特許 5654016 煙のろ過

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5654016

(24)【登録日】2014年11月28日

(45)【発行日】2015年1月14日

(54)【発明の名称】煙のろ過

(51)【国際特許分類】

   A24D 3/16 20060101AFI20141218BHJP

【ＦＩ】

   A24D3/16

【請求項の数】20

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2012-525217(P2012-525217)

(86)(22)【出願日】2010年9月9日

(65)【公表番号】特表2013-502214(P2013-502214A)

(43)【公表日】2013年1月24日

(86)【国際出願番号】GB2010051504

(87)【国際公開番号】WO2011030151

(87)【国際公開日】20110317

【審査請求日】2012年2月17日

【審判番号】不服2013-14319(P2013-14319/J1)

【審判請求日】2013年7月25日

(31)【優先権主張番号】0915814.8

(32)【優先日】2009年9月10日

(33)【優先権主張国】GB

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】500252844

【氏名又は名称】ブリティッシュ アメリカン タバコ （インヴェストメンツ） リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＢＲＩＴＩＳＨ ＡＭＥＲＩＣＡＮ ＴＯＢＡＣＣＯ （ＩＮＶＥＳＴＭＥＮＴＳ） ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100103285

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 順之

(74)【代理人】

【識別番号】100183782

【弁理士】

【氏名又は名称】轟木 哲

(72)【発明者】

【氏名】ブラントン、ピーター

(72)【発明者】

【氏名】シュッツ、フェルディ

(72)【発明者】

【氏名】シュヴィカルディ、マンフレッド

【合議体】

【審判長】 森林 克郎

【審判官】 山崎 勝司

【審判官】 紀本 孝

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５３５７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２０２６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１８７３２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

A24D

C01B

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィルターを含む喫煙品であって、このフィルターは、炭素性乾燥ゲルを含み、この炭素性乾燥ゲルがミクロ孔およびメソ孔を有するキセロゲルであり、メソ孔の孔径が１０ｎｍ〜５０ｎｍである喫煙品。

【請求項2】

前記メソ孔の孔径が２０乃至５０ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の喫煙品。

【請求項3】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積（窒素吸着法で測定される）が少なくとも０．５ｃｍ^３／ｇであり、その内少なくとも０．１ｃｍ^３／ｇがメソ孔であることを特徴とする請求項１または２記載の喫煙品。

【請求項4】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積（窒素吸着法によって測定される）が、少なくとも０．６ｃｍ^３／ｇであることを特徴とする請求項３記載の喫煙品。

【請求項5】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積（窒素吸着法によって測定される）が、少なくとも０．８０ｃｍ^３／ｇであることを特徴とする請求項４記載の喫煙品。

【請求項6】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積（窒素吸着法によって測定される）が、少なくとも１．６ｃｍ^３／ｇであることを特徴とする請求項４記載の喫煙品

【請求項7】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積の少なくとも０．２ｃｍ^３／ｇがメソ孔の範囲である（窒素等温線の脱着分岐のＢＪＨ分析を使用して窒素吸着法によって測定される）ことを特徴とする請求項３乃至６いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項8】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積の少なくとも０．６５ｃｍ^３／ｇがメソ孔の範囲である（窒素等温線の脱着分岐のＢＪＨ分析を使用して窒素吸着法によって測定される）ことを特徴とする請求項７記載の喫煙品。

【請求項9】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積の少なくとも１．４ｃｍ^３／ｇがメソ孔の範囲である（窒素等温線の脱着分岐のＢＪＨ分析を使用して窒素吸着法によって測定される）ことを特徴とする請求項７記載の喫煙品

【請求項10】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積の少なくとも０．０５ｃｍ^３／ｇがミクロ孔の範囲である（窒素吸着法で測定される）ことを特徴とする請求項３乃至９いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項11】

前記炭素性乾燥ゲルの総孔容積の少なくとも０．１５ｃｍ^３／ｇがミクロ孔の範囲である（窒素吸着法で測定される）ことを特徴とする請求項１０記載の喫煙品。

【請求項12】

前記炭素性乾燥ゲルのメソ孔の総孔容積は、ミクロ孔の総容積より大きいことを特徴とする請求項３乃至１１いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項13】

前記炭素性乾燥ゲルは、１５乃至４５ｎｍの範囲のモードを含む孔径分布を有することを特徴とする請求項３乃至１２いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項14】

前記炭素性乾燥ゲルは、２０乃至４０ｎｍの範囲のモードを含む孔径分布を有することを特徴とする請求項３乃至１２いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項15】

前記炭素性乾燥ゲルのＢＥＴ表面積が、少なくとも５００ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項３乃至１４いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項16】

前記炭素性乾燥ゲルは、アルデヒドと芳香族アルコールを水性重縮合し、その後乾燥、炭化することによって得られることを特徴とする請求項１乃至１５いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項17】

前記炭素性乾燥ゲルは、活性化されることを特徴とする請求項１乃至１６いずれか１項記載の喫煙品。

【請求項18】

前記炭素性乾燥ゲルは、スチームおよび／または二酸化炭素で活性化されることを特徴とする請求項１７記載の喫煙品。

【請求項19】

請求項１乃至１８いずれか１項記載の炭素性乾燥ゲルを含む喫煙品用フィルター。

【請求項20】

煙のろ過のための喫煙品における炭素性乾燥ゲルの使用であって、この炭素性乾燥ゲルがミクロ孔およびメソ孔を有するキセロゲルであり、メソ孔の孔径が１０ｎｍ〜５０ｎｍである使用。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、喫煙品の煙をろ過するための特定の種類の多孔性炭素材の新規の使用に関する。

【背景技術】

【0002】

ろ過は、喫煙中に吸引されるタバコ煙の特定の粒状物および／または蒸気相成分を減少させるために使用される。このことは他の成分、例えば官能成分の量を著しく除去して、製品の品質または味を損なうことなく行われることが重要である。

【0003】

喫煙品フィルターは、多くの場合、セルロースアセテート繊維で構成され、これは機械的にエアロゾル粒子をろ過する。また多孔性の炭素材をフィルター内に組み込んで（セルロースアセテート繊維内に分散させる、またはフィルターに設けた凹部に入れる）、通常、物理吸着によって特定の煙成分を吸着している。このような多孔性の炭素材は、多くの種々の有機材料、最も一般的にはヤシ殻などの植物系材料を炭化させて製することができる。しかしながら、合成ポリマーを炭化させることによってて多孔性の炭素も作製されている。さらに下記特許文献１に記載されている方法で、微細炭素粒子をバインダーで凝集させて多孔性炭素が製せられている。

【0004】

多孔性の炭素材を製造するために使用される厳密な方法は、その特性に強い影響を与える。従って広い範囲の形状、大きさ、その分布、孔径、孔容積、孔径分布および表面積を有する炭素粒子を製造することが可能であり、そのいずれもがその吸着剤としての効果に影響を与える。摩耗率も重要な変数であり、高速で行われるフィルター製造中にダストの発生を防ぐ上で定摩耗率が望ましい。

【0005】

一般に高表面積で大きな総孔容積の多孔性炭素が吸着を最大限にするために望ましい。しかしながら、これは低摩耗率とバランスをとらなければならない。ヤシからなる炭素などの従来の材料の表面積および総孔容積は、その相対的な脆弱性によって限界がある。さらに大きな割合のメソ孔及びマクロ孔を導入するための性能は、材料の強度によって阻害される。下記非特許文献に説明されているように従来のヤシからなる炭素は、基本的にミクロ孔であり、炭素の活性回数を多くすると、ミクロ孔の数および表面積が増加するが、孔径またはその分布には実質的な違いが生じない。従って非常に多くのメソ孔またはマクロ孔を含むヤシ炭素を製造するのは一般的には不可能である。

【0006】

考慮すべき別の要因は、標準的なタール含有量の測定において典型的な２７ｍｍの長さの紙巻きタバコフィルターにおける煙の滞留時間がミリセコンドのオーダーであるという事実である。従って煙のろ過のための多孔性炭素材は、このような短いタイムスケールで極めて効果的に煙りを吸着するために最適化しなければならない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の事柄を勘案すると、煙のろ過のために多孔性の炭素材を使用することに関し、まだ当業界においては改良の余地がある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

従って本発明の第１の態様は、炭素性の乾燥ゲルを含む喫煙品が提供される。

【0009】

第２の態様において、炭素性の乾燥ゲルを含む、喫煙品に使用されるフィルターが提供される。

【0010】

本発明の第３の態様では煙のろ過のための炭素性の乾燥ゲルの使用が提供される。

【0011】

本発明が完全に理解されるように本発明の種々の実施態様を添付の図面を参照して例示する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】紙巻きタバコフィルターを通して分布された炭素性乾燥ゲルを示す。

【図2】紙巻きタバコフィルターの凹部に位置する炭素性乾燥ゲルを示す。

【図3】炭素性乾燥ゲルを含むフィルターにパッチを有する紙巻きタバコを示す。

【図4】本発明の炭素性乾燥ゲルの窒素吸着等温線を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明は、炭素性の乾燥ゲルを利用している。このような乾燥ゲルは、液体成分が取り除かれ、気体に置き換えられ、熱分解／炭素化されたゲルまたはソルゲルから得られる多孔性の固体状態の材料である。これら材料は、乾燥方法によって分類され、カーボンキセロゲル、エアロゲルおよび冷却ゲルを含む。このような種類の材料は、それ自体よく知られている。

【0014】

キセロゲルは、通常、周囲圧力条件下で蒸発乾燥工程を利用して形成される。キセロゲルは、一般的には例えば６０−９０容量％の空気を含む硬質で低密度の泡に似た一体内部構造を有する。他方エアロゲルは、臨界乾燥などの他の方法を用いて製造することができる。これらは、乾燥工程においてキセロゲルより収縮せず、よって均一な低密度（例えば９０−９９容量％の空気）を有する傾向にある。冷却ゲルは、フリーズドライを利用して製造される。

【0015】

好ましくは本発明の乾燥ゲルは、カーボンキセロゲルまたはカーボンエアロゲルであり、カーボンキセロゲルであることが好ましい。

【0016】

本発明で使用する乾燥ゲルは、あらゆるソースから得ることができる。またいくつかの異なる方法をゲルを乾燥させるために利用可能である。１つの実施態様においてゲルは、芳香族アルコール（好ましくはレゾルシノール）をアルデヒド（好ましくはホルムアルデヒド）で水性重縮合することによって得られる。１つの実施態様において触媒は、炭酸ナトリウムが使用される。この方法の例が、「Chem. Mater.」（２００４）１６、５６７６−５６８１に記載されている。

【0017】

本発明で使用される乾燥した炭素性ゲルは、アルデヒドと芳香族アルコールを重縮合することによって重縮合物を製する第１の工程によって得られる。入手可能であれば、市販の重縮合物を使用してもよい。

【0018】

重縮合物を得るための出発材料は、フェノール、レゾルシノール、カテキン、ヒドロキノンおよびフロログルシノールなどの芳香族アルコールおよびホルムアルデヒド、グリオキサル、グルタアルデヒドまたはフルフラールなどのアルデヒドである。一般に使用される好ましい反応混合物は、レゾルシノール（１，３−ジヒドロキシベンゾール）とホルムアルデヒドを含み、これらはアルカリ条件下で互いに反応し、ゲル状の重縮合物を形成する。重縮合工程は、通常、水性条件下で行われる。好適な触媒としては、炭酸ナトリウムなどの（水溶性）アルカリ塩およびトリフルオロ酢酸などの無機酸などがある。重縮合物を製するために反応混合物を温めてもよい。通常、重縮合反応は、室温より高い温度、好ましくは４０乃至９０°Ｃの温度で行われる。

【0019】

重縮合反応の速度並びに得られるゲルの架橋度は、例えばアルコールと触媒の相対量によって影響を与えることができる。当業者であれば所望の結果を得るために使用するこれらの成分の量の調節の仕方を知っているはずである。

【0020】

得られた重縮合物は、最初に乾燥させずにさらに処理することができる。１つの可能な実施態様では重縮合物を乾燥させてすべてまたはある程度の水分を除去してもよい。しかしながら完全に水分を除去しない方が有利であることが証明されている。

【0021】

所望の大きさの粒子を得るために重縮合物の大きさをそれがさらに処理される前に小さくすると有利であることが証明されている。重縮合物を小さくすることは、従来の機械的に大きさを減少させる技法またはグラインドを使用して行ってもよい。小さくする工程によって所望の粒径分布を有する粒状物が形成され、粉状のものが形成されるのが妨げられる。

【0022】

重縮合物（任意に粒径を小さくした）は、次に熱分解を受ける。熱分解は、炭化としても説明される。熱分解の間、重縮合物は、３００乃至１５００°Ｃ、好ましくは７００乃至１０００°Ｃの温度に加熱される。熱分解は、多孔性の低密度カーボンキセロゲルを形成する。

【0023】

カーボンキセロゲルの特性、例えば孔容積、表面積および／または孔径分布に影響を与える１つの方法は、熱分解の前、間または後にスチーム、空気、二酸化炭素、酸素または気体の混合物で処理することであり、これらは窒素または別の不活性ガスで希釈してもよい。窒素およびスチームの混合物を使用するのが特に好ましい。

【0024】

本発明の乾燥ゲルは、極めて固く、頑丈であり、よってその摩耗率は低く、孔構造をその崩壊を気にせずにより容易に操作することができる。さらに従来のカーボンは、黒色であるが、本発明の乾燥ゲルは、ガラスのように光沢がある、例えばガラス状で黒色である。

【0025】

本発明の乾燥ゲルの形体は、あらゆる好適な形状であり、例えば粒状、繊維性または単一の頑丈な構造体であってもよい。しかしながら、本発明の乾燥ゲルは、粒状であることが好ましい。好適な粒径は、１００乃至１５００μｍまたは１５０乃至１４００μｍである。

【0026】

炭化工程は、好ましくは窒素、水および／または二酸化炭素を含む気体雰囲気内で行われる。言い換えれば本発明で使用される乾燥ゲルは、非活性化のものであってもよく、またある実施態様ではスチームまたは二酸化炭素で活性化してもよい。活性化は、孔構造を向上させる上で好ましい。

【0027】

乾燥ゲルは、煙フィルターまたは喫煙品に従来の方法で組み入れられる。本明細書中で使用する「喫煙品」なる用語は、タバコ、タバコ派生物、膨張タバコ、再生タバコまたはタバコ代替え品をベースにしているかは関係なく紙巻きタバコ、シガーおよびシガリロ並びに熱せられるが燃焼しない製品などの喫煙可能な製品を含む。本発明の好ましい喫煙品は、紙巻きタバコである。喫煙品には好ましくは喫煙者によって吸引される気体流のためのフィルターが設けられ、乾燥ゲルは、好ましくはこのフィルター内に組み込まれるが、これとは別にまたは加えて喫煙品の別の部分、例えばシガレットペーパー上または内に、または喫煙品内に含まれる。

【0028】

本発明の煙フィルターは、喫煙品に組み込むためにフィルターチップとして製造してもよく、あらゆる好適な構造のものであればよい。例えば図１を参照すると、紙巻きタバコ（１）のフィルター（２）は、セルロースアセテートなどの繊維性のろ過材全体に均一に分布された炭素性乾燥ゲル（３）を含んでもよい。このフィルターは、これとは別に紙巻きタバコに組み込んだ際にタバコロッド端となるフィルターの一端のトウセクション全体に乾燥ゲルが分布される「ダルメシアン」フィルターの形状であってもよい。

【0029】

図２に示す別の選択肢は、複数のセクションを含む「キャビティー（凹部）」フィルター形状にフィルターを作製するものであり、乾燥ゲル（３）を１つの凹部（４）内に閉じ込める。例えば乾燥ゲルを含む凹部は、繊維性のフィルター材からなる２つのセクションの間に位置してもよい。

【0030】

これとは別に図３では乾燥ゲル（３）がフィルターのプラグラッパー（５）上、好ましくはその内面で放射状に位置してもよい。これは、例えば接着剤からなるパッチをプラグラッパーに塗布し、この接着剤上に乾燥ゲルを撒くなどの従来の方法（例えば英国特許第２２６０４７７号、英国特許第２２６１１５２号および国際公開第ＷＯ／２００７／１０４９０８号参照）で行ってもよい。

【0031】

別の選択肢は、知られている方法でフィルターを長手方向に延びる糸（例えば綿糸）に接着させた形体の乾燥ゲルを供することである。

【0032】

その他の可能性も当業者には知られている。

【0033】

あらゆる好適な量の乾燥ゲルを使用してもよい。しかしながら好ましくは少なくとも１０ｍｇ、１５ｍｇ、好ましくは２５ｍｇまたは好ましくは少なくとも３０ｍｇの乾燥ゲルをフィルターまたは喫煙品に組み込む。タバコ煙をろ過する際、一連の異なる粒径を有する多孔性の炭素材を使用して煙中の一連の異なる化合物を吸着するようにすると有利である。炭素材に見られる異なる粒径は、ＩＵＰＡＣに従って次のように分類される。ミクロ孔は、２ｎｍの径を有するもの、メソ孔は、２乃至５０ｎｍの径を有するもの、マクロ孔は、５０ｎｍ以上の径を有するもの。ミクロ孔、メソ孔およびマクロ孔の相対容量は、よく知られている窒素吸着法および水銀ポロシメトリー法などのよく知られている方法で見積もることができ、前者はミクロ孔およびメソ孔向きであり、後者はメソ孔およびマクロ孔に向いている。しかしながらこの見積もりの理論的根拠は、異なるので、これら２つの方法で得られる値は、互いに直接比較することができない。

【0034】

本発明者らは特定のグループの炭素性乾燥ゲルがヤシ系炭素に対して蒸気相煙の分析物の減少という点でさらなる利点を奏することを発見した。特にメソ孔に入る少なくとも０．５ｃｍ^３、少なくとも０．１ｃｍ^３の総孔容積を有する炭素性乾燥ゲルは、ヤシ系炭素より良好な性能を示す。高いＢＥＴ表面積は、この点に関しては重要ではない。

【0035】

好ましくは総孔容積（窒素吸着法によって測定される）は、少なくとも０．５、０．６、０．７、０．８０、０．８５、０．８７、０．８９、０．９５、０．９８、１．００、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３、２．４、２．５、２．６、２．７、２．８、２．９、３．０または３．１ｃｍ^３／ｇである。

【0036】

好ましくは総孔容積の少なくとも０．１、０．２、０．３、０．４、０．５、０．５５、０．６０、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０、０．８５、０．９、１．０、１．１、１．２、１．３、１．４、１．５、１．６、１．７、１．８、１．９、２．０、２．１、２．２、２．３または２．４ｃｍ^３／ｇがメソ孔の範囲である（窒素等温線の脱着分岐（desorption branch）のＢＪＨ分析を使用して窒素吸着法によって測定される）。

【0037】

好ましくは総孔容積の少なくとも０．０５、０．１０、０．１５、０．２、０．３、０．４、０．５、０．６または０．７ｃｍ^３／ｇがミクロ孔の範囲に入る（窒素吸着法で測定される）。１つの実施態様において総孔容積の少なくとも０．４ｃｍ^３／ｇがミクロ孔である。

【0038】

メソ孔の総孔容積は、ミクロ孔の総容積より大きいことが好ましい。

【0039】

１つの実施態様において乾燥ゲルは、１５乃至４５ｎｍ、好ましくは２０乃至４０ｎｍの範囲のモードを含む孔径分布（窒素吸着法で測定される）を有する。

【0040】

本発明の１つの実施態様において本発明の乾燥ゲルは、ミクロ孔と比較的大きいメソ孔、即ち少なくとも１０ｎｍ、好ましくは少なくとも２０ｎｍの孔径（直径）のメソ孔（即ちメソ孔は２０乃至５０ｎｍの孔径を有する）を有する。

【0041】

メソ孔に対するミクロ孔の比は、少なくとも１：２、好ましくは少なくとも１：３であることが好ましい。

【0042】

ある１つの実施態様においてＢＥＴ表面積は、少なくとも５００、５５０、６００、６５０、７００、７５０、８００、９００、１０００、１１００、１２００、１３００、１４００、１５００、１６００、１７００、１８００または１９００ｍ^２／ｇである。

【0043】

本発明を以下の実施例によって説明する。

【0044】

実施例１−キセロゲル合成
カーボンキセロゲルサンプルを「Chem. Mater. (2004) 16, 5676-5681」（これは誤って得られる材料をエアロゲルとしている）に記載された一般的な方法に従って周囲圧力下でレゾルシノール／ホルムアルデヒドポリマーを乾燥させることによって調製した。

【0045】

レゾルシノール（Fluka（登録商標）、puriss.（純度９８．５％））、ホルムアルデヒド（Fluka（登録商標）、水中に３７％、メタノールで安定化された）および触媒としての炭酸ナトリウム（Fluka（登録商標）、無水、９９．５％）をマグネティック撹拌子で撹拌しながら脱イオン水に溶かし、均一な溶液を得た。室温で一日、５０度で１日、９０°Ｃで３日間熱硬化させた後、ぬれたゲルをアセトンに入れて（未使用のアセトンを毎日使用する）、孔の中の水と交換するために室温で３日間放置した。サンプルを周囲圧力下、室温で乾燥させ、アルゴン雰囲気下で最大で８００°Ｃの温度（４度／分、８００°Ｃで１０分）で熱分解し、カーボンキセロゲルに変えた。

【0046】

下記の表に示すように触媒の濃度および反応物の量を変えて異なるサンプル得た。レゾルシノールとホルムアルデヒドは、１：２のモル比で使用した（反応の化学量論に相当する）。

【0047】

【表1】

これらすべてのキセロゲルは、ガラス状の黒色の粒状物形状であった。

【0048】

実施例２−キセロゲルの特性
実施例１の各カーボンの７７Ｋでの窒素吸着等温線を得て、分岐線のＢＪＨ分析を行って孔径および孔径分布を算出した。サンプルの表面積も測定した。ミクロ孔のスチーム活性されたヤシカーボン（Jacobi Carbonsから入手したEsocorb（登録商標）CX）を対照としてテストした。結果を下記表に示す。

【0049】

【表2】

^＊表面積は、通風管を使用して０．２の相対圧力Ｐ／Ｐｏで測定した。
^＊＊０．９８の相対圧力Ｐ／Ｐｏで吸着した窒素の量から予測した。

【0050】

実施例３−フィルター性能
標準的な構造の紙巻きタバコ（５６ｍｍのタバコロッド、２４．６ｍｍの円周、変性されたヴァージニアブレンド、２７ｍｍのフィルター）を設け、フィルターは、両端がセルロースアセテートセクションで区切られた凹部を有する。実施例１で得られたキセロゲル１を６０ｍｇ秤量し、フィルター凹部内に入れた。さらに同じように紙巻きタバコを調製し、他のキセロゲルサンプルまたはヤシカーボンをそれぞれ含有させた。同じ寸法の空の凹部を有する紙巻きタバコを対照として使用した。調製したあと、喫煙する前に２２°Ｃ、相対湿度６０％で約３週間、熟成させた。

【0051】

紙巻きタバコをＩＳＯ条件、即ち毎分３５ｍｌのパフを２秒間で喫煙し、煙のタール、ニコチン、水および一酸化炭素の総出量を測定した。結果を下記の表に示す。

【0052】

【表3】

これらの結果はキセロゲルは基本的な煙送出に悪い影響を与えないことを示している。また生じた違いは、僅かであり、これは紙巻きタバコおよび分析上の偏差によるものである。フィルターにカーボンを含まない紙巻きタバコに対する蒸気相煙分析物の減少率を以下に示す。

【0053】

【表4】

結果は、すべての試験したキセロゲルが煙のろ過に効果的であったことを示している。
キセロゲル２、４、５および６は、すべてヤシカーボンに対して改善されたことを示している。
しかしながらキセロゲル１は、ヤシカーボンほど効果を示さなかった、これはおそらくメソ孔容積が小さくおよび／またはメソ孔が小さいことによるものだと推定される。

【0054】

実施例４−別のキセロゲルの合成
ミクロ孔およびメソ孔を有するさらに５つのカーボンキセロゲルサンプル（１つのサンプルでは、メソ孔を小さくした）を以下のように調製した。

【0055】

レゾルシノール（Riedel-de Haen（登録商標）、puriss.（純度９８．５−１００．５％））３００．０ｇを１３７５ｇの脱イオン水、４４２．２５ｇのホルムアルデヒド（Fluka（登録商標）、水中に３７％）および０．４１５ｇの炭酸ナトリウム（Fluka（登録商標）、無水）と混合し、透明な液を形成した。この液を室温で２０時間熟成させ、その後５０°Ｃで２４時間、さらに９０°Ｃで７２時間熟成させた。重縮合物を粉砕し、１５００ｍｌのアセトンに入れ、毎日液を変えながら室温で３時間放置した。生成物を３日間、５０℃で乾燥させ、赤茶色の脆弱な固形物を製し、石目やすりで粒状にし、１乃至２ｍｍの粒径を有する粒状物Ｘを形成した。

【0056】

３０．４ｇの粒状物Ｘを石英管に入れ、それを回転炉に入れた。固形物を窒素流下で４Ｋ／分の加熱速度で２５０°Ｃまで加熱し、１時間２５０°Ｃに維持した。固形物をさらに４Ｋ／分で８００°Ｃまで加熱した。管は、加熱している間は動かさず、固形物が８００°Ｃに達した後、ローターのスイッチを入れ、固形物を窒素下で３０分間この温度に維持した。その後保護ガス下で室温まで冷却した。得られた非活性カーボンキセロゲル（１８６−０２）を空気下で梱包した。

【0057】

３８．７４ｇの粒状物Ｘを石英管に入れ、それを回転炉に入れた。固形物を窒素流下で４Ｋ／分の加熱速度で２５０°Ｃまで加熱し、１時間２５０°Ｃに維持した。固形物をさらに４Ｋ／分で８００°Ｃまで加熱した。管は、加熱している間は動かさず、固形物が８８０°Ｃに達した後、ローターのスイッチを入れた。窒素流を水を沸騰させた泡によるスチームで飽和させ、管の前端を加熱し、スチームの縮合を防ぎ、固形物を１．５ｌ／分の飽和した窒素流下で８８０°Ｃで６０分間維持した。その後、純粋な窒素下で室温まで冷却した。得られたスチーム活性されたカーボンキセロゲル（１８６−０４）を空気下で梱包した。

【0058】

粒状物Ｘをそれぞれ４８．３５ｇおよび６２．８７ｇで開始し、スチーム活性の時間を１５０分間、１８０分間にそれぞれ伸ばした以外は、キセロゲル１８６−０４と同じ方法でキセロゲル１８６−０８および１８６−０９を作製した。

【0059】

キセロゲル００８−１０を次のように条件を単純化して作製した。レゾルシノール（Riedel-de Haen（登録商標）、puriss.（純度９８．５−１００．５％））１２０．７５ｇを５５３ｇの脱イオン水、１７８．０ｇのホルムアルデヒド（Fluka（登録商標）、水中に３７％）および０．１６７ｇの炭酸ナトリウム（Fluka（登録商標）、無水）と混合し、透明な液を形成した。この液を密閉したＰＥ瓶に入れてオーブンに入れ、５０°Ｃで２時間維持し、さらに９０°Ｃで１４時間維持した。室温まで冷却した後、生成物を粉状にし、５０°Ｃで４時間乾燥させた。得られた赤茶色の固形物をやすりで細かくし、最大粒径が３ｍｍの粒状物Ｙを得た。

【0060】

３００ｇの粒状物Ｙを大きな石英管に入れ、それを回転炉に入れた。固形物を窒素流下で４Ｋ／分の加熱速度で８８０°Ｃまで加熱し、ローターのスイッチを入れた。窒素流を水を沸騰させた泡によるスチームで飽和させ、管の前端を加熱し、スチームの縮合を防ぎ、固形物を飽和した窒素流下で８８０°Ｃで８０分間維持した。その後、純粋な窒素下で室温まで冷却した。得られたスチーム活性されたカーボンキセロゲル（００８−１０）を空気下で梱包した。

【0061】

キセロゲル１８６−０２、−０４、−０８、−０９および００８−１０は、すべてガラス状の黒色の粒子であった。

【0062】

実施例５−キセロゲルの特性
７７Ｋでの窒素吸着等温線を得て、分岐線のＢＪＨ分析を行った。カーボンの特性は、以下の通りであった。

【0063】

【表5】

^＊表面積は、通風管を使用して０．２の相対圧力Ｐ／Ｐｏで測定した。
^＊＊０．９８の相対圧力Ｐ／Ｐｏで吸着した窒素の量から予測した。

【0064】

キセロゲル００８−１０のメソ孔およびマクロ孔構造も水銀ポロシメトリーで調べた。６乃至１００ｎｍの範囲にある孔の容積は、窒素吸着結果と良好に一致する２．２ｃｍ^３／ｇであった。言い換えれば大きなマクロ孔は存在しない（窒素吸着でも検出されないはずである）。

【0065】

例としてキセロゲル００８−１０の等温線プロットを図４に示す。

【0066】

実施例６−フィルター性能
紙巻きタバコを実施例３の方法で調製し、喫煙したが、ここでは実施例４のキセロゲル１８６−０２、−０４、−０８および−０９および実施例２の対照ヤシカーボンを使用した。結果を下記の表に示す。

【0067】

【表6】

＃＝計量値の限界

【0068】

このデータから明らかなようにこれらキセロゲルは、ヤシカーボンおよび実施例１のキセロゲルと比較して極めて顕著な煙ろ過性能を示した。この系内において、総孔容積、ミクロ孔容積、メソ孔容積および表面積は、煙ろ過性能の向上と相関する。

【0069】

実施例７−異なる喫煙形態でのフィルター性能
６０ｍｇのキセロゲル００８−１０または６０ｍｇのEcosorb（登録商標）CXを含む紙巻きタバコを実施例３の方法で調製した。これら紙巻きタバコを２つの異なる喫煙形態で喫煙した。最初は、３５ｍｌのパフを２秒間６０秒（３５／２／６０）ごとに行う標準的な喫煙形態である。次は５５ｍｌのパフを２秒間３０秒（５５／２／３０）ごとに行う集中喫煙形態である。本発明のキセロゲルは、以下の表に示すようにヤシカーボンより良好な性能を示した。

【0070】

【表7】

＃＝計量値の限界

【0071】

実施例８−キセロゲルの特性の変化
キセロゲル（puriss.（９８．５−１００．５％（Riedel-de Haen（登録商標）、カタログ番号RdH 16101-1KG））を６０．０ｇ＝５４５ｍｍｏｌをポリエチレンの瓶に入れ、脱イオン水２７５ｇ、ホルムアルデヒド溶液（Fluka（登録商標）、３７％）８８．４５ｇ＝１０９０ｍｍｏｌおよび無水炭酸カルシウム（Fluka（登録商標））８３ｍｇ＝０．８７ｍｍｏｌと混合し、透明な液を得た。

【0072】

その瓶を密閉し、６００ｍｌのビーカーに入れ、９０°Ｃで１６時間対流オーブンに入れた。その後瓶をオーブンから出した。室温まで冷却したら、赤茶色の重縮合物を瓶から取り除いた。この柔らかい生成物をへらで粗い片に粉砕し、平坦なアルミニウム製のパン（直径１６ｃｍ）に入れ、対流オーブン中で高速空気流によって５０°Ｃで４時間乾燥させた。

【0073】

これによりまだ水分を含む脆弱な材料２６７．９ｇが得られた。冷却したこの材料をドラムミル内で粉砕し、赤茶色の粒状物（最大粒径３ｍｍ）を得て、粒状物Ｚとした。

【0074】

実施例８ａ
１２．４ｇの粒状物Ｚを石英管に入れ、それを回転炉に入れた。加熱中は、管を動かさなかった。

【0075】

管を窒素でフラッシュし、一定の窒素流下で室温から４Ｋ／分の速度で２５０°Ｃまで加熱し、この温度で１時間、維持した。その後４Ｋ／分の速度で８００°Ｃまで加熱し、この温度に到達した時点で、炉のローターのスイッチを入れた。石英管を窒素流下で８００°Ｃで３０分間、回した、その後保護ガス下で室温まで冷却した。得られたカーボンキセロゲルを空気下で梱包した。生成物：１．８８ｇ（１ｋｇのレゾルシノールから６７７ｇのカーボンキセロゲルが得られる）

【0076】

窒素物理吸着分析
ＢＥＴ表面積：６５９ｍ^２／ｇ
単一点総孔容積：１．１９ｃｍ^３／ｇ
ミクロ孔容積：メソ孔容積比（窒素物理吸着で測定）：１：４．８９
メソ孔径（ＢＪＨ脱着により測定）：３２ｎｍで最大

【0077】

実施例８ｂ
４７．２４ｇの粒状物Ｚを石英管に入れ、それを回転炉に入れた。加熱中は、管を動かさなかった。

【0078】

管を窒素でフラッシュし、一定の窒素流下で室温から４Ｋ／分の速度で８８０°Ｃまで加熱し、この温度で１時間、維持した。この温度に到達した時点で、炉のローターのスイッチを入れた。保護窒素ガスをそれが炉に到達する前に水を煮立てることで泡立てた。石英管に入るガスの部分を加熱し、水がそこで縮合されるのを防いだ。石英管を飽和窒素流下（１．５ｌ／分）で８８０°Ｃで１５分間、回した、その後乾燥窒素下で室温まで冷却した。得られたカーボンキセロゲルを空気下で梱包した。この工程は、ポリマー溶液を混合してからカーボンキセロゲルを得るまで１．５日要した。生成物：５．７３ｇ（１ｋｇのレゾルシノールから５４２ｇのカーボンキセロゲルが得られる）

【0079】

窒素物理吸着分析
ＢＥＴ表面積：９２２ｍ^２／ｇ
単一点総孔容積：１．６５ｃｍ^３／ｇ
ミクロ孔容積：メソ孔容積比（窒素物理吸着で測定）：１：３．８０
メソ孔径（ＢＪＨ脱着により測定）：３３ｎｍで最大

【0080】

実施例８ｃ
材料を飽和窒素下で８８０°Ｃで３０分間（１５分ではなく）活性化させた以外は、実施例１ｂと同様に５１．１ｇの粒状物Ｚを処理した。生成物：５．３８ｇ（１ｋｇのレゾルシノールから４７０ｇのカーボンキセロゲルが得られる）

【0081】

窒素物理吸着分析
ＢＥＴ表面積：１２５４ｍ^２／ｇ
単一点総孔容積：１．９３ｃｍ^３／ｇ
ミクロ孔容積：メソ孔容積比（窒素物理吸着で測定）：１：３．５５
メソ孔径（ＢＪＨ脱着により測定）：３３ｎｍで最大

【0082】

実施例８ｄ
材料を飽和窒素下で８８０°Ｃで６０分間（１５分ではなく）活性化させた以外は、実施例８ｂと同様に５１．０４ｇの粒状物Ｚを処理した。生成物：３．６２ｇ（１ｋｇのレゾルシノールから３１７ｇのカーボンキセロゲルが得られる）

【0083】

窒素物理吸着分析
ＢＥＴ表面積：１７２０ｍ^２／ｇ
単一点総孔容積：２．５３ｃｍ^３／ｇ
ミクロ孔容積：メソ孔容積比（窒素物理吸着で測定）：１：３．４９
メソ孔径（ＢＪＨ脱着により測定）：２４ｎｍで最大

【0084】

実施例８ｅ
材料を飽和窒素下で８８０°Ｃで１０５分間（１５分ではなく）活性化させた以外は、実施例８ｂと同様に粒状物Ｚを処理した。生成物：２．１１ｇ（１ｋｇのレゾルシノールから１８０ｇのカーボンキセロゲルが得られる）

【0085】

窒素物理吸着分析
ＢＥＴ表面積：２２５４ｍ^２／ｇ
単一点総孔容積：３．２３ｃｍ^３／ｇ
ミクロ孔容積：メソ孔容積比（窒素物理吸着で測定）：１：４．１９
メソ孔径（ＢＪＨ脱着により測定）：２５ｎｍで最大

【0086】

実施例９−キセロゲルの特性の変化
レゾルシノール（純度９８％）を２５．８５ｇ＝２３０ｍｍｏｌをポリエチレンの瓶内で脱イオン水１１８．５ｇ、ホルムアルデヒド溶液（Fluka（登録商標）、３７％）３７．４０ｇ＝４６１ｍｍｏｌおよび無水炭酸カルシウム（Fluka（登録商標））３６ｍｇ＝０．３４ｍｍｏｌと混合し、透明な液を得た。

【0087】

その瓶を密閉し、ビーカーに入れ、９０°Ｃで１６時間対流オーブンに入れた。その後瓶をオーブンから出した。室温まで冷却したら、赤茶色の重縮合物を瓶から取り除いた。この柔らかい生成物をへらで粗い片に粉砕し、平坦なアルミニウム製のパン（直径１６ｃｍ）に入れ、対流オーブン中で高速空気流によって５０°Ｃで４時間乾燥させた。

【0088】

得られた材料は、９９．４ｇであった。冷却したこの材料をドラムミル内で粉砕し、赤茶色の粒状物（最大粒径３ｍｍ）を得た。

【0089】

３９．０５ｇの粒状物を石英管に入れ、それを回転炉に入れた。加熱中は、管を動かさなかった。

【0090】

管を窒素でフラッシュし、一定の窒素流下で室温から４Ｋ／分の速度で８８０°Ｃまで加熱した。この温度に到達した時点で、炉のローターのスイッチを入れた。保護窒素ガスをそれが炉に到達する前に水を煮立てることで泡立てた。石英管に入るガスの部分を加熱し、水がそこで縮合されるのを防いだ。石英管を飽和窒素流下（１．５ｌ／分）で８８０°Ｃで６０分間、回した、その後乾燥窒素下で室温まで冷却した。得られたカーボンキセロゲルを空気下で梱包した。得られた生成物は、３．１２ｇの黒色の粒状物であった。

【0091】

窒素物理吸着分析
ＢＥＴ表面積：１８４３ｍ^２／ｇ
単一点総孔容積：２．７２ｃｍ^３／ｇ
ミクロ孔容積：メソ孔容積比（窒素物理吸着で測定）：１：３．６４
メソ孔径（ＢＪＨ脱着により測定）：２４ｎｍで最大

【0092】

実施例１０−キセロゲルの特性の変化
レゾルシノール（puriss.（Riedel-de Haen（登録商標）、カタログ番号RdH 16101））を３５．０ｇ＝３１８ｍｍｏｌをポリエチレンの瓶（２５０ｍｌ）に入れ、脱イオン水２４．５ｇ、ホルムアルデヒド溶液（Fluka（登録商標）、３７％）５１．６５ｇ＝６３６ｍｍｏｌおよび無水炭酸カルシウム（Fluka（登録商標））６６．５ｍｇ＝０．６３ｍｍｏｌと混合し、透明な液を得た。

【0093】

その瓶を密閉し、６００ｍｌのビーカーに入れ、９０°Ｃで１６時間対流オーブンに入れた。その後瓶をオーブンから出した。室温まで冷却したら、赤茶色の重縮合物を瓶から取り除いた。この硬いガラス状の塊をハンマーで粗い片に粉砕し、平坦なアルミニウム製のパン（直径１６ｃｍ）に入れ、対流オーブン中で高速空気流によって５０°Ｃで４時間乾燥させた。

【0094】

これにより５９．２３ｇの生成物が得られた。冷却したこの材料をドラムミル内で粉砕し、赤茶色の粒状物（最大粒径３ｍｍ）を得た。

【0095】

この粒状物を１８．５４ｇを石英管に入れ、それを回転炉に入れた。加熱中は、管を動かさなかった。

【0096】

管を窒素でフラッシュし、一定の窒素流下で室温から４Ｋ／分の速度で８８０°Ｃまで加熱した。この温度に到達した時点で、炉のローターのスイッチを入れた。保護窒素ガスをそれが炉に到達する前に水を煮立てることで泡立てた。石英管に入るガスの部分を加熱し、水がそこで縮合されるのを防いだ。石英管を飽和窒素流下（１．５ｌ／分）で８８０°Ｃで６０分間、回した、その後乾燥窒素下で室温まで冷却した。得られたカーボンキセロゲルを空気下で梱包した。得られた生成物は、３．６２ｇの黒色の粒状物であった（１ｋｇのレゾルシノールから３３０ｇのカーボンキセロゲルが得られる）。

【0097】

窒素物理吸着分析
ＢＥＴ表面積：１６２８ｍ^２／ｇ
単一点総孔容積：１．５６ｃｍ^３／ｇ
ミクロ孔容積：メソ孔容積比（窒素物理吸着で測定）：１：１．８３
メソ孔径（ＢＪＨ脱着により測定）：８ｎｍで最大

【先行技術文献】

【特許文献】

【0098】

【特許文献1】米国特許第３，３５１，０７１号

【非特許文献1】Adsorption （２００８） １４：３３５−３４１頁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】