, что при слишком узких каналах может быть слишком велико сопротивление затяжке, а при слишком широких каналах может пострадать конструктивная прочность.

В поперечном сечении каждый канал монолита и ограничивающие его стенки выглядят как ′ячейка′. Одна ′элементарная ячейка′ 14 определяется как расстояние между центрами двух противоположных стенок продольного канала, при наблюдении в поперечном сечении. Единичная ячейка, поэтому, определяется как толщиной 10 стенки, так и шириной 9 канала. Этот признак монолитов называется ′геометрия ячейки′ и иллюстрируется на фиг. 3А.

Одним переменным параметром геометрии ячейки, который может регулироваться, является ′пропускное сечение′. ′Пропускное сечение′ представляет собой совокупную площадь поперечного сечения каналов в отношении к полной площади поперечного сечения монолита. В терминах геометрии ячейки, пропускное сечение единичной ячейки представляет собой часть полной площади ячейки, занятая площадью просвета канала.

Это иллюстрируется фиг. 3Б, где размер элементарной ячейки 14b сохраняется постоянным относительно конфигурации, показанной на фиг. 3а, а диаметр 9b канала увеличен за счет толщины 10b стенки. При этом площадь поверхности углеродного материала, которая может быть использована для адсорбции внутри каждой единичной ячейки, а значит и всего монолита в целом, сокращается. Также сокращается количество используемого активированного углеродного материала, и механическая прочность монолита. Регулировкой пропускного сечения монолита может влиять на сопротивление затяжке в процессе использования фильтра курительного изделия.

Существует предел уменьшению толщины стенок 10, когда становится недостаточной механическая прочность монолита, или, возможно, прочность экструзионной матрицы, используемой для изготовления монолита. Как правило, считается, что толщина стенки должна быть не менее чем на порядок больше размера составляющих монолит частиц. Обычно отношение толщины стенки к размеру частицы составляет примерно 10:1, или 15:1, 20:1, 25:1 или 50:1.

Вторым переменным параметром геометрии ячеек, который может регулироваться, является плотность каналов. Чем меньше элементарная ячейка, тем больше плотность каналов монолита. Это иллюстрируется фиг. 3В, где размер элементарной ячейки 14с уменьшен по сравнению с конструкцией, показанной на фиг. 3А, при том, что отношение диаметра 9 с канала к толщине 10с стенки осталось прежним.

Благодаря тому, что способ изготовления предусматривает тщательный контроль степени отверждения, после которой выполняется экструзия и спекание, легко можно управлять геометрией ячейки предложенных монолитов. Как должно быть понятно специалисту, для изменения геометрии ячейки для экструзии требуется использование различных матриц. Поскольку свойства материала определяются составляющими его частицами и условиями спекания и не изменяются, например, добавлением связующего вещества, специалист может изменять геометрию ячейки, структуру пор и химию поверхности монолита без больших затрат и хорошо предсказуемым и воспроизводимым образом.

Монолиты обычно имеют примерно цилиндрическую форму. Также может быть использованы и нецилиндрические монолиты. Например, монолиты могут иметь овальное, треугольное, квадратное, пятиугольное, шестиугольное или восьмиугольное поперечное сечение.

Диаметр монолита может определяться диаметром фильтра курительного изделия, в котором должен использоваться монолит. Например, диаметр может быть, по существу, такой же или несколько меньше, чем диаметр фильтра курительного изделия, в котором должен использоваться монолит.

Дополнительно, или в качестве альтернативы, монолит может включать каналы снаружи монолита, которые полностью не окружены материалом монолита.

Внешние каналы могут, например, принимать форму гребней или желобов в наружной поверхности монолита, как это показано на фиг. 4А. Монолиты, имеющие внешние каналы, могут, по существу, быть нецилиндрическими, либо могут иметь в целом цилиндрическую форму.

Внешние каналы могут иметь любую форму поперечного сечения, как правильную, так и неправильную. Например, внешние каналы могут иметь U-образную или V-образную форму.

В альтернативном варианте, на наружной поверхности монолита может и не быть внешних каналов.

При использовании в фильтре курительного изделия, дым может втягиваться между наружной поверхностью канала монолита и внутренней поверхностью бумажной обертки фильтра курительного изделия.

Углеродный материал монолита

В настоящем описании патента, в соответствии с используемой специалистами терминологией, поры в адсорбирующем материале называются "микропорами", если их диаметр менее 2 нм (<2×10^-9 м), "мезапорами", если их размер находится в интервале 1-50 нм, и "макропорами", если размер пор превышает 50 нм. Поры с размером более 500 нм обычно не вносят существенного вклада в адсорбирующую способность пористых материалов.

В отношении описываемых монолитов, термин "макропоры" относится к промежуткам, формируемым между частицами.

Термин "каналы" относится к продольным каналам внутри монолита, которые видны невооруженным глазом, и которые сформированы экструзионной матрицей. Каналы могут иметь ширину 225-600 мкм, желательно, 310-500 мкм и обычно более 250 мкм. Специалист не будет считать каналы макропорами, даже если размеры каналов могут соответствовать определению размера макропор, приведенному выше.

"Микропоры" и если есть "мезопоры" могут формироваться внутри спеченных частиц при карбонизации и активации монолитов.

Относительный объем микропор, мезопор и макропор в пористом материале может быть определен с использованием хорошо известных методов адсорбции азота и ртутной порометрии. Ртутная порометрия может быть использована для оценки объема микро- и мезопор, с использованием так называемой математической модели BJH (Barret-Joyner-Halenda). Однако, в связи с тем, что теоретические основы для оценок различны, величины, получаемые двумя методами, не подлежат прямому сравнению.

Площади поверхности пористых материалов могут быть оценены путем измерения вариаций объема азота, адсорбированного материалом, в зависимости от парциального давления азота при постоянной температуре. Анализ результатов, полученных посредством математической модели, предложенной Брунауэром, Эмметом, Теллером, дает величину, известную как площадь поверхности БЭТ. В настоящем описании, если не указано иначе, все данные по площади поверхности получены измерением методом адсорбции азота.

Было установлено, что пористые углеродные материалы, характеризуемые комбинацией физических свойств, особенно эффективны в снижении содержания одного или более компонентов табачного дыма. Монолиты из предложенных фильтров курительного изделия могут содержать углеродный материал, имеющий эту предпочтительную комбинацию свойств.

В частности, монолиты могут содержать пористые углеродные материалы, имеющие площадь поверхности БЭТ, составляющую по меньшей мере 800 м²/г, плотность от 0,4 до 1,0 г/см³, пористую структуру, включающую мезопоры и микропоры, и объем пор (измеренный методом адсорбции азота), составляющий от 0,4 до 1,5 см³/г.

Углеродные материалы монолита также могут характеризоваться своей пористой структурой, нежели плотностью. В частности, монолиты могут содержать пористые углеродные материалы, имеющие площадь поверхности БЭТ, равную по меньшей мере 800 м²/г, пористую структуру, включающую мезопоры и микропоры, и объем пор (измеренный методом адсорбции азота), составляющий по меньшей мере от 0,4 до 1,5 см³/г, из которых от 15 до 65% находится в мезопорах.

Плотность и пористая структура пористого углеродного материала тесно связаны. Обычно, чем больше совокупный объем микро-, мезо- и макропор, тем ниже плотность. Это обусловлено тем, что поры увеличивают объем материала данной массы, не увеличивая его массы. Более того, по мере уменьшения плотности, увеличивается отношение макро- и мезопор к микропорам. Другими словами, чем ниже плотность углеродного материала, тем выше часть объема пор, заключенная в мезопорах и макропорах, по сравнению с объемом пор в микропорах. Однако корреляция между плотностью и объемом пор, как показывают измерения методом адсорбции азота, не обладает определенностью.

Отсутствие полной корреляции между плотностью и структурой микро- и мезопор обусловлено тем, что метод адсорбции азота, используемый для оценки распределения размеров пор, не позволяет определить размер пор более примерно 50 нм. Поэтому полный объем пор материала, оцениваемый методом адсорбции азота, соответствует совокупному объему микропор и мезапор. Объем макропор материала этим методом не обнаруживается. Таким образом, в тех случаях, когда углеродные материалы имеют низкую плотность и относительно низкое содержание мезопор, определяемое методом адсорбции азота, низкую плотность относят на счет относительно высокого объема пор в интервале размеров макропор, непосредственно примыкающем к интервалу размеров мезапор, т.е., от 50 до 500 нм. Хотя объемы в диапазоне размеров макропор могут быть определены методом ртутной порометрии, полученные этим методом результаты не соответствуют результатам, полученным методом адсорбции азота. Таким образом, сложно точно оценить объем пор материала в полном диапазоне размеров пор от 2 до 500 нм.

Некоторые монолиты углеродных материалов могут иметь плотность, превышающую 0,4, 0,5 или 0,6 г/см³. Некоторые монолиты углеродных материалов могут иметь плотность менее 0,7, 0,8 или 0,9 г/см³.

Площадь поверхности БЭТ материала может быть различной. Обычно, площадь поверхности лежит в интервале, верхний и нижний пределы которого определены любыми двумя из следующих величин, отличающихся друг от друга, а именно 2100, 2000, 1800, 1750, 1600, 1500, 1300, 1100, 1010, 1000, 950, 910, 900, 810, 790 и 700 м²/г.

Например, материал может иметь площадь поверхности от 700 до 2000 м²/г, от 700 до 130 м²/г, от 790 до 1100 м²/г, от 810 до 1010 м²/г, от 790 до 1800 м²/г, от 810 до 1300 м²/г, и т.д.

Пористые углеродные материалы монолитов описанных фильтров курительного изделия обычно имеют объем пор (оценка методом адсорбции азота), составляющий 0,4-1,5 см³/г. Объемы пор углеродных материалов монолита, включающие микропоры и мезопоры, больше объемов пор углеродных материалов монолита, содержащих исключительно микропоры. Объем пор подходящих углеродных материалов монолита может быть больше чем 0,5, 0,6, 0,7 или 0,8 см³/г и может быть меньше чем 1,4, 1,3, 1,2 или 1,1 см³/г.

В пористых углеродных материалах монолита от 25 до 65%, например, 40% объема пор (по оценке методом адсорбции азота), могут занимать мезопоры. Например, минимальный объем мезопор, в процентах к совокупному объему микропор и мезопор углеродных материалов, может составлять 27, 30, 35, 37, 40 или 45%. Максимальная доля таких объемов может быть 65, 60, 55 и 53%. Обычно, объем мезопор углеродных материалов монолита может составлять в пределах 35-55% совокупного объема мезопор и микропор. В частности, регулируя распределение размера пор, можно улучшить удаление определенных составляющих дыма.

Сырье

Углеродные материалы монолитов для использования в описанных фильтрах курительных изделий получают из смол. Смолы могут быть получены конденсацией нуклеофильного компонента с электрофильным сшивающим агентом, при желании, в присутствии порообразующего вещества.

Нуклеофильным компонентом может быть, например, фенолоальдегидная смола, например, новолачная смола, либо иная смола на основе сополимеров фенольных соединений, например м-аминофенол, дифенолы, например реорицин, гидрохинон, или амины, например анилин, меламин или мочевина с альдегидами, например, формальдегидом, фурфуролом, или салицилальдегидом.

В качестве сшивающего агента может использоваться, например, формальдегид, фурфурол или гексаметилентетрамин.

Конденсация выполняется сначала для получения частично сконденсированного продукта. Конденсация может выполняться для того, чтобы получить новолачную смолу, отверждение которой возможно только, когда с ней смешан дополнительный сшивающий агент.

В качестве смол для получения активированных углеродных структур монолита, в соответствии с изобретением, обычно используются новолачные смолы, структурированные посредством гексаметилентетрамина