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문제 정의
- 본 연구는 단엽 원료의 궐련 및 현행 시판 제품에 대한 흡입 연소 시간과 자연식 및 강제식 재 떨어짐 길이와 시간을 측정하여, 엽배합 특성과 제품별 재 떨어짐에 영향을 미치는 요인을 구명하고 예측하여 이를 연장하기 위한 기초자료로 활용할 수 있도록 하기 위함이다. 또한 이러한 재의 연소조건을 개선시킴으로써 소비자들로부터 흡연 중에 불씨나 재 떨어짐에 대한 불만 사항을 해소하여 더 높은 흡연 만족감을 제공하는데 그 목적이 있다.
- 본 연구는 단엽 원료의 궐련 및 현행 시판 제품에 대한 흡입 연소 시간과 자연식 및 강제식 재 떨어짐 길이와 시간을 측정하여, 엽배합 특성과 제품별 재 떨어짐에 영향을 미치는 요인을 구명하고 예측하여 이를 연장하기 위한 기초자료로 활용할 수 있도록 하기 위함이다. 또한 이러한 재의 연소조건을 개선시킴으로써 소비자들로부터 흡연 중에 불씨나 재 떨어짐에 대한 불만 사항을 해소하여 더 높은 흡연 만족감을 제공하는데 그 목적이 있다.
가설 설정
- 또한 재 떨어짐 시간 및 길이는 필터에 가해진 충격에 의해 재 떨어짐이 감지되는 시점을 기준으로 하였으며, 궐련에 대한 충격 간격 (impact interval)은 30초로 설정하였다. 그리고 필터와 충격체와의 충돌은 완전 비탄성 충돌(completely inelastic collision)로 가정하였다. 궐련에 가해지는 충격에너지(impact energy)는 위치에너지 (potential energy)를 환산하여 결정하였으며, 이때 필터 부에 가해지는 충격 에너지는 1332.
제안 방법
- 1. 흡입식 재 떨어짐 길이 및 시간 측정(puffed ashdrop length and time, PADL and PADT):궐련을 점화 후 17.5 ml/sec의 양으로 2초간 흡입한 다음 58초는 자연적으로 연소되게 하면서 궐련을 연소시킬 때 발생하는 자연적인 담배 재 떨어짐에 대한 길이와 시간을 측정하였다. 이때 궐련의 연소에 따른 재의 구부러짐 현상을 고려하여 감지기(sensor)는 연소부 말단으로부터 10 mm 떨어진 지점에 위치하도록 하였으며, 이 위치에서 재 떨어짐이 감지되는 시간을 측정하고 1회의 충격을 주어 재를 떨어 준 다음 재 떨어짐 길이를 자동으로 측정하였다.
- 1.자연 연소시간(static burning rate, SBR) : 궐련 연소 시 흡입하지 않고 자연적으로 30 mm 연소시켰을 때, 소요되는 시간으로 각각의 시료들에 대하여 10회 반복 실험하였다.
- 2. 강제식 재 떨어짐 길이 및 시간(forced ash-drop length and time, FADL and FADT) 측정: 강제식 재 떨어짐에 대한 궐련의 연소 흡입 조건은 흡입식 재 떨어짐 측정과 동일하나 궐련의 연소에 의한 연소부에서의 수축(shrinkage) 현상 및 충격에 의한 재 떨어짐을 고려하여 감지기는 연소부 말단으로부터 5 mm 떨어진 지점에 위치하도록 하였다. 또한 재 떨어짐 시간 및 길이는 필터에 가해진 충격에 의해 재 떨어짐이 감지되는 시점을 기준으로 하였으며, 궐련에 대한 충격 간격 (impact interval)은 30초로 설정하였다.
- 2. 흡입 연소 시간(puffed burning rate, PBR) 측정 : 궐련점화 후 17.5 mVsec의 양으로 2초간 흡입 후 58초의 정지 기간을 주면서 궐련을 30 nun 연소시켰을 때 소요되는 시간으로 각각의 시료들에 대하여 10회 반복 실험하였다.
- 재 떨어짐에 대한 시료는 Table 1과 같이 단 엽궐련으로로 황색종, 버어리종 6개 등급(2001년산, 가공등급 기준)과 팽 화각 초와 주맥 그리고 판 상엽을 사용하여 제조하였으며, 제품 담배 시료는 Table 2와 같이 현재 국내에 시판되고 있는 담배 중 비교적 시장 점유율이 큰 외산 및 국산 담배를 대상으로 하였다. 각각의 시료들은 타르 함량에 따라 1 mg과 3 mg, 5 mg을 적용하였고, 궐련의 굵기에 대한 영향은 초슬림(17 mm) 및 레귤러형(24.5 mm)으로 분류하였다. 시료들의 엽중 성분 분석은 대상 시료들의 궐련지를 제거한 후 각 초를 수집하여 80℃의 건조기에서 3시간 건조하여 사용하였다.
- 5 ml/sec)으로 궐련을 흡입 시에 재가 떨어지는 시간과 길이를 측정할 수 있도록 고안하였다. 강제식 재 떨어짐은 사람의 손가락 압력으로 담배를 털듯이 기계적으로 일정한 힘을 궐련에 가해지도록 하여 재가 떨어지는 시간과 길이를 측정하였다.
- 강제식 재 떨어짐 길이 및 시간(forced ash-drop length and time, FADL and FADT) 측정: 강제식 재 떨어짐에 대한 궐련의 연소 흡입 조건은 흡입식 재 떨어짐 측정과 동일하나 궐련의 연소에 의한 연소부에서의 수축(shrinkage) 현상 및 충격에 의한 재 떨어짐을 고려하여 감지기는 연소부 말단으로부터 5 mm 떨어진 지점에 위치하도록 하였다. 또한 재 떨어짐 시간 및 길이는 필터에 가해진 충격에 의해 재 떨어짐이 감지되는 시점을 기준으로 하였으며, 궐련에 대한 충격 간격 (impact interval)은 30초로 설정하였다. 그리고 필터와 충격체와의 충돌은 완전 비탄성 충돌(completely inelastic collision)로 가정하였다.
- 5 mm)으로 분류하였다. 시료들의 엽중 성분 분석은 대상 시료들의 궐련지를 제거한 후 각 초를 수집하여 80℃의 건조기에서 3시간 건조하여 사용하였다. 건조된 시료는 분쇄기로 분쇄하여, 엽중nicotine과 sugar 함량은 자동분석기 (Bran Luebbe) 로 nitrogen의 함량은 CNS 분석기 (Leco CNS-2000) 를 이용하여 분석하였으며, 염소는 pH/ion meter (Orion-720A)에 의한 전위차 방법으로 측정하였다.
- 5 ml/sec의 양으로 2초간 흡입한 다음 58초는 자연적으로 연소되게 하면서 궐련을 연소시킬 때 발생하는 자연적인 담배 재 떨어짐에 대한 길이와 시간을 측정하였다. 이때 궐련의 연소에 따른 재의 구부러짐 현상을 고려하여 감지기(sensor)는 연소부 말단으로부터 10 mm 떨어진 지점에 위치하도록 하였으며, 이 위치에서 재 떨어짐이 감지되는 시간을 측정하고 1회의 충격을 주어 재를 떨어 준 다음 재 떨어짐 길이를 자동으로 측정하였다.
- 2와 같다. 재 떨어짐(ADM)은 궐련 연소 시 일정한 길이의 담배가 자연적으로 연소되는 시간뿐만 아니라 CORESTA 분석 기준(17.5 ml/sec)으로 궐련을 흡입 시에 재가 떨어지는 시간과 길이를 측정할 수 있도록 고안하였다. 강제식 재 떨어짐은 사람의 손가락 압력으로 담배를 털듯이 기계적으로 일정한 힘을 궐련에 가해지도록 하여 재가 떨어지는 시간과 길이를 측정하였다.
- 그러므로 흡연 시 궐련의 양호한 연소 형태와 재와 불씨 떨어짐에 대한 여러 원인을 분석하고 구명하여, 제품에 적용함으로서 이를 개선할 수 있는 방법을 찾아야 할 것이다. 황색종, 버어리종 및 기타 품종으로 제조한 단엽 궐련과 국내 외산 제품에 대한 자연식 및 흡입식 연소성과 강제 식재 떨어짐을 측정하여, 이와 관련된 요인들을 분석한 결과는 아래와 같았다.
대상 데이터
- 재 떨어짐에 대한 시료는 Table 1과 같이 단 엽궐련으로로 황색종, 버어리종 6개 등급(2001년산, 가공등급 기준)과 팽 화각 초와 주맥 그리고 판 상엽을 사용하여 제조하였으며, 제품 담배 시료는 Table 2와 같이 현재 국내에 시판되고 있는 담배 중 비교적 시장 점유율이 큰 외산 및 국산 담배를 대상으로 하였다. 각각의 시료들은 타르 함량에 따라 1 mg과 3 mg, 5 mg을 적용하였고, 궐련의 굵기에 대한 영향은 초슬림(17 mm) 및 레귤러형(24.
이론/모형
- 시료들의 엽중 성분 분석은 대상 시료들의 궐련지를 제거한 후 각 초를 수집하여 80℃의 건조기에서 3시간 건조하여 사용하였다. 건조된 시료는 분쇄기로 분쇄하여, 엽중nicotine과 sugar 함량은 자동분석기 (Bran Luebbe) 로 nitrogen의 함량은 CNS 분석기 (Leco CNS-2000) 를 이용하여 분석하였으며, 염소는 pH/ion meter (Orion-720A)에 의한 전위차 방법으로 측정하였다. 기타 성분은 엽중 내용성분 및 연 기성분 분석법(김 등, 1991)에 의거하여 분석하였고, K, Ca 등의 무기 성분은 자동원소 분석기(E.
- 건조된 시료는 분쇄기로 분쇄하여, 엽중nicotine과 sugar 함량은 자동분석기 (Bran Luebbe) 로 nitrogen의 함량은 CNS 분석기 (Leco CNS-2000) 를 이용하여 분석하였으며, 염소는 pH/ion meter (Orion-720A)에 의한 전위차 방법으로 측정하였다. 기타 성분은 엽중 내용성분 및 연 기성분 분석법(김 등, 1991)에 의거하여 분석하였고, K, Ca 등의 무기 성분은 자동원소 분석기(E.A1110-Elemental analyzer)로 분석하였다.
성능/효과
- 1. 연소성에 영향을 주는 요인은 권관 부 내에 충진되는 각 초의 중량에 따라 크게 영향을 받았으며, 황색종 상. 본엽에서는 4A0R이 1B0보다 각 초중량이 62 mg 적으므로 연소 속도와 길이가 각각 46.
- 2. 단엽 잎담배에 당류나 염소, 회분, 무기 염류 등의 함량이 연소 형태와 관련성이 높았다. 황색종 4DLe 당 함량이 가장 많은 1CL보다 자연연 소속 도가 52초 빨랐고, 강제식재 떨어짐은 21% 길게 유지됨을 나타냈다.
- 3. 팽화각초와 주맥은 연소 시간과 속도는 빨랐으나, 재의 수렴성은 불량하였다. 흡입식 재 떨어짐의 길이는 각각 18.
- 4. 일반형 담배의 PBRe SBR보다 14.3%, 초슬림형은 21.3%가 빨랐다. 국내외 산 제품 간 비교는 타르 함량에 따라 궐련의 체제를 각기 달리 하므로 서로 다르게 나타났다.
- Table 3과 같이 황색종 4DL과 버어리종 4DP의 potassium 함량이 가장 높았으며, 앞의 설명에서와같이 자연 식 재 떨어짐의 길이도 가장 길게 지속되는 것으로 나타났다. 강제 식재 떨어짐 (FADL)도 PADL과 같이 권관부에 충진되는 각 초의 양과 무기염류의 함량에 영향받아 유사한 경향을 나타냈다.
- 이는 1 mg 및 3 mg 시료 군이 담배의 저타르화에 따라 타르 함량이 일반 황색종 및 버어리종보다 낮고 연소속도가 빠른 저 비 중엽인 팽 화각 초, 팽화 주맥 및 판 상엽 등의 엽을 많이 사용하여 연소 속도가 빠른 유형을 나타낸다고 하였다 (김대종 등, 1997 ; 김병구 등, 1996). 국내, 외산 제품 담배 중 1 mg 시료 군에서는 국산 담배인 T-1이 외산 L-1 및 D-1에 비하여 SBRe 큰 차이를 보이지 않았으나, PBR 이 느려지는 것으로 나타났다. 제품의 PBRe SBR에 비하여 엽배합, 궐련지, 필터 등의 여러 인자들로부터 각기 다르게 영향받아 나타나는 현상으로 판단된다.
- 이는 Table 3의 결과와 같이 버어리종에서 등급 간 화학적 내용 성분의 차이가 그다지 크지 않았기 때문으로 생각된다. 그러나 부풀 성이나 충진밀도 등의 여러 물리적 요인들에 의하여 크게 영향받음으로써 4DP가 4AT보다 연소속도가 34% 빨라졌고, 분당 연소길이도 89%나 증가하여 약 2배 정도 빨라지는 큰 차이를 보였다. 이와 같이 버어리종에서는 부풀 성에 따른 양목이 연소성의 주원인으로 작용함을 알 수 있었다.
- 5 ml/sec을 2초간 흡입하므로, 흡입하지 않는 자연적 SBR에 비해 크게 나타난 것으로 판단된다. 또한 SBR에 대한 PBR의 증가율은 일반형 (regular type) 담배가 14.3%이었고, 초슬림형 (super slim type) 담배는 21.3%로 나타나 초슬림형 담배가 공기흡입 (puffing)에 대한 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났다. 공기가 17.
- 연소성에 영향을 주는 요인은 권관 부 내에 충진되는 각 초의 중량에 따라 크게 영향을 받았으며, 황색종 상. 본엽에서는 4A0R이 1B0보다 각 초중량이 62 mg 적으므로 연소 속도와 길이가 각각 46.6초와 10% 빨라짐을 보였다.
- 국내. 외산 제품 담배의 흡입식 재 떨어짐 시간은 초슬림형 담배뿐만이 아니라 타르의 함량이 1 mg 와 5 mg인 시료 군에서도 국산 담배 재의 휘어짐 및 재 떨어짐 시간이 외산보다 다소 더 길어져 양호한 것으로 나타났다. 초슬림형 담배의 경우 외산인 VS보다 국산 담배인 EL의 흡입식 재 떨어짐 시간이 14% 긴 것으로 나타났다.
- 5에는 흡입식 및 강제적 재 떨어짐 시간 및 길이에 대한 분석 결과를 각각 나타냈다. 이 결과 재 떨어짐 시간에서는 초슬림형 담배가 일반형 담배에 비하여 빠른 것으로 나타났다. 일반적으로 담배를 연소시킬 때 재 떨어짐이나 재의 휘어짐 현상이 관찰되는데 이러한 현상은 담배의 외형적 굵기와 재의 굵기에 따라 크게 영향을 받는 것으로 알려졌다(Thomas 등, 1989).
- 12%로 가장 높았다. 이 성분들은 품종 등급 간 함량의 차이가 크게 나타났으며, 기타의 엽에서는 팽화 각 초와 판 상엽에서 낮은 함량을 보였다. 엽 중 nicotine과 nitrogene 담배의 끽 미를 결정짓는 주요 소로 작용하지만 연소성이나 재의 형성과 같은 물리성에는 크게 상관하지 않는 것으로 알려졌다 (김정화 등, 1997 ;Leupi 등, 1991).
- 이러한 결과는 SBR이 엽배합과 전충량에 의해 크게 영향을 받는 것에 비하여 PBRe 엽배합뿐만이 아니라 공기 흡입 (puffing)에 영향을 주는 담배 자체의 구조적 형태와 궐련지, 필터 권지 및 필터 재료 등과 같은 재료 품들의 고유한 특성에 의해 복합적으로 영향을 받는다는 것을 알 수 있다.
- 재 떨어짐에 영향을 주는 요인을 구하기 위하여 각각의 시료들에 대한 각 초의 엽중 성분을 분석한 결과는 Table 3과 같다. 잎담배 중에 포함되어 있는 nicotinee 흡연 시 담배 본래의 특성을 나타내는 대표적인 성분으로써 황색종의 nicotine과 nitrogene 상위엽인 3B0에서 각각 3.47과 3.85%로 많았으며, 버어리엽의 nicotine과 nitrogene 본엽 3등 3BT에서 각각 3.56과 5.12%로 가장 높았다. 이 성분들은 품종 등급 간 함량의 차이가 크게 나타났으며, 기타의 엽에서는 팽화 각 초와 판 상엽에서 낮은 함량을 보였다.
- 외산 제품 담배의 흡입식 재 떨어짐 시간은 초슬림형 담배뿐만이 아니라 타르의 함량이 1 mg 와 5 mg인 시료 군에서도 국산 담배 재의 휘어짐 및 재 떨어짐 시간이 외산보다 다소 더 길어져 양호한 것으로 나타났다. 초슬림형 담배의 경우 외산인 VS보다 국산 담배인 EL의 흡입식 재 떨어짐 시간이 14% 긴 것으로 나타났다. 타르 함량 Img의 시료 구에서는 외산 L-1보다 국산 제품 담배 T-1 이 25% 긴 것으로 나타났으며, 타르 함량이 5mg인 시료 구에서는 국산 제품 담배인 TI-5가 외산인 MIL-5와 DL-5에 비하여 각각 28%와 18% 더 긴 것으로 분석되었다.
- 초슬림형 담배의 경우 외산인 VS보다 국산 담배인 EL의 흡입식 재 떨어짐 시간이 14% 긴 것으로 나타났다. 타르 함량 Img의 시료 구에서는 외산 L-1보다 국산 제품 담배 T-1 이 25% 긴 것으로 나타났으며, 타르 함량이 5mg인 시료 구에서는 국산 제품 담배인 TI-5가 외산인 MIL-5와 DL-5에 비하여 각각 28%와 18% 더 긴 것으로 분석되었다. 제품 담배의 경우도 단 엽궐련에서와 같이 전충량과 엽배합비에 따라 크게 영향받을 수 있을 것이다.
- 하엽에서 각각 13%와 7%가 생성량이 많았다. 팽 화각 초(ET)의 전충량은 1BO에 비하여 46%, 주맥은 27%가 각각 감소하여 PADL과 FADL에 대한 재의 지속 길이가 짧아지는 것으로 나타났다. 판 상엽은 천연잎담배 조직을 강압적으로 고해 시켜 재구성한 담배이므로 조직의 치밀도나 구성성분의 조성이 본래 엽과는 달라서, PADL 과 FADL 측정 결과 황색종보다 수치가 짧게 나타난 것으로 생각된다.
- 단엽 잎담배에 당류나 염소, 회분, 무기 염류 등의 함량이 연소 형태와 관련성이 높았다. 황색종 4DLe 당 함량이 가장 많은 1CL보다 자연연 소속 도가 52초 빨랐고, 강제식재 떨어짐은 21% 길게 유지됨을 나타냈다.
- 조회분은 담배의 끽 미나 품질에 직접적인 영향을 미치지는 않지만 간접적으로는 관련될 수 있으며 연소 형태와 속도, 재의 형성과는 밀접한 것으로 알려진바, 본 시험의 결과에서도 Vicki 등(2003)이 보고한 결과와 많은 부분 일치하는 경향을 보였다. 회분과 potassiume 황색종이 하위엽 4DL에서 17.64와 4.56%이였으며, 버어리종은 하위엽 4DP에서 각각 27.78과 4.85%로 가장 높은 수치를 나타냈다. 기타 엽은 팽 화각 초와 주맥에서 12.
후속연구
- 1953년 미국 시장은 Viceroy와 1957년 국내에서는 아리랑 담배에 최초로 필터를 부착시킨 제품이 각각 시판되었다. 그 후 재료 품과 엽배합, 첨가제 등의 많은 제조공정 분야에서 tar, nicotine을 감소시키기 위한 다양한 처리기술들을 개발하여 적용하기에 이르렀다. 엽배합에서는 1960년대 이전 황색종 위주의 full flavor 배합 형태에서 최근에는 저비 중엽인 판 상엽(RT), 주맥(Stems), 팽 화각 초(ET)와 버어리엽의 배합비가 확대되기 시작했다 (이태호 등, 1987).
- 그러나 현재의 홉연 형태는 덜 해롭고 환경이나 화재에 안전한 담배가 요구되는 상황이다. 그러므로 흡연 시 궐련의 양호한 연소 형태와 재와 불씨 떨어짐에 대한 여러 원인을 분석하고 구명하여, 제품에 적용함으로서 이를 개선할 수 있는 방법을 찾아야 할 것이다. 황색종, 버어리종 및 기타 품종으로 제조한 단엽 궐련과 국내 외산 제품에 대한 자연식 및 흡입식 연소성과 강제 식재 떨어짐을 측정하여, 이와 관련된 요인들을 분석한 결과는 아래와 같았다.
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