СИГАРЕТНЫЙ ФИЛЬТР, СОДЕРЖАЩИЙ МИКРОКАПСУЛЫ Российский патент 2000 года по МПК A24D3/06 

Общеизвестно, что табачный дым содержит токсичные и мутагенные соединения, которые вызывают существенную заболеваемость и смертность курильщиков. К попыткам уменьшить количество токсичных и мутагенных соединений, которые поступают в организм курильщика, относится применение фильтров табачного дыма, расположенных между горящим табаком и курильщиком.

Обычные фильтры изготовлены из ацетилцеллюлозы с активированным углем или без него. Однако эти традиционные фильтры дают только частичный эффект при уменьшении количества токсичных и мутагенных соединений, попадающих в организм курильщика. Кроме того, отрицательным моментом является то, что обычные фильтры приводят к удалению ароматизирующих соединений, тем самым снижая их приемлемость для курильщика (SU 1834648 A3, 15.08.93).

Следовательно, существует потребность в улучшенном фильтре для курительного изделия, который более полно удаляет токсичные и мутагенные соединения из табачного дыма. Кроме того, существует потребность в улучшенном фильтре, который обеспечивает возможность пропускания ароматизирующих соединений при одновременном удалении в значительной степени токсичных и мутагенных соединений из табачного дыма. Такой улучшенный фильтр предпочтительно должен быть простым и недорогим в изготовлении и удобным в использовании.

Настоящее изобретение направлено на разработку фильтра для табачного дыма, который отвечает данным требованиям. В варианте осуществления фильтр содержит пористый субстрат, содержащий гигроскопичное вещество (сиккатив), такое как пироглутамат натрия, диспергированный в субстрате. Гигроскопичное вещество поглощает влагу из табачного дыма и, таким образом, способствует фильтрации влаги из табачного дыма в процессе использования.

В другом отношении настоящее изобретение направлено на разработку фильтра для табачного дыма, содержащего пористый субстрат, имеющий диспергированные в нем микрокапсулы. Микрокапсулы содержат сердцевину и оболочку. Оболочка содержит гигроскопичное вещество, предпочтительно пироглутамат натрия. Кроме того, оболочка предпочтительно содержит метилцеллюлозу. Сердцевина предпочтительно содержит хлорофиллин. Кроме того, сердцевина предпочтительно содержит по меньшей мере одно растительное масло.

Фильтры по изобретению могут дополнительно содержать по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество или по меньшей мере одно вещество, которое способствует удалению токсичных и мутагенных соединений из табачного дыма.

Фильтры по изобретению могут быть предусмотрены сами по себе или в сочетании с курительными изделиями, имеющими табачное содержимое, такими как сигарета, сигара или трубка.

Эти и другие признаки изобретения будут более понятны из нижеследующего описания и формулы изобретения.

В соответствии с одним объектом изобретения разработан фильтр табачного дыма. В предпочтительном варианте осуществления фильтр прикреплен к курительному изделию, имеющему табачное содержимое, такому как сигарета, сигара или трубка.

Фильтр содержит пористый субстрат и по меньшей мере одно гигроскопичное вещество. Пористый субстрат может представлять собой любой нетоксичный материал, пригодный для использования в фильтрах курительных изделий, который также пригоден для введения в него гигроскопичного вещества. Такие материалы включают в себя целлюлозное волокно, такое как ацетат целлюлозы, хлопок, древесную целлюлозу и бумагу; и сложные полиэфиры, полиолефины, ионообменные материалы и другие материалы, что понятно специалисту в контексте данного описания.

Гигроскопичное вещество способно поглощать влагу из табачного дыма и выделять ее в пористый субстрат таким образом, что при этом происходит фильтрация влаги табачного дыма, проходящего через фильтр. В предпочтительном варианте осуществления гигроскопичное вещество присутствует в количестве от около 5 до около 60% от массы фильтра в сухом состоянии.

Гигроскопичное вещество может быть любым пригодным для этой цели веществом. Например, его можно выбрать из группы, состоящей из глицерина, сорбита, пропиленгликоля, лактата натрия, хлорида кальция, фосфата калия, пирофосфата натрия или полифосфата натрия, цитрата кальция, глюконата кальция, цитрата калия, глюконата калия, тартрата натрия, виннокислого калий-натрия и глутамата натрия.

В предпочтительном варианте осуществления гигроскопичное вещество, вводимое в фильтр, представляет собой пироглутамат натрия (также известный как 2-пирролидон-5-карбоксилат натрия или NaPCA). Рационально то, что пироглутамат натрия является нетоксичным соединением, эффективно удаляющим заряженные частицы из табачного дыма и действующим как поглотитель влаги в диапазоне температур табачного дыма. Кроме того, это вещество безвредное, устойчивое, простое в изготовлении и удобное в использовании. Пироглутамат натрия имеет следующую структуру:

Фильтры по изобретению просты и недороги в изготовлении. При одном способе изготовления приготавливают раствор, содержащий гигроскопичное вещество, такое как пироглутамат натрия. Затем смачивают пористый субстрат раствором. После этого смоченный субстрат высушивают, оставляя остаток гигроскопичного вещества диспергированным в пористом субстрате или на пористом субстрате.

Эти и другие преимущества изобретения иллюстрируются нижеприведенным сравнительным примером.

Пример 1. Сравнение эффективности между обычным фильтром табачного дыма, фильтрующим влагу фильтром табачного дыма, содержащим пироглутамат натрия, и коммерческим фильтрующим влагу фильтром табачного дыма.

Были испытаны три типа фильтров для оценки сравнительной эффективности при удалении смолы из сигаретного дыма:
1) обычный фильтр из ацетата целлюлозы ("Cell-Ac");
2) фильтрующий влагу фильтр табачного дыма, содержащий ацетат целлюлозы с пироглутаматом натрия ("SoPyro") по изобретению;
3) коммерческий фильтрующий влагу фильтр табачного дыма ("Aquafilter").

Фильтры из ацетата целлюлозы, содержащие пироглутамат натрия, были подготовлены следующим образом. Cначала извлекали целлюлозные волокна из имеющихся в продаже сигарет. Волокна весили приблизительно 0,21 г. Затем в каждый фильтр добавляли приблизительно 0,5 мл 10%-ного раствора пироглутамата натрия, и фильтр сушили до утра при температуре 60^oC.

Обычный фильтр из ацетата целлюлозы и фильтры из ацетата целлюлозы, содержащие пироглутамат натрия, взвешивали и вставляли в отрезок длиной 3,75 см (1,5 дюйма) трубки из поликарбоната, имеющий внутренний диаметр, идентичный наружному диаметру стандартной сигареты. В один конец трубки из поликарбоната вблизи от одного конца фильтра вставляли сигарету без фильтра, имеющую 0,85 г табака. Другой конец трубки из поликарбоната был прикреплен к трубке, соединенной с всасывающим насосом. Были испытаны по два образца каждого типа фильтра. Фильтры для удаления влаги (аквафильтры), использованные в данном эксперименте, также прикрепляли к сигарете без фильтра, имеющей 0,85 г табака, и затем прикрепляли к трубке, соединенной с всасывающим насосом.

Сигареты с фильтрами зажигали, и они подвергались прерывистому всасывающему воздействию, имитирующему вдыхание сигаретного дыма, до тех пор пока сигарета не сгорала до длины, составляющей до 0,5 дюйма (12,7 мм) от незажженного конца. Фильтры удаляли или из трубки, изготовленной из поликарбоната, или из фильтра для удаления влаги (аквафильтра), взвешивали и помещали в 10 мл метанола для элюирования смолы и других веществ дыма, захваченных в фильтре. В качестве указателя количества компонентов дыма, захваченных фильтрами, использовали спектральную поглотительную способность (при длине волны 350 нм) этаноловых элюатов из фильтра. Также фиксировали массу, которую приобретали фильтры во время пропускания дыма. Результаты испытания представлены в таблице.

На основании данных о спектральной поглотительной способности можно сделать вывод, что фильтры по изобретению (испытания 3 и 4) существенно более эффективны по сравнению с обычными фильтрами из ацетата целлюлозы без гигроскопичного вещества (испытания 1 и 2), а также более эффективны по сравнению с Aquafilter (фильтрующим влагу фильтром).

Другой объект изобретения также касается фильтра табачного дыма, содержащего пористый субстрат, имеющий микрокапсулы, диспергированные в нем. Микрокапсулы предпочтительно включают в себя внутреннюю сердцевину и наружную оболочку.

Сердцевина микрокапсул содержит по меньшей мере одно растительное масло. Пригодные растительные масла включают в себя по меньшей мере одно масло, выбранное из группы, состоящей из касторового масла, хлопкового масла, кукурузного масла, подсолнечного масла, кунжутного масла, соевого масла и рапсового масла. Предпочтительно растительное масло представляет собой сафлоровое масло. Пригодны также и другие масла, что будет понятно специалисту в контексте данного описания. В предпочтительном варианте растительное масло присутствует в количестве от примерно 20 до примерно 80% массы микрокапсул в сухом состоянии, и более предпочтительно - от примерно 30 до примерно 70% массы микрокапсул в сухом состоянии.

В предпочтительном варианте сердцевина микрокапсул также содержит хлорофиллин. При наличии хлорофиллина он предпочтительно присутствует в количестве от примерно 1 до примерно 10% массы микрокапсул в сухом состоянии и более предпочтительно - от примерно 2 до примерно 5% массы микрокапсул в сухом состоянии.

Оболочка микрокапсул содержит гигроскопичное вещество. В предпочтительном варианте гигроскопичное вещество представляет собой пироглутамат натрия, хотя можно использовать и другие влагопоглотители, что будет понятно специалисту в контексте данного описания. В предпочтительном варианту гигроскопичное вещество, такое как пироглутамат натрия, присутствует в количестве от примерно 10 до примерно 90% массы микрокапсул в сухом состоянии и более предпочтительно - от примерно 20 до примерно 70% массы микрокапсул в сухом состоянии.

В другом предпочтительном варианте оболочка микрокапсул также содержит метилцеллюлозу. В предпочтительном варианте осуществления метилцеллюлоза присутствует в количестве от примерно 5 до примерно 30% массы микрокапсул в сухом состоянии и более предпочтительно - от примерно 10 до примерно 25% массы микрокапсул в сухом состоянии.

В еще одном предпочтительном варианте оболочка микрокапсул также содержит полимерное вещество, такое как поливиниловый спирт или поливинилпирролидон, или может содержать как поливиниловый спирт, так и поливинилпирролидон в дополнение к метилцеллюлозе или вместо метилцеллюлозы. В предпочтительном варианте осуществления полимерное вещество присутствует в количестве от примерно 2 до примерно 30% массы микрокапсул в сухом состоянии и более предпочтительно - от примерно 5 до примерно 20% массы микрокапсул в сухом состоянии.

Соединения, используемые в составе микрокапсул в соответствии с настоящим изобретением, доступны из различных источников, известных специалистам в данной области, например, таких, как Sigma Chemical Co., St Louis, Миссури, США.

Микрокапсулы, пригодные для использования в настоящем изобретении, могут быть изготовлены в соответствии с различными способами, известными специалистам в данной области. Например, микрокапсулы по изобретению могут быть получены путем соединения 200 г растительного масла с 500 г водной суспензии, содержащей 25 г метилцеллюлозы с низкой вязкостью, 5 г хлорофиллина, 50 г пироглутамата натрия и 150 г кукурузного крахмала в воде. Смесь подвергают эмульгированию и распылительной сушке для образования микрокапсул.

Микрокапсулы по изобретению могут быть получены способами распылительной сушки в месте расположения предприятия для производства сигарет путем распыления на полосы жгута волокна для получения фильтра из ацетата целлюлозы, перед тем как жгут преобразуется в цилиндрические фильтры. Альтернативно соответствующие микрокапсулы могут быть изготовлены предварительно и добавлены к полосам жгута фильтра из ацетата целлюлозы путем капания микрокапсулы на жгут с помощью вибрирующего котла или другими способами, что понятно специалисту в контексте данного описания.

Для специалиста в данной области очевидно преимущество, заключающееся в том, что производство фильтров, содержащих микрокапсулы по изобретению, потребует лить незначительной модификации обычного оборудования для производства сигарет с фильтром. Кроме того, изготовление фильтров, содержащих микрокапсулы по изобретению, требует лишь незначительного увеличения затрат по сравнению с изготовлением обычных фильтров.

При использовании гигроскопичная часть микрокапсул захватывает влагу из табачного дыма, проходящего через фильтр. Особо предпочтительным является пироглутамат натрия, поскольку его можно вносить в фильтр в сухом виде.

При наличии масла в микрокапсулах масляная часть микрокапсул захватывает (улавливает) определенные вредные летучие соединения типа пиридина, не препятствуя потоку соединений, создающих вкус и запах. При наличии хлорофиллина он представляет собой сильный инактиватор канцерогенных составляющих табачного дыма.

Часть микрокапсул, представляющая собой метилцеллюлозу, придает структурную прочность (стабильность) микрокапсулам, но она диспергируется при нагреве и при воздействии на нее влагой. В отличие от наиболее широко используемых придающих вязкость веществ метилцеллюлоза осаждается из водных растворов. Кроме того, она растворима при более низких температурах по сравнению с наиболее широко используемыми придающими вязкость веществами.

Когда фильтры табачного дыма по изобретению, включающие в себя микрокапсулы, содержащие оболочку из пироглутамата натрия и метилцеллюлозы и сердцевину из растительного масла и хлорофиллина, фильтруют табачный дым, микрокапсулы улавливают тепло и влагу из табачного дыма. Метилцеллюлоза осаждается в волокнистый материал, который приводит к увеличению эффективной площади поверхности, пригодной для фильтрации влаги из табачного дыма. Это позволяет влаге, удерживаемой пироглутаматом натрия, быстро диспергировать в фильтрующий материал. Хлорофиллин разделяется примерно равномерно между водной и масляной средой, обеспечивая возможность повышенной инактивации токсичных и мутагенных соединений табачного дыма, присутствующих в виде макрочастиц или в виде пара, при этом степень инактивации больше по сравнению с той ситуацией, когда хлорофиллин имеется только в одной фазе.

В соответствии с еще одним объектом изобретения разработан фильтр для сигарет, содержащий фталоцианин-трисульфонат меди. Это соединение может быть добавлено непосредственно в фильтры табачного дыма. В альтернативном варианте фталоцианин-трисульфонат меди может быть введен в фильтр для табачного дыма в качестве ковалентно связанного лиганда для хлопка, такого как "голубой хлопок", или для искусственного волокна или другого пригодного материала. Также в альтернативном варианте фталоцианин-трисульфонат меди может быть добавлен к фильтрам табачного дыма по другим вариантам осуществления настоящего изобретения. В предпочтительном варианте осуществления фталоцианин-трисульфонат меди присутствует в количестве от примерно 0,1 до примерно 5% массы фильтра в сухом состоянии, будучи свободным или ковалентно связанным. В особенно предпочтительном варианте осуществления фталоцианин-трисульфонат меди присутствует в количестве от примерно 1 до примерно 3% массы фильтра в сухом состоянии. При использовании это соединение служит для удаления токсичных и мутагенных соединений, имеющихся в табачном дыме, таких как канцерогенные полициклические ароматические углеводороды.

В еще одном предпочтительном варианте осуществления фильтры по изобретению дополнительно содержат по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество, предназначенное для повышения эффективности фильтрации влаги из табачного дыма. В особо предпочтительном варианте осуществления поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от примерно 0,1 до примерно 10% и более предпочтительно - от примерно 0,1 до примерно 2% массы фильтра.

Поверхностно-активное вещество предпочтительно является нетоксичным и может включать в себя один или более из следующих классов соединений: (1) полиоксиалкиленовое производное сорбитанового сложного эфира жирной кислоты; (2) жирнокислотный простой моноэфир полигидроксиспирта, или (3) жирнокислотный диэфир полигидроксиспирта, хотя можно использовать и другие пригодные поверхностно-активные вещества, что очевидно для специалиста в данной области. К примерам пригодных поверхностно-активных веществ относятся этоксилаты, сложные эфиры карбоновых кислот, глицериновые эфиры, полиоксиэтиленовые сложные эфиры, сложные эфиры безводного сорбита, этоксилированные сложные эфиры безводного сорбита, этоксилированные натуральные жиры, масла и парафины, гликольные сложные эфиры жирных кислот, амиды полиоксиэтиленовых жирных кислот, полиалкиленоксидные блок-сополимеры и сополимер оксиэтилена и оксипропилена. Можно использовать и другие пригодные поверхностно-активные вещества, что очевидно для специалиста в данной области в контексте данного описания.

Фильтр дополнительно может включать в себя другие вещества, которые фильтруют или инактивируют токсичные или мутагенные соединения из табачного дыма. К примерам таких веществ относятся антиоксиданты и поглотители радикалов, такие как глутатион, цистеин, N-ацетилцистеин, mesna, аскорбат и N, N'-дифенил-p-фенилдиамин; альдегидные инактиваторы, такие как ен-диольные соединения, амины и аминотиолы; уловители нитрозоаминов и инактиваторы канцерогенных соединений, такие как ионообменные смолы, хлорофилл, хлорофиллин, фталоцианин-трисульфонат меди; и уловители никотина, такие как дубильная кислота и другие органические кислоты. Можно использовать и другие пригодные вещества, что очевидно для специалиста в данной области в контексте данного описания. В особо предпочтительном варианте осуществления другие вещества присутствуют в количестве от примерно 0,1 до примерно 10% и более предпочтительно от примерно 0,1 до примерно 2% массы фильтра.

Кроме того, фильтры по изобретению предпочтительно выполняют с наружным окружным влагонепроницаемым защитным слоем или кожухом для предотвращения смачивания пальцев курильщика. Такой защитный слой может быть изготовлен из полимерного материала, такого как сополимер этилена и винилацетата, полипропилен или найлон, как очевидно для специалистов в данной области.

Фильтры по изобретению могут быть выполнены в сочетании с сигаретами или сигарами, или другими изделиями для курения, содержащими сеченый табак, при этом фильтры прикреплены к одному концу изделия для курения. Фильтр также может быть предусмотрен сам по себе в таком виде, в каком он пригоден для крепления к сигарете, сигаре, трубке или другому изделию для курения.

Несмотря на то что изобретение подробно рассмотрено со ссылкой на определенные предпочтительные варианты его осуществления, возможны и другие варианты осуществления. Следовательно, объем изобретения не ограничен представленными здесь предпочтительными вариантами осуществления.

Фильтр табачного дыма содержит пористый субстрат, включающий диспергированные в нем микрокапсулы. Микрокапсулы содержат гигроскопичное вещество, такое как пироглутамат натрия. Кроме того, микрокапсулы предпочтительно содержат одно или более из веществ группы, состоящей из метилцеллюлозы, хлорофиллина, и по меньшей мере, одного растительного масла. Повышается инактивация токсичных и мутагенных соединений табачного дыма. 4 с. и 13 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Фильтр табачного дыма, содержащий пористый субстрат, содержащий диспергированные в нем микрокапсулы, которые имеют сердцевину и оболочку, причем оболочка содержит пироглутамат натрия. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что микрокапсула дополнительно содержит хлорофиллин. 3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что микрокапсулы дополнительно содержат метилцеллюлозу. 4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что микрокапсулы дополнительно содержат растительное масло. 5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что сердцевина дополнительно содержит растительное масло и хлорофиллин. 6. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что оболочка дополнительно содержит еще метилцеллюлозу. 7. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что сердцевина содержит растительное масло и хлорофиллин, а оболочка дополнительно содержит метилцеллюлозу. 8. Курительное изделие с фильтром по п.1, прикрепленным к табачному корпусу. 9. Фильтр табачного дыма, содержащий пористый субстрат, содержащий диспергированные в нем микрокапсулы, имеющие сердцевину и оболочку, причем оболочка содержит метилцеллюлозу. 10. Фильтр по п. 9, отличающийся тем, что микрокапсула дополнительно содержит хлорофиллин. 11. Фильтр по п. 9, отличающийся тем, что микрокапсулы дополнительно содержат еще пироглутамат натрия. 12. Фильтр по п. 9, отличающийся тем, что микрокапсулы дополнительно содержат еще растительное масло. 13. Фильтр по п.9, отличающийся тем, что сердцевина содержит растительное масло и хлорофиллин. 14. Фильтр по п.9, отличающийся тем, что оболочка дополнительно содержит пироглутамат натрия. 15. Фильтр по п.9, отличающийся тем, что сердцевина содержит растительное масло и хлорофиллин, а оболочка дополнительно содержит пироглутамат натрия. 16. Фильтр по п.9, отличающийся тем, что гигроскопичное вещество представляет собой пироглутамат натрия. 17. Курительное изделие с фильтром по п.9, прикрепленным к табачному корпусу.