ФИЛЬТР ДЛЯ СИГАРЕТ Российский патент 1994 года по МПК A24D3/14 

Изобретение относится к табачной промышленности и может найти применение при изготовлении сигарет с фильтром.

Известен фильтр для сигарет, содержащий активированный уголь для повышения степени очистки главной струи табачного дыма от смолы, никотина и окиси углерода.

Этот фильтр представляет собой волокнистую структуру с применением активированного угля.

Действие этого фильтра основано на механическом способе фильтрации табачного дыма.

Недостатком такого фильтра является то, что он не исключает полностью вредного воздействия целого ряда компонентов табачного дыма, так как он не поглощает канцерогенные N-нитрозосоединения, металлы, обладающие канцерогенными свойствами, например, такие как никель (Ni), хром (Cr), мышьяк (As), кадмий (Cd), полициклические ароматические углеводороды (бенз[a] пирен и далее соединения с числом бензольных колец более 4 х).

Известен фильтр для сигарет, выполненный из пористого гидрооксиапатита (природного происхождения или полученного путем осаждения).

Гидрооксиапатит представляет собой материал с размерами частиц 5 - 2 мк, использующихся в количестве 0,1 - 20% от массы табака, и может быть представлен формулой
3[Ca₃(PO₄)₂] M(OH)₂, где М - катион кальция, стронция или олова.

В основном применяются гидрооксиапатиты, в которых М-катион представлен кальцием, так как этот материал нетоксичен и высокоэффективен.

Фильтр из гидрооксиапатита производится в сочетании с волокнистым материалом или активированным углем и может быть выполнен в виде таблетки, гильзы, мундштука и т. д.

Достоинства этого фильтра для сигарет заключаются в некотором повышении эффективности поглощения вредных веществ.

Недостатком этого фильтра является то, что он не поглощает из табачного дыма широкий ассортимент канцерогенных и токсичных веществ.

Известны различные фильтры для курительных изделий, в частности для сигарет, уменьшающих токсичное действие табачного дыма.

Для этого используются фильтрующие устройства, основу которых, как правило, составляет ацетатное, целлюлозное или ацетатцеллюлозное волокно с нанесенными на него веществами, обладающими адсорбционными свойствами, или пропитанное этими веществами.

В качестве таковых используются активированный уголь, неорганические и органические соли меркаптоалкансульфоновых кислот общей формулы
HSXSO₃H X = (CH₂)_n, n = 2 - 6), цистеин и ацетилцистеин, фтолоцианины.

Недостатком этих фильтров является то, что спектр веществ, поглощаемых этими фильтрами, во всех случаях ограничен, а сами фильтры при нагревании могут деградировать с образованием токсических соединений.

Так, например, при использовании фталоциана в качестве сорбента могут образовываться следующие продукты распада - органические цианиды, аммиак, производные бензола и т. д.

Известен фильтр для сигарет на основе ацетатного, целлюлозного и ацетатцеллюлозного волокна, содержащий адсорбирующее средство, представляющее собой комплекс соли железа с органическими низкомолекулярными лигандами, при этом адсорбирующее средство содержит соли двухвалентного железа, а в качестве лигандов - алкильные производные карбамата натрия, при этом содержание адсорбирующего средства составляет 3,6 - 13 мас. % на 100% фильтрующего волокна.

Этот фильтр, обеспечивая очистку главной струи табачного дыма от никотина, окиси углерода и смолы, позволяет повысить очистку от окиси азота.

Недостатком этого фильтра является отсутствие возможности селективно поглощать канцерогенные N-нитрозосоединения, в том числе и табакоспецифические, металлы, обладающие канцерогенными свойствами, например, никель (Ni), хром (Cr), мышьяк (As), кадмий (Cd), полициклические ароматические углеводороды (бенз[a] пирен и далее соединения с числом бензольных колец более четырех).

Известен ацетатцеллюлозный фильтр, содержащий в качестве адсорбирующего средства 10% триацетин.

Данный фильтр селективно поглощает канцерогенные N-нитрозосоединения: N-нитрозодиметиламин до 75% , N-нитрозодиэтиламин до 50% , N-нитрозопирролидин до 74% , смолу до 35% , никотин до 28% .

Недостатком этого фильтра является то, что он, практически, не поглощает бенз[a] пирен и канцерогенные металлы.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является фильтр для сигарет, выполненный из волокон органического полимера, пропитанного адсорбирующим средством, представляющим собой кремнийорганический мономер N, N-бис(3-триэтоксисилилпропил)-тиокарба- мид (С₂H₃O)₃Si(CH₂)₃NH - C(S)-NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃, количество которого составляет 6 - 15,3 мас. % от массы волокон.

При этом изготовлении сигаретные фильтры, пропитанные 4-10% -ным раствором мономера в растворителе, предпочтительно в этиловом спирте, и высушенные на воздухе, подвергают термообработке в течение нескольких часов.

Данный сигаретный фильтр позволяет улавливать канцерогенные и токсичные вещества, а именно канцерогенные металлы, N-нитрозосоединения и бенз[a] пирен лучше, чем известные сигаретные фильтры.

Известен фильтр для сигарет, состоящий из отдельных частей, выполненных из волокон органического полимера, и размещенного между ними адсорбирующего средства (прототип).

Недостатком этого сигаретного фильтра является то, что он по поглощению окиси углерода, никотина и смолы не отличается от известных сигаретных фильтров. Кроме того, он недостаточно полно улавливает N-нитрозосоединения.

Поэтому задачей предлагаемого изобретения является снижение уровня содержания канцерогенного бенз[a] пирена, канцерогенных металлов и летучих нитрозосоединений, а также окиси углерода, смолы и никотина, что позволяет снизить риск заболевания злокачественными новообразованиями, связанными с курением.

Целью предлагаемого изобретения является повышение степени очистки главной струи табачного дыма от окиси углерода, смолы, никотина, канцерогенного бенз[a] пирена, канцерогенных металлов и летучих N-нитрозосоединений.

Цель достигается за счет того, что фильтр для сигарет, состоящий из отдельных частей, выполнен из волокон органического полимера, например, целлюлозного, ацетатцеллюлозного или ацетатного волокна с адсорбирующим средством между этими частями, в качестве адсорбирующего средства вводится лигнин, при этом количество лигнина определяется по формуле
G = g· ·L, где G - вес лигнина, г; π = 3,14;
g - удельный вес лигнина, г/мм³;
D - диаметр фильтра, мм;
L - длина фильтра, заполняемая лигнином, составляет 1,5 - 2,5 мм.

Под лигнином одним из основных структурных компонентов растений, особенно древесины, в настоящее время понимают природные полимерные продукты, образующиеся в результате дегидрогенизации трех основных предшественников: кониферилового, синапового и n-кумарового спиртов. Феруловая и кофейная кислоты являются структурными элементами лигнина. Структура лигнина, получаемого путем механического размола, практически не содержит измененных элементов и наиболее соответствует лигнину в его природном состоянии.

Предложенный фильтр для сигарет конструктивно может быть выполнен всеми известными технологическими способами, которые используются при изготовлении комбинированных сигаретных фильтров с твердыми сорбирующими веществами.

Для примера рассмотрим комбинированный сигаретный фильтр длиной 18 мм, состоящий из целлюлозной и ацетатной частей, между которыми помещается лигнин.

Сигареты для проведения экспериментов отбирались из одной партии по весу 933 ±20 мг.

Ниже приводятся результаты испытаний комбинированного сигаретного фильтра для сигарет, содержащего соответственно 22, 44 и 66 мг лигнина.

Определение содержания токсических и канцерогенных соединений проводили следующим образом.

Подготовку сигарет с фильтрами к анализам на никотин, смолу и окись углерода проводили по методикам, описанным Международной организацией по стандартам (ISO, Geneva). Сигареты прокуривали согласно стандартам ISO при следующих условиях: все сигареты перед анализом были кондиционированы в течение 48 ч при 22^оС и относительной влажности 60% и прокуривали на 20-позиционном роторном курильщике-автомате фирмы "BORGWALDT" RM20/CS (ФРГ) при объеме затяжки 35 мл, длительности затяжки 2 с, частоте одной затяжки в 1 мин на один контрольный фильтр типа "Кембридж", применяемый для проведения физико-химических анализов табачных изделий [9, 10] .

При определении бенз[a] пирена использовали конденсат от пяти прокуренных через контрольный фильтр сигарет, который экстрагировали бензолом на ультразвуковой бане в течение 30 мин дважды. Полученный экстракт упаривали на роторном испарителе до 5 мл при 35^оС, далее 1 мл использовали для тонкослойной хроматографии с незакрепленным слоем окиси алюминия II степени по Брокману в системе гексан-бензол. После развития хроматограммы выделяли зону свечения бенз[a] пирена под ультрафиолетовой лампой и в полученной фракции определяли бенз[a] пирен на спектрофлуориметре Hitachi-850 (Япония) при температуре жидкого азота.

При определении канцерогенных летучих N-нитрозосоединений дым от 50 сигарет пропускали через две последовательно соединенные жидкостные ловушки с цитратно-фосфатным буфером (рН 4,5), содержащим 20 миллимоль (мМ) аскорбиновой кислоты. Поглотительный раствор экстрагировали хлористым метиленом (СH₂Cl₂), отделяли воду и экстракт 1 раз, далее экстрагировали 50 мл двухмолярным раствором щелочи (2 М NaOН) и доводили до объема 5 мл на водяной бане под током азота. Полученный раствор анализировали на газовом хроматографе "Цвет" с детектором термальной энергии ТЕА 502А (США), специфичным для летучих N-нитрозосоединений.

Анализ проводили при следующих условиях: температура колонки 150^оС, испарителя 225^оС, пиролизатора 470^оС. Колонка - стеклянная соответственно с длиной 2,5 и диаметром 4 мм, заполненная "Carbowax 20M" + 2% раствором щелочи (КОН), газ-носитель - аргон, скорость потока 40 мл/мин [12] .

При определении металлов дым от пяти сигарет прокуривали через "кембриджский" фильтр и экстрагировали на ультразвуковой бане. Полученный экстракт фильтровали через пористый керамический фильтр-воронку, затем омывали 2 раза 5 мл 5-нормальной (5N) азотной кислоты. Чистый и цельный экстракт, включая объем промывки, переливали в колбу Кьельдаля и упаривали нагреванием до влажных солей. Остаток разбавляли до 15 мл деионизированной водой и готовый раствор анализировали из плазменно-эмиссионном спектрометре JV-48 (фирма Jobin-Ivon, Франция).

Из результатов анализов видно (табл. 1), что наиболее эффективным является фильтр В как по способности поглощать смолу, никотин и окись углерода, так и по поглощению бенз[a] пирена.

Результаты испытаний фильтра В на поглотительную способность по канцерогенным летучим N-нитрозосоединениям и металлам приведены в табл. 2 и 3.

Из табл. 2 видно, что фильтр В эффективно поглощает канцерогенные металлы Ni - на 100% , Cd - на 99% , Cr - на 50% , As - на 89% .

Поглотительная способность фильтра (% ) вычисляется следующим образом.

Абсолютная разница между контрольным (А) и опытным значением (Б) делится на контрольное значение и умножается на 100% .

100%
Из табл. 3 видно, что фильтр В эффективно поглощает канцерогенные летучие N-нитрозосоединения по отношению к контрольному фильтру.

Высокая поглотительная и селективная способность лигнина к исследованным химическим соединениям объясняется следующими его особенностями химической и физической структуры, а также самим механизмом фильтрации табачного дыма.

Обычно считается, что в процессе фильтрации дыма участвуют два основных механизма: диффузия и прямое улавливание частиц дыма, размер которых находится в диапазоне 0,1 - 1,0 мкм.

Окись углерода, канцерогенные летучие N-нитрозосоединения находятся в дыме в состоянии газовой фазы и поэтому взаимодействуют со структурными элементами лигнина феруловой и кофейными кислотами, которые обладают высокой способностью ингибировать образование и реакцию нитрозирования, что и видно из табл. 3.

С другой стороны, имея большую поглотительную поверхность, лигнин эффективно поглощает ионы металлов, которые осаждаются на частичках дыма, поглощаемых прямым улавливанием частиц. Так как лигнин твердый сорбент, то он, естественно, создает падение давления, что, в свою очередь, увеличивает удаление смол из главной струи дыма.

По сравнению с известными фильтрами, предлагаемый фильтр для сигарет, выполненный из целлюлозного, ацетатцеллюлозного или ацетатного волокна с адсорбирующим лигнином, эффективно поглощает окись углерода, смолу, никотин, бенз[a] пирен, канцерогенные металлы и летучие N-нитрозосоединения.

Таким образом, предлагаемый фильтр, сохраняя вкусовые качества известных, сигарет, позволяет снизить риск заболевания злокачественными новообразованиями, связанными с курением.

Достоинством предложенного фильтра является также и то, что технология его изготовления довольно проста, так как введение лигнина осуществляется простым заполнением, выделенного для этой цели, объема фильтра, что снижает стоимость сигарет. (56) Патент Швейцарии N 526928, кл. A 24 C 5/48, 1972.

Использование: в табачной промышленности и может найти применение при изготовлении сигарет с фильтром. Сущность изобретения: фильтр для сигарет состоит из отдельных частей, выполненных из волокон органического полимера. Между этими частями размещен лигнин, являющийся адсорбирующим средством. 2 з. п. ф - лы, 3 табл.

1. ФИЛЬТР ДЛЯ СИГАРЕТ, состоящий из отдельных частей, выполненных из волокон органического полимера, и размещенного между этими частями адсорбирующего средства, отличающийся тем, что адсорбирующее средство представляет собой лигнин. 2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что длина фильтра, заполненная лигнином, составляет 1,5 - 2,5 мм. 3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из целлюлозного, ацетат-целлюлозного или ацетатного волокна.