Filtros de humo que comprenden materiales de carbono poroso y artículos de fumador que incorporan dichos filtros.

Un filtro de humo para un artículo para fumar, que comprende un material de carbono poroso que tiene un área superficial BET de al menos 800 m2/g,

una estructura de poros que incluye mesoporos y microporos, y un volumen de poros (medido por adsorción de nitrógeno) de al menos 0, 9 cm3/g, y que tiene también al menos una de las siguientes propiedades, a saber:

a) el material de carbono poroso tiene una densidad de no más que 0, 5 g/cm3; y

b) de 15 a 65% del volumen de poros del material de carbono poroso (medido por adsorción de nitrógeno) está en mesoporos.

Filtros de humo que comprenden materiales de carbono poroso y artículos de fumador que incorporan dichos filtros Esta invención se refiere a materiales de carbono poroso y a artículos para fumar y filtros de humo para los mismos que incorporan tales materiales.

Es bien conocido incorporar materiales de carbono poroso en artículos para fumar y filtros de humo para los mismos con el fin de reducir el nivel de ciertos materiales dañinos en el humo. Los materiales de carbono poroso se pueden producir de muchas maneras diferentes. Las propiedades físicas de los materiales de carbono poroso, que incluyen la forma y tamaño de las partículas, la distribución de los tamaños de partícula en una muestra, la velocidad de desgaste de las partículas, el tamaño de poro, la distribución de tamaños de poro y el área superficial, varían todas ellas ampliamente según la manera en la que se han producido. Estas variaciones afectan en gran medida al rendimiento o idoneidad del material como adsorbente en diferentes entornos.

De manera general, cuanto más grande es el área superficial de un material poroso, más eficaz es en la adsorción. Las áreas superficiales de los materiales porosos se estiman midiendo la variación del volumen de nitrógeno adsorbido por el material con una presión parcial de nitrógeno a una temperatura constante. El análisis de los resultados por modelos matemáticos originados por Brunauer, Emmett y Teller da como resultado un valor conocido como área superficial BET.

Los materiales de carbono pueden ser tratados con el fin de aumentar sus áreas superficiales mediante un procedimiento conocido como activación. La activación puede ser efectuada, por ejemplo, calentando el carbono que ha sido tratado con ácido fosfórico o cloruro de cinc, o calentando el carbono con vapor o con dióxido de carbono. La activación por dióxido de carbono es seguida a veces de una etapa de modificación con aire, que implica calentar el carbono en aire. El procedimiento de activación retira material de la superficie interna de las partículas de carbono, dando como resultado una reducción en el peso, siendo la pérdida de peso proporcional al periodo del tratamiento.

La distribución de los tamaños de poro en un material de carbono poroso también afecta a sus características de adsorción. En la presente memoria descriptiva de patente, y de acuerdo con la nomenclatura usada por los expertos en la técnica, los poros en un material adsorbente se llaman "microporos" si su tamaño de poro es menor que 2 nm (<2 x 10-9 m) de diámetro, y "mesoporos" si su tamaño de poro está en el intervalo 2-50 nm. Los poros se denominan "macroporos" si su tamaño de poro excede de 50 nm. Los poros que tienen diámetros mayores que 500 nm usualmente no contribuyen de manera significativa a la adsorbancia de los materiales porosos. Para fines prácticos, por lo tanto, los poros que tienen diámetros en el intervalo de 50 nm a 500 nm, más típicamente 50-300 nm o 50-200 nm, pueden ser clasificados como macroporos.

Los volúmenes relativos de microporos, mesoporos y macroporos en un material poroso pueden ser estimados usando técnicas bien conocidas de adsorción de nitrógeno y porosimetría de mercurio. La porosimetría de mercurio se puede usar para estimar el volumen de macro- y mesoporos; la adsorción se nitrógeno se puede usar para estimar los volúmenes de micro- y mesoporos, usando el llamado modelo matemático BJH. Sin embargo, dado que las bases teóricas para las estimaciones son diferentes, los valores obtenidos por los dos métodos no pueden ser comparados directamente uno con el otro.

El carbono poroso se puede producir a partir de fuentes naturales. Por ejemplo, se obtiene carbón vegetal de coco mediante la carbonización de corteza de coco; se obtiene negro de horno mediante la pirólisis o combustión de residuos de petróleo, y se produce negro térmico a partir de gas natural. Las memorias descriptivas de patente de Estados Unidos y Gran Bretaña Nos. US-3909449, US-4045368 y GB-1383085 describen todas ellas procedimientos para producir esferas de carbón vegetal activado a partir de brea.

También se pueden obtener materiales de carbono poroso carbonizando resinas orgánicas. Por ejemplo, la publicación de patente internacional WO 02/12380 describe un procedimiento para producir carbono poroso carbonizando una resina orgánica que ha sido producida condensando un componente nucleófilo tal como una resina novolaca con un agente de reticulación electrófilo tal como hexametilentetramina en presencia de un formador de poros tal como etilenglicol.

La publicación de patente internacional WO 01/19904 describe un procedimiento para producir carbono poroso monolítico carbonizando una resina orgánica producida por polimerización de un sistema tal como resorcinol/formaldehído, divinilbenceno/estireno y cloruro de vinilideno o cloruro de vinilideno/divinilbenceno, en presencia de un tensioactivo.

También se pueden producir materiales de carbono poroso por aglomeración de finas partículas de carbono con aglutinantes. Por ejemplo, la memoria descriptiva de patente de EE.UU. Nº 3351071 describe un procedimiento para producir partículas esféricas de carbono mezclando un agregado de cristalita de celulosa y carbono activo con agua en un molino, procesando en esferas y secando. Las partículas de carbono pueden ser activadas después y usadas en filtros de cigarrillos.

La memoria descriptiva de patente de EE.UU. Nº 4029600 describe un procedimiento para producir un material de carbono en partículas mezclando esferas de negro de humo con un aglutinante resinoso, y carbonizando y pulverizando después la mezcla.

La memoria descriptiva de patente británica GB-2395650 compara el efecto de varios materiales de carbono que tienen diversos volúmenes de microporos y mesoporos sobre el sabor de humo de tabaco que contiene aromatizantes tales como mentol. Se afirma que los materiales de carbono con un volumen de microporos no mayor que 0, 3 cm2/g y un volumen de mesoporos de al menos 0, 25 cm3 por gramo adsorben menos mentol que materiales con diferentes distribuciones de tamaño de poro, y se considera por lo tanto que son más adecuados para el uso en un filtro de cigarrillo en cigarrillos aromatizados.

La publicación de patente internacional Nº WO/03/059096 A1 describe cigarrillos que comprenden una barra de tabaco y un componente de filtro que tiene una cavidad llena de carbono en forma de pequeñas bolas de forma esférica con diámetros de 0, 2 a 0, 7 mm, áreas superficiales BET en el intervalo 1000-1600 m2/g, y una distribución de tamaños de poro predominantemente en el intervalo de microporos y pequeños mesoporos.

La memoria descriptiva de patente de EE.UU. Nº 6.814.786 describe un filtro que comprende al menos dos segmentos adsorbentes monolíticos de carbono activado.

De acuerdo con esta invención, los autores de la invención han identificado una clase de materiales de carbono poroso que son particularmente eficaces en la reducción de uno o más componentes dañinos del humo de tabaco.

Los materiales de la presente invención se caracterizan por una combinación de propiedades físicas.

Según un aspecto de la presente invención, se proporciona un filtro de humo para un artículo para fumar que comprende un material de carbono poroso que tiene un área superficial BET de al menos 800 m2/g, una densidad de no más que 0, 5 g/cm3, una estructura de poros que incluye mesoporos y microporos, y un volumen de poros (medido por adsorción de nitrógeno) de al menos 0, 9 cm3/g.

Los materiales de carbono poroso de la invención tienen preferiblemente una densidad aparente menor que 0, 5 g/cm3. Los valores superiores típicos para el intervalo de densidades de los materiales de carbono de la presente invención son 0, 45 g/cm3, 0, 40 g/cm3 y 0, 35 g/cm3. Preferiblemente, la densidad aparente de los materiales de carbono de la invención está en el intervalo 0, 5 a 0, 2 g/cm3.

Los materiales de carbono de la invención también se pueden caracterizar por su estructura de poros en lugar de su densidad.

Según este aspecto de la invención, se proporciona un filtro de humo para un artículo para fumar que comprende un material de carbono poroso que tiene un área superficial BET de al menos 800 m2/g, una estructura de poros que incluye mesoporos y microporos, y un volumen de poros (medido por adsorción de nitrógeno) de al menos 0, 9 cm3/g, del cual entre 15 y 65% está en microporos.

Los materiales... [Seguir leyendo]

1. Un filtro de humo para un artículo para fumar, que comprende un material de carbono poroso que tiene un área superficial BET de al menos 800 m2/g, una estructura de poros que incluye mesoporos y microporos, y un volumen de poros (medido por adsorción de nitrógeno) de al menos 0, 9 cm3/g, y que tiene también al menos una de las siguientes propiedades, a saber:

a) el material de carbono poroso tiene una densidad de no más que 0, 5 g/cm3; y b) de 15 a 65% del volumen de poros del material de carbono poroso (medido por adsorción de nitrógeno) está en mesoporos.

2. Un filtro de humo según la reivindicación 1, en el que el volumen de poros del material (medido por adsorción de nitrógeno) es al menos 1, 0 cm3/g, y de 30 a 65% del volumen de poro está en mesoporos.

3. Un filtro de humo según la reivindicación 1 o 2, en el que menos que 20% del volumen de poros del material está en poros que tienen diámetros en el intervalo 2-10 nm.

4. Un filtro de humo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el material tiene una densidad aparente de no más que 0, 5 g/cm3.

5. Un filtro de humo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material tiene un área superficial BET de 900 a 1300 m2/g.

6. Un filtro de humo según la reivindicación 5, en el que el material tiene un área superficial BET de 1000 a 1250 m2/g.

7. Un filtro de humo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el volumen de poros del material en microporos y mesoporos es de 1, 1 a 2 cm3/g.

8. Un filtro de humo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que de 35 a 55% del volumen de poros del material está en mesoporos.

9. Un filtro de humo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el material tiene una estructura monolítica.

10. Un filtro de humo según la reivindicación 9, en el que la estructura monolítica tiene la forma de un elemento de filtro cilíndrico que tiene un pasaje axial que es capaz de permitir el flujo de la masa de humo a través del mismo a la vez de poner en contacto el humo con el material.

11. Un filtro de humo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el material está en forma de partículas.

12. Un filtro de humo según la reivindicación 11, en el que el material está en la forma de microbolas.

13. Un filtro de humo según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que el material tiene un tamaño medio de partícula de 50 a 700 !m.

14. Un filtro de humo según la reivindicación 13, en el que el material tiene un tamaño medio de partícula de 150 a 250 !m.

15. Un filtro de humo según la reivindicación 13, en el que el material tiene un tamaño medio de partícula de 250 a 500 !m.

16. Un filtro de humo según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, en el que el material tiene una distribución de tamaños de partícula D90/D10 de al menos 10.

17. Un filtro de humo según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16, en el que el material está sustancialmente exento de partículas más pequeñas que 10 !m.

18. Un filtro de humo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, en el que el material está compuesto de una resina orgánica carbonizada.

19. Un filtro de humo según la reivindicación 18, en el que la resina orgánica contiene nitrógeno.

20. Un filtro de humo según la reivindicación 18 o la reivindicación 19, en el que la resina se produce condensando un componente nucleófilo con un agente de reticulación electrófilo en presencia de un formador de poros.

21. Un filtro de humo según la reivindicación 20, en el que el componente nucleófilo o el agente de reticulación es un compuesto orgánico de nitrógeno.

22. Un filtro de humo según la reivindicación 20 o la reivindicación 21, en el que el componente nucleófilo comprende una resina novolaca.

23. Un filtro de humo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 22, en el que el agente de reticulación comprende hexametilentetramina.

24. Un filtro de humo según una cualquiera de las reivindicaciones 20 a 23, en el que el formador de poros comprende etilenglicol.

25. Un artículo para fumar que comprende un material para fumar y un filtro de humo como se define en cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

26. Un artículo para fumar según la reivindicación 25, que comprende una barra de material para fumar y un filtro, en 10 el que el material de carbono poroso está incorporado en el filtro.