Предпосылки к созданию изобретения
Известно, что табачный дым содержит мутагенные и канцерогенные соединения, которые служат основной причиной заболеваний курильщиков. В качестве примеров таких веществ можно привести полициклические ароматические углеводороды (РАН) и нитрозамины. Представляется, что полициклические ароматические углеводороды создают токсичность за счет вставки в ДНК молекулы. Нитрозамины представляют собой электрофильные, алкилирующие агенты, которые являются сильнодействующими канцерогенами. Нитрозамины отсутствуют в свежих или зеленых табаках и не образуются во время горения. Они образуются за счет реакций с участием свободных нитратов во время обработки и хранения табака, или после вдыхания, за счет метаболической активности вторичных аминов, присутствующих в табачном дыме.
Для снижения количества токсичных и мутагенных соединений, которые может получать курильщик, уже предложены фильтры табачного дыма, установленные между горящим табаком и курильщиком. Обычные фильтры делают из ацетата целлюлозы с активированным углем или без него. Однако эти обычные фильтры обладают только ограниченной эффективностью в снижении количества токсичных и мутагенных соединений, получаемых курильщиком. Более того, обычные фильтры неблагоприятным образом удаляют ароматизирующие вещества, что снижает приемлемость таких фильтров для курильщика.
Кроме того, курильщики табака стремятся регулировать свою дозу никотина, чтобы получать такое же количество никотина от табачных изделий с низким содержанием никотина, за счет вдыхания большего количества дыма, как и в случае использования табачных изделий с высоким содержанием никотина. Следовательно, курильщики табака будут потенциально получать большее количество некоторых канцерогенов в случае использования табачных изделий с низким содержанием никотина, чем в случае использования табачных изделий с высоким содержанием никотина.
В связи с изложенным, существует необходимость в создании улучшенного фильтра для устройства для курения, которое позволяет главным образом полностью удалять токсичные и мутагенные соединения из табачного дыма. Более того, существует необходимость в создании улучшенного фильтра, который допускает (обеспечивает) прохождение ароматических веществ, однако главным образом удаляет токсичные и мутагенные соединения из табачного дыма. Кроме того, существует необходимость в создании улучшенного фильтра, который повышает отношение никотина к мутагенным соединениям. Такой улучшенный фильтр преимущественно должен быть простым и дешевым в изготовлении, а также удобным в использовании.
Краткое изложение изобретения.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается фильтр табачного дыма, который содержит один или несколько фталоцианинов металла, и который дополнительно содержит один или несколько поликатионоактивных полимеров. В одном из вариантов один или несколько фталоцианинов металла представляют собой фталоцианин меди. В соответствии с предпочтительным вариантом фталоцианин меди выбран из группы, в которую входят красители C.I.Reactive Blue 21 dye и ORCO Turquoise Blue GGX dye. В соответствии с предпочтительным вариантом один или несколько фталоцианинов металла представляют собой фталоцианин железа, такой как железный аналог красителя C.I.Reactive Blue 21 dye.
В соответствии с другим вариантом один или несколько поликатионоактивных полимеров имеют катионоактивный компонент, который содержит одну или несколько первичных или вторичных аминогрупп. В соответствии с предпочтительным вариантом один или несколько поликатионоактивных полимеров выбраны из группы, в которую входят поли(пропиленимин), поливиниламин, поли(2-этилазиридин), поли(2,2-диметилазиридин) и поли(2,2-диметил-3-n-пропилазиридин), а также их комбинации. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом один или несколько поликатионоактивных полимеров представляют собой полиэтиленимин (PEI).
В соответствии с предпочтительным вариантом один или несколько поликатионоактивных полимеров имеют молекулярный вес, превышающий ориентировочно 1000 дальтон. В соответствии с другим предпочтительным вариантом один или несколько поликатионоактивных полимеров имеют молекулярный вес ориентировочно от 1000 до 100000 дальтон. В соответствии с предпочтительным вариантом фильтр дополнительно содержит целлюлозу, которая главным образом не имеет ацетата целлюлозы.
В соответствии с предпочтительным вариантом один или несколько фталоцианинов металла представляют собой фталоцианин меди, а поликатионоактивный полимер представляет собой полиэтиленимин. В соответствии с другим предпочтительным вариантом один или несколько фталоцианинов металла представляют собой фталоцианин железа, а поликатионоактивный полимер представляет собой полиэтиленимин.
В соответствии с одним из вариантов фильтр табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержит одну или несколько рН-модифицирующих фильтрующих добавок, других чем поликатионоактивный полимер. В соответствии с другим вариантом одна или несколько рН-модифицирующих фильтрующих добавок представляют собой неорганическую соль, такую как карбонат натрия, карбонат кальция, фосфат натрия, фосфат кальция или катионообменную смолу. В соответствии с другим вариантом фильтр табачного дыма дополнительно содержит хитин.
В соответствии с одним из вариантов один или несколько фталоцианинов металла и один или несколько поликатионоактивных полимеров диспергированы во всем объеме фильтра главным образом равномерно. В соответствии с другим вариантом фильтр табачного дыма содержит первый сегмент и второй сегмент, причем первый сегмент содержит один или несколько фталоцианинов металла и один или несколько поликатионоактивных полимеров, а второй сегмент главным образом не содержит фталоцианина металла и поликатионоактивного полимера. В соответствии с другим вариантом фильтр табачного дыма содержит первый сегмент, второй сегмент и третий сегмент, причем первый сегмент содержит один или несколько фталоцианинов металла, но главным образом не содержит поликатионоактивного полимера, второй сегмент содержит один или несколько фталоцианинов металла и один или несколько поликатионоактивных полимеров, а третий сегмент содержит один или несколько поликатионоактивных полимеров, но главным образом не содержит фталоцианина металла.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для курения, которое содержит фильтр табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ фильтрации табачного дыма, который предусматривает использование устройства для курения в соответствии с настоящим изобретением, зажигание массы измельченного (резаного) табака, таким образом, что дым проходит через массу табака и поступает в фильтр, и пропускание дыма через фильтр, в результате чего осуществляется фильтрация дыма.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ изготовления устройства для курения, который предусматривает использование фильтра табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением, и прикрепление фильтра к массе (столбику) измельченного табака. В соответствии с одним из вариантов способ дополнительно предусматривает распыление раствора одного или нескольких поликатионоактивных полимеров на материал, из которого сделан фильтр табачного дыма, причем концентрация поликатионоактивного полимера в растворе составляет ориентировочно от 0.5 до 50%. В соответствии с другим вариантом способ дополнительно предусматривает распыление раствора одного или нескольких поликатионоактивных полимеров на материал, из которого сделан фильтр табачного дыма, причем концентрация поликатионоактивного полимера в растворе составляет ориентировочно от 1 до 10%. В соответствии с другим вариантом фильтр табачного дыма содержит бумагу, сделанную из целлюлозной (волокнистой) массы, причем способ дополнительно предусматривает добавку поликатионоактивного полимера в целлюлозную массу, до раскладки волокнистой массы на сетках (ситах) для приготовления бумаги.
Подробное описание изобретения
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается фильтр табачного дыма. Фильтр может быть использован в комбинации с сигаретами или сигарами, или с другими устройствами для курения, которые содержат измельченный табак. Фильтр преимущественно закреплен на одном конце устройства для курения и расположен таким образом, что дым, полученный из табака, поступает в фильтр ранее его приема курильщиком. Фильтр может быть также выполнен изолированным, в виде, подходящем для прикрепления к сигарете, сигаре, трубке или к другому устройству для курения.
Фильтр в соответствии с настоящим изобретением преимущественно позволяет удалять существенную пропорцию мутагенных и канцерогенных веществ из сигаретного (табачного) дым. Фильтр также благоприятным образом позволяет сохранять или улучшать аромат дыма, сохранять содержание никотина и характеристики затягивания. Фильтр является приемлемым для пользователя, так как он имеет малые размеры и не является таким непривлекательным, как серийные фильтры, которые соединяют с концами предварительно изготовленных сигарет. Кроме того, фильтры в соответствии с настоящим изобретением могут быть сделаны из дешевых, безопасных и эффективных компонентов, причем их изготовление связано только с незначительными модификациями стандартного оборудования для производства сигарет.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения фильтр содержит пористую основу. Пористая основа может быть сделана из любого нетоксичного материала, подходящего для использования в фильтрах для устройств для курения, которые также годятся для введения других веществ в соответствии с различными вариантами настоящего изобретения. Такие пористые основы содержат целлюлозное волокно, такое как ацетат целлюлозы, вата, древесная масса и бумага; а также полиэфиры, полиолефины, ионообменные материалы и другие материалы, что легко поймут специалисты в данной области.
Использованный здесь термин "содержит" и его вариации, такие как "содержащий" и "содержат", не исключают использование других добавок, компонентов, целых величин или операций способа.
Фильтр, содержащий гигроскопическое вещество (увлажнитель)
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения фильтр содержит один или несколько увлажнителей, с другими раскрытыми здесь веществами или без них. Увлажнитель может поглощать влагу из табачного дыма и выделять ее в пористую основу для того, чтобы увлажнять табачный дым, который проходит через фильтр. Среди других преимуществ, следует отметить, что системы фильтрации с увлажнением в соответствии с настоящим изобретением содействуют удалению твердых частиц из табачного дыма и могут быть сделаны в виде единого целого с содержащим табак изделием.
Увлажнителем может быть любой подходящий увлажнитель. Например, увлажнитель может быть выбран из группы, в которую входят глицерин, сорбит, пропиленгликоль, лактат натрия, хлорид кальция, фосфат калия, пирофосфат натрия или полифосфат натрия, цитрат кальция, глюконат кальция, цитрат калия, глюконат калия, тартрат натрия, тартрат натрия и калия, и глюконат натрия.
В соответствии с предпочтительным вариантом увлажнитель, который вводят в фильтр, представляет собой пироглутамат натрия (известный также как натрий 2-пирролидон-5-карбоксилат или NaPCA). Пироглутамат натрия преимущественно является нетоксичным, эффективным при удалении заряженных частиц из табачного дыма и функционирующим как увлажнитель в диапазоне температур табачного дыма. Более того, он является безопасным, стабильным, простым в изготовлении и удобным для использования. Пироглутамат натрия имеет следующую структуру:
Фильтры в соответствии с настоящим изобретением являются простыми и дешевыми в изготовлении. В одном из способов их изготовления приготавливают раствор, который содержит увлажнитель, такой как пироглутамат натрия. Затем пористую основу смачивают этим раствором. После этого смоченную основу сушат, оставляя остаток увлажнителя диспергированным на пористой основе или в ее объеме. В соответствии с предпочтительным вариантом увлажнитель присутствует в количестве ориентировочно от 5 до 60%, в пересчете на сухой вес фильтра.
Эффективность фильтра табачного дыма, содержащего пироглутамат натрия в соответствии с настоящим изобретением, проверяют следующим образом.
Была проведена проверка относительной эффективности удаления смолы из сигаретного дыма при помощи следующих трех типов фильтров:
1) Обычный фильтр из ацетата целлюлозы ("Cell-Ac");
2) Фильтр табачного дыма с фильтрацией с увлажнением, содержащий ацетат целлюлозы с пироглутаматом натрия ("SoPyro") в соответствии с настоящим изобретением; и
3) Серийный фильтр табачного дыма с фильтрацией с увлажнением (Аквафильтр®, производитель фирма Aquafilter Corp.).
Фильтры из ацетата целлюлозы, содержащие пироглутамат натрия, были приготовлены путем первоначального удаления целлюлозных фильтров из имеющихся в продаже сигарет. Волокна весили ориентировочно 0.21 г. Затем наносили ориентировочно 0.5 мл 10% по весу раствора пироглутамата натрия на каждый фильтр, и фильтр сушили в течение ночи при 60°С.
Обычный фильтр из ацетата целлюлозы и фильтры из ацетата целлюлозы, которые содержат пироглутамат натрия, были взвешены и введены в 40 мм сегмент поликарбонатной трубки, имеющей внутренний диаметр, идентичный внешнему диаметру стандартной сигареты. Сигарета без фильтра, которая содержит 0.85 г табака, была вставлена в один конец поликарбонатной трубки, в непосредственной близости от одного из концов фильтра. Другой конец поликарбонатной трубки был присоединен к трубке, соединенной со всасывающим насосом. Были проверены также дубликаты каждого типа фильтра. Каждый Аквафильтр®, использованный в этом испытании, был также прикреплен к сигарете без фильтра, которая содержит 0.85 г табака, и затем присоединен к трубке, соединенной со всасывающим насосом.
Сигареты с фильтром зажигали и включали прерывистый отсос, имитирующий затяжки курильщика сигаретным дымом, пока сигарета не догорала до точки, находящейся на расстоянии 12.5 мм от не горящего конца. Затем удаляли фильтры из поликарбонатной трубки или из Аквафильтра®, взвешивали и помещали в 10 мл метанола для элюирования (перевода в раствор) смолы и других веществ из дыма, которые были задержаны в фильтре. Поглощение света (на длине волны 350 нм) полученными элюатами использовали как показатель количества компонентов дыма, задержанных на фильтрах. Регистрировали также увеличение веса фильтров за счет прохождения дыма. Результаты испытаний приведены в Таблице 1.
На основании данных поглощения можно сделать вывод о том, что фильтры в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения (Тесты 3 и 4) являются существенно более эффективными, чем обычные фильтры из ацетата целлюлозы без увлажнителя (Тесты 1 и 2), а также более эффективными, чем Аквафильтр® (Тесты 5 и 6).
Фильтр, содержащий сухую воду
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается фильтр для фильтрации с увлажнением табачного дыма, который содержит "сухую воду," с другими раскрытыми здесь веществами или без них. Сухая вода представляет собой комбинацию метилированного диоксида кремния и воды. В соответствии с одним из вариантов метилированный диоксид кремния присутствует в количестве ориентировочно от 5 до 40%, а вода присутствует в количестве ориентировочно от 60 до 95% по весу. В соответствии с предпочтительным вариантом метилированный диоксид кремния присутствует в количестве около 10%, а вода присутствует в количестве около 90% по весу. Сухая вода преимущественно имеет хорошую растворимость при ее использовании в фильтре в соответствии с настоящим изобретением. Более того, она является дешевой, нетоксичной и безвредной для окружающей среды.
В соответствии с предпочтительным вариантом сухая вода присутствует в количестве ориентировочно от 1% до 20% по весу фильтра. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом сухая вода присутствует в количестве ориентировочно от 5% до 10% по весу фильтра.
Сухая вода, предназначенная для использования в соответствии с настоящим изобретением, может быть приготовлена, например, за счет взбалтывания избытка воды с метилированным диоксидом кремния в закрытом контейнере, пока не будет получена равновесная эмульсия. Избыток воды сливают и добавляют сушильный агент, такой как не производный диоксид кремния, в количестве, эквивалентном 10% количества метилированного диоксида кремния в эмульсии. Затем эмульсию дополнительно взбалтывают для диспергирования сушильного агента.
Одна из проблем, связанных с использованием сухой воды в фильтре табачного дыма, заключается в том, что если сухая вода присутствует в виде сплошного слоя между табаком и курильщиком, то она стремится забивать поры в фильтре, в результате чего повышается сопротивление воздушному потоку и снижается удовольствие от курения. Для решения этой проблемы, в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения предлагается перемешивать сухую воду с рыхлым волокнистым материалом. Этот дополнительный волокнистый материал позволяет уменьшить плотность упаковки частиц диоксида кремния в материале фильтра при затяжке курильщика. В качестве примеров такого материала можно привести целлюлозу или ацетат целлюлозы, имеющие достаточно короткую длину волокон, что позволяет сухой воде действовать как текучий порошок. В соответствии с предпочтительным вариантом длина волокон составляет ориентировочно меньше, чем 1 мм. В соответствии с предпочтительным вариантом фильтр табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением содержит также порфирин, как это обсуждается далее более подробно, в дополнение к сухой воде. Например, фильтр табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением содержит секцию длиной ориентировочно от 3 мм до 6 мм, заполненную сухой водой, хлорофиллином и целлюлозой, внутри фильтра или на дистальном конце фильтра, между обычным материалом фильтра и табаком. Табачный дым в таком фильтре проходит через сухую воду и порфирин, причем канцерогенные компоненты дыма задерживаются в слое сухой воды и хлорофиллина.
Фильтр табачного дыма в соответствии с этим аспектом настоящего изобретения может быть сделан при помощи добавления смеси сухой воды и порфирина во время изготовления фильтра, или может быть сделан за счет введения указанной смеси в фильтр или в промежуток между табаком и обычным фильтром. Смесь сухой воды и порфирина может быть введена в осевой конец фильтра или через боковую стенку устройства для курения, например, через канюлю, прикрепленную к устройству для инжекции. Устройство для инжекции преимущественно дозирует количество материала, поступающее при каждом введении.
Альтернативно, смесь сухой воды и порфирина может содержаться в удлинителе фильтра, предназначенном для прикрепления курильщиком к обычному устройству для курения, такому как стандартная сигарета, или к сигаретному фильтру. Удлинитель фильтра содержит слой сухой воды и порфирина, и преимущественно волокнистый материал в виде матрицы. Удлинитель фильтра дополнительно содержит гильзу, которая вытянута по оси вперед и служит для надевания на проксимальный конец устройства для курения. Эта гильза ограничена пористым удерживающим элементом, который удерживает сухую воду и порфирин внутри удлинителя фильтра. Гильза преимущественно дополнительно содержит участок материала обычного фильтра, так что, после соединения с устройством для курения, удлинитель фильтра и устройство для курения выглядят главным образом как обычное устройство для курения.
Фильтры, содержащие фталоцианин металла с катионоактивным полимером или без него
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается сигаретный фильтр, который содержит один или несколько фталоцианинов металла, таких как, например, порфирин, такой как хлорофилл, с другими раскрытыми здесь веществами или без них. Фталоцианин металла преимущественно представляет собой содержащий железо порфирин или содержащий медь порфирин, такой как хлорофиллин и трисульфонат фталоцианин меди (фталоцианин меди, фталоцианат меди).
Порфирины представляют собой планарные соединения, которые инактивируют различные классы мутагенных и канцерогенных соединений. Порфирины инактивируют планарные мутагенные и канцерогенные соединения в первую очередь за счет связывания канцерогена с планарной структурой порфирина в результате гидрофобных взаимодействий. Следовательно, порфирины идеально поддерживаются в водной среде и оптимально поглощают канцерогены табачного дыма. Кроме того, порфирины инактивируют канцерогены за счет связывания полициклических ароматических углеводородов (РАН) при помощи π-π (пи-пи) связывания. Содержащие медь порфирины также инактивируют многие классы не планарных мутагенных и канцерогенных соединений, в том числе некоторые нитрозамины, за счет реакции с ионом меди. Несмотря на то, что известно, что порфирины инактивируют различные канцерогены, неизвестно, как эффективно использовать порфирины в фильтрах табачного дыма.
Хлорофиллин встречается в природе, причем содержащий медь порфирин представляет собой стабильную форму хлорофиллина, в которой содержащийся в хлорофиллине магний замещен медью. Хлорофиллин имеет следующую формулу:
Однако хлорофиллин с трудом образует химическую связь с другими компонентами фильтра табачного дыма. Поэтому в соответствии с предпочтительным вариантом, содержащий медь порфирин, введенный в фильтр табачного дыма, представляет собой фталоцианин меди. Фталоцианин меди является нетоксичным, синтетическим аналогом хлорофиллина, который может быть легче связан с компонентами фильтра табачного дыма, чем хлорофиллин. Фталоцианин меди имеет следующую формулу:
Фталоцианин меди может быть введен в фильтр табачного дыма за счет прямой добавки фталоцианина меди в фильтр табачного дыма. В соответствии с предпочтительным вариантом фталоцианин меди может быть введен в фильтр табачного дыма как ковалентно связанный лиганд, например, с хлопком как "blue cotton," с вискозой как "blue rayon," или с другим подходящим материалом. В соответствии с другим предпочтительным вариантом фталоцианин меди может быть введен в фильтр табачного дыма в комбинации с другими компонентами фильтра табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением. В соответствии с одним из вариантов фталоцианин меди прикрепляют к целлюлозным волокнам в виде красителя C.I.Reactive Blue 21, как это описано в публикации Hayatsu, Journal of Chromatography, 597:37-56 (1992), включенной в данное описание в качестве ссылки, причем фталоцианин меди образует стабильную эфирную связь со свободными гидроксильными группами целлюлозных волокон или других материалов при мягких условиях (в отличие от хлорофиллина и других порфиринов), в результате чего получают целлюлозу "Blue 21 Cellulose." В соответствии с другим вариантом фталоцианин меди прикрепляют к целлюлозным волокнам в виде красителя ORCO Turquoise Blue GGX, в результате чего получают целлюлозу "GGX Cellulose." Оба эти красителя были закуплены на фирме Organic Dyestuffs Corporation (ORCO), East Providence, RI (США).
Целлюлоза представляет собой базовый материал для изготовления фильтров табачного дыма. Стандартная форма целлюлозы, которую используют для изготовления фильтров табачного дыма, представляет собой волокна ацетата целлюлозы, полученные за счет обработки целлюлозы уксусным ангидридом. Эта реакция замещает свободные гидроксильные группы, присутствующие в природной целлюлозе, более гидрофобными ацетатными группами. Затем ацетат целлюлозы обрабатывают триацетином (глицерин триацетатом), который представляет собой растворитель, соединяющий некоторые волокна ацетата целлюлозы вместе, потому что ацетат целлюлозы, в отличие от целлюлозы, является частично растворимым в триацетате. Однако, к сожалению, замещение гидроксильных групп ацетатными группами и обработка целлюлозы триацетином сильно снижает число потенциальных мест прикрепления для молекул содержащего медь порфирина и делает обработанный триацетином ацетат целлюлозы менее желательным для использования в качестве базового материала для фильтров табачного дыма, чем не обработанную целлюлозу.
Таким образом, в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения предлагается фильтр табачного дыма, который содержит один или несколько сегментов, а именно по меньшей мере один первый сегмент. Первый сегмент содержит содержащий медь порфирин и целлюлозу, которая не подвергалась обработке уксусным ангидридом или триацетином. Преимущественно фильтр табачного дыма дополнительно содержит второй сегмент, который содержит ацетат целлюлозы, обработанный триацетином, но который главным образом не содержит содержащий медь порфирин.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ изготовления фильтра табачного дыма, который содержит фталоцианин меди. В качестве примера (но без ограничения) можно указать, что способ осуществляют следующим образом. К волокнам целлюлозы добавляют красители, причем сначала вводят 20 г целлюлозы в 400 мл дистиллированной воды. Затем добавляют и растворяют 20 г сульфата натрия, после чего вводят 2.4 г красителя. Затем добавляют 8 г карбоната натрия при перемешивании, и смесь нагревают до 30°С в течение 35 мин. После этого температуру повышают до 70°С и выдерживают еще 60 мин для полного ковалентного связывания содержащего медь порфирина с целлюлозным волокном. Затем смесь собирают на сите и тщательно промывают дистиллированной водой и, в заключение, промывают 200 мл этанола, в результате чего получают целлюлозную массу с ковалентной связью, содержащую содержащий медь порфирин, которую сушат при комнатной температуре. Следует иметь в виду, что специфические время реакции и температуры приведены здесь только в качестве примера, причем возможны вариации времени реакции и температуры, в соответствии с процедурой прикрепления винил сульфонных реактивных красителей к текстилям, известной специалистам в данной области. В соответствии с предпочтительным вариантом фталоцианин меди, который является свободным или ковалентно связанным, присутствует в количестве ориентировочно от 0.1 до 5% в пересчете на сухой вес фильтра. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом фталоцианин меди присутствует в количестве ориентировочно от 1 до 3% в пересчете на сухой вес фильтра.
В соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается устройство для курения, которое содержит массу измельченного табака, прикрепленную к фильтру табачного дыма, который содержит первый сегмент. Устройство для курения преимущественно содержит первый сегмент, смежный с массой измельченного табака, и второй смежный сегмент, который расположен - на проксимальном конце устройства для курения. Такая конфигурация преимущественно позволяет пользователю устройства для курения втягивать дым непосредственно через второй сегмент фильтра табачного дыма, в результате чего он получает обычное ощущение, получаемое при использовании устройства для курения.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается способ изготовления фильтра табачного дыма. Способ позволяет получить фильтр табачного дыма, который содержит содержащий медь порфирин, такой как фталоцианин меди, который остается равномерно распределенным (диспергированным) в фильтре во время процесса изготовления и при накоплении влаги в фильтре во время горения табака, и который не выщелачивается из фильтра во время использования.
Предложенный способ предусматривает приготовление материала фильтра из целлюлозы или из других материалов, с которыми ковалентно связывают один или несколько содержащих медь порфиринов. Затем из материала фильтра делают фильтр табачного дыма, который содержит по меньшей мере один сегмент материала с ковалентно связанным, содержащим медь порфирином. Фильтр табачного дыма может также содержать один или несколько сегментов материала, которые главным образом не содержат содержащий медь порфирин. Использование материала фильтра, который содержит ковалентно связанный, содержащий медь порфирин, позволяет осуществлять производство с высокой скоростью и с большими объемами выпуска устройств для курения, таких как сигареты, содержащих фильтр в соответствии с настоящим изобретением, с использованием существующего оборудования.
Предложенный способ включает в себя, во-первых, операцию использования одного или нескольких содержащих медь порфиринов, таких как фталоцианин меди. В соответствии с предпочтительным вариантом содержащий медь порфирин представляет собой винилсульфонную производную трисульфоната фталоцианина меди, такую как краситель C.I.Reactive Blue 21 dye (ORCO® REACTIVE Turquoise RP, который может быть закуплен на фирме Organic Dyestuffs Corporation, East Providence, RI, США).
Количества материалов, использованных при проведении следующих операций, представляют собой относительные количества, которые приведены только для примера. Эти количества могут быть соответственно увеличены в масштабе для осуществления серийного производства, что легко поймут специалисты в данной области. После получения содержащего медь порфирина образуют смесь, которая содержит отношение около 1.2:10 содержащего медь порфирина к волокну целлюлозы по весу, например, около 1.2 г содержащего медь порфирина и около 10 г волокна целлюлозы, такого, которое подходит для использования в качестве целлюлозной массы для производства бумаги. Эта смесь преимущественно также содержит около 10 г сульфата натрия ориентировочно в 200 мл не содержащей хлора воды.
Затем смесь нагревают до 30°С в течение ориентировочно 35 минут, после чего температуру повышают до 70°С в течение ориентировочно 60 минут, для полного ковалентного связывания содержащего медь порфирина с волокном целлюлозы. После этого смесь собирают на сите и тщательно промывают проточной водопроводной водой, в результате чего получают целлюлозное волокно с ковалентно связанным, содержащим медь порфирином. Затем из целлюлозного волокна с ковалентно связанным, содержащим медь порфирином формуют сегмент фильтра табачного дыма, с использованием имеющегося серийного оборудования. Фильтр затем прикрепляют к массе (столбику) измельченного табака для получения устройства для курения в соответствии с настоящим изобретением. Таким образом, в соответствии с настоящим изобретением предлагается пропитанная содержащим медь порфирином бумага, изготовленная в соответствии с изложенным здесь выше, предназначенная для использования при изготовлении фильтров табачного дыма или для других целей.
В условиях серийного производства реакцию ковалентного связывания для присоединения порфирина химически активного металла, такого как C.I.Reactive Blue 21, преимущественно проводят в чане для измельчения целлюлозной массы, таком как используемый в бумажном производстве. Кроме того, реакцию ковалентного связывания преимущественно начинают при загрузке ориентировочно от 5% до 10% целлюлозной массы в воде. Обычно целлюлозное волокно, которое используют для изготовления бумаги для сигаретного фильтра, разбавляют ориентировочно до 0.2-0.5% ранее накопления на сетках для получения бумаги. Можно исключить эту отдельную операцию после реакции ковалентного связывания за счет непосредственного разбавления связанного порфирином целлюлозного волокна, ранее проведения стандартного процесса производства бумаги.
Способ изготовления фильтра табачного дыма может дополнительно предусматривать введение одного или нескольких дополнительных веществ в фильтр табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением, в дополнение к содержащему медь порфирину. В соответствии с предпочтительным вариантом в качестве одного или нескольких дополнительных веществ может быть использован хитин, который представляет собой полисахарид, полученный из чешуи членистоногих, так как частицы хитина, которые имеют высокую плотность свободных гидроксильных групп, могут быть ковалентно связаны с соединениями порфирина металла, такими как C.I.Reactive Blue 21 dye. В пересчете на сухой вес, одна часть хитина может быть ковалентно связана с четырьмя частями C.I.Reactive Blue 21 dye в качестве эквивалентного количества целлюлозы. В соответствии с предпочтительным вариантом гранулы хитина (закупленные на фирме Sigma Chemical Company, St. Louis, МО, США) ковалентно связывают с содержащим медь порфирином, по способу, эквивалентному описанному здесь выше, при проведении реакции, в которой целлюлозу замещают хитином. Следует иметь в виду, что количества материалов, использованных в следующих операциях, представляют собой относительные количества, которые даны только для примера. Эти количества могут быть соответственно увеличены в масштабе для осуществления серийного производства, что легко поймут специалисты в данной области. Ковалентное связывание гранул хитина с содержащим медь порфирином может быть осуществлено, например, путем растворения 0.8 г красителя C.I.Reactive Blue 21 dye и 6.8 г сульфата натрия в 133 мл дистиллированной воды. Затем добавляют 2.0 г хитина и смесь осторожно перемешивают в течение 20 мин при 30°С. После этого добавляют 2.7 г карбоната натрия и смесь оставляют при 30°С на 15 минут, после чего повышают температуру от 30°С до 70°С в течение 20 минут. Затем смесь перемешивают при поддержании температуры 70°С в течение 60 минут, чтобы довести реакцию связывания до завершения. Полученный связанный с фталоцианином меди хитин собирают на фильтре из спеченного стекла и тщательно промывают дистиллированной водой для удаления не прореагировавшего порфирина и солей.
Содержащий медь порфирин, ковалентно связанный с хитином, может быть введен в бумагу за счет его перемешивания с целлюлозной массой, при отношении ориентировочно от 1:20 до 1:1 содержащего медь порфирина, ковалентно связанного с хитином, к целлюлозной массе, в пересчете на сухой вес. Целлюлоза может также содержать ковалентно связанный содержащий медь порфирин в соответствии с настоящим изобретением. Для этого хитин перемешивают с целлюлозной массой на начальном этапе производства бумаги, когда целлюлозу размачивают (размягчают) в воде (ранее раскладывания массы на сетках, прессования и сушки). Пропитанная хитином целлюлоза затем может быть использована для изготовления фильтров табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с предпочтительным вариантом в качестве одного или нескольких дополнительных веществ используют активированный уголь или лигнин (компонент древесины, получаемый в качестве побочного продукта при приготовлении целлюлозы для производства бумаги из древесины). Любое их этих веществ или оба они могут быть добавлены в целлюлозу, ковалентно связанную с содержащим медь порфирином в соответствии с настоящим изобретением, особенно в случае изготовления бумаги, содержащей активированный уголь или лигнин. Если используют активированный уголь или лигнин, то их добавляют в целлюлозу тем же самым образом и при таком же отношении, что и хитин, как это описано здесь выше.
Кроме того, в соответствии с предпочтительным вариантом полученный в соответствии с описанным выше фильтр прикрепляют к фильтру табачного дыма, изготовленному из стандартных волокон ацетата целлюлозы, обработанных триацетином, чтобы получить фильтр, который содержит по меньшей мере два сегмента. Преимущественно сегмент, который содержит волокна ацетата целлюлозы, обработанные триацетином, является проксимальным, то есть расположенным на удалении от зажженного конца устройства для курения, и его соединяют с сегментом, который содержит содержащий медь порфирин, пропитанный целлюлозными волокнами, а сегмент, который содержит содержащий медь порфирин, пропитанный целлюлозными волокнами, размещают между массой измельченного табака и сегментом, который содержит волокна ацетата целлюлозы, обработанные триацетином.
Эффективность содержащего два сегмента фильтра, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, проверяли следующим образом. Были изготовлены фильтры табачного дыма, которые содержат два сегмента. Каждый проксимальный сегмент содержит волокна ацетата целлюлозы, обработанные триацетином. Дистальный сегмент одного фильтра содержит описанные здесь выше волокна целлюлозы, пропитанные фталоцианином меди, в то время как дистальный сегмент другого фильтра содержит волокна целлюлозы, которые не были обработаны триацетином и которые не были пропитаны содержащим медь порфирином. Содержащие два сегмента фильтры затем были введены в пластмассовую трубку, причем оставляли приблизительно 0.5 см трубки без фильтра, и вводили столбик (стержень) табака длиной 3 см от сигарет Marlboro® в пустой конец трубки длиной 0.5 см, примыкающий к фильтру, для создания устройств для курения. Табак зажигали и устройства для курения подвергали 10 "затяжкам" по 20 мл при помощи всасывающего насоса, пока табак не догорал вровень с концом пластмассовой трубки. Затем фильтры были извлечены из трубок и помещены в 10 мл содержащего метанол аммиака при разбавлении 50:1, чтобы элюировать из фильтров удерживаемые (захваченные) полициклические ароматические углеводороды. После этого производили выпаривание 10 мл экстрактов до 1 мл и производили тонкослойную хроматографию на оксиде алюминия с 5 мл гексана. Полное содержание полициклических ароматических углеводородов определяли при помощи спектрофлуориметрии. Результаты показывают, что двухсегментный фильтр, который содержит фталоцианин меди в соответствии с настоящим изобретением, удерживает 80 нг полициклических ароматических углеводородов, в то время как двухсегментный фильтр без фталоцианина меди удерживает 6 нг полициклических ароматических углеводородов. Это увеличение в 13 раз является особенно существенным потому, что полное содержание полициклических ароматических углеводородов, полученных при сгорании табачного столбика, по оценке составляет ориентировочно от 100 нг до 200 нг. Следовательно, двухсегментный фильтр в соответствии с настоящим изобретением позволяет удалять ориентировочно от 40% до 80% всего количества полициклических ароматических углеводородов из табачного дыма.
В соответствии с другим вариантом фильтр табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением содержит железный аналог содержащего медь порфирина вместо содержащего медь порфирина. В соответствии с предпочтительным вариантом этот аналог представляет собой железный аналог красителя C.I.Reactive Blue 21 dye, полученного за счет ацилирования красителя C.I.Reactive Blue 21 dye, добавления сульфата железа и затем добавки подходящей основы, что легко поймут специалисты. Альтернативно, соль железа, такая как безводный хлорид железа, может быть использована вместо соли меди во время начального синтеза красителя C.I.Reactive Blue 21 dye, чтобы получить железный аналог. Железный аналог красителя C.I.Reactive Blue 21 dye может быть также использован для производства бумаги, пропитанной железным аналогом красителя C.I.Reactive Blue 21 dye, соответствующей бумаге, пропитанной содержащим медь порфирином, описанной здесь выше, для использования при изготовлении фильтров табачного дыма или других изделий.
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения фильтр табачного дыма содержит как один или несколько фталоцианинов металла, таких как фталоцианин железа или фталоцианин меди, так и один или несколько поликатионоактивных полимеров. В соответствии с предпочтительным вариантом один или несколько поликатионоактивных полимеров имеют катионоактивный компонент, который содержит одну или несколько первичных или вторичных аминогрупп. В соответствии с одним из вариантов один или несколько поликатионоактивных полимеров выбран из группы, в которую входят поли(пропиленимин), поливиниламин, поли(2-этилазиридин), поли(2,2-диметилазиридин и поли(2,2-диметил-3-n-пропилазиридин), а также их комбинации. В соответствии с предпочтительным вариантом один или несколько поликатионоактивных полимеров представляют собой полиэтиленимин (PEI). Один или несколько поликатионоактивных полимеров, таких как PEI, обеспечивают эффективное удаление мутагенных, канцерогенных и других токсичных веществ из табачного дыма. Такой фильтр позволяет также свободно проходить через него всему никотину, в результате чего повышается отношение поступления (в организм курильщика) никотина к поступлению мутагенных и канцерогенных веществ.
В то время как порфирины металлов, веденные в фильтры табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением, захватывают или инактивируют мутагенные и канцерогенные вещества в табачном дыме, порфирины металлов могут также уменьшать прохождение через них никотина (могут задерживать никотин). В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения порфирин металла, веденный в фильтр табачного дыма, содержит один или несколько анионактивных компонентов, таких как сульфонатные группы, прикрепленные к кольцу порфирина красителя C.I.Reactive Blue 21 dye. Можно полагать, что поликатионоактивный полимер частично нейтрализует эффект удержания сульфонатными группами никотина в фильтре. Таким образом, добавление поликатионоактивного полимера в целлюлозу, связанную с порфирином металла, снижает количество никотина, удерживаемого в фильтре, и увеличивает количество никотина в табачном дыме, однако без снижения эффективности порфирина металла в захвате или инактивации мутагенных и канцерогенных веществ в табачном дыме. Таким образом комбинация порфирина металла и поликатионоактивного полимера в фильтре табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением синергетически снижает отношение мутагенных и канцерогенных веществ к никотину в табачном дыме, в большей степени, чем это возможно при изолированном использовании порфирина металла или поликатионоактивного полимера. Более того, так как курильщики табака стремятся отрегулировать вдыхание дыма так, чтобы получать удовлетворительную дозу никотина, то снижение отношения мутагенных и канцерогенных веществ к никотину будет приводить к снижению полного количества мутагенных и канцерогенных соединений, вдыхаемых курильщиками. Снижение количества мутагенных и канцерогенных соединений, вдыхаемых курильщиком, будет приводить к снижению заболеваемости и смертности, связанных с курением табака.
Поликатионоактивные полимеры, такие как PEI, имеются в диапазоне молекулярных весов в соответствии с числом мономеров в молекуле. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения поликатионоактивный полимер, который используют в фильтре в соответствии с настоящим изобретением, имеет молекулярный вес ориентировочно свыше 1000 дальтон, чтобы снизить вероятность того, чтобы поликатионоактивный полимер мог поступать в табачный дым. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом поликатионоактивный полимер, использованный в фильтре, имеет молекулярный вес ориентировочно от 1000 до 100000 дальтон.
Однако, к сожалению, поликатионоактивные полимеры, такие как PEI, являются физически несовместимыми с волокнами ацетата целлюлозы. Поэтому, в соответствии с одним из вариантов настоящего изобретения, предлагается фильтр табачного дыма, который содержит целлюлозу, которая главным образом не содержит ацетата целлюлозы, и содержит фталоцианин металла, такой как фталоцианин железа или фталоцианин меди, а также содержит поликатионоактивный полимер, такой как PEI.
В условиях серийного производства растворы поликатионоактивного полимера в воде или в спиртах с короткой цепью (например, в этиловом или изопропиловом спирте) распыляют на бумаге, предназначенной для изготовления фильтра. Раствор поликатионоактивного полимера распыляют на бумаге из рулона, которая вытягивается в обжимные щипцы, или на более ранней стадии, такой как начальный процесс изготовления бумаги, после раскладки целлюлозной массы на сетках для приготовления бумаги. В соответствии с одним из вариантов, концентрация поликатионоактивного полимера в растворе составляет ориентировочно от 0.5 до 50%. В соответствии с предпочтительным вариантом концентрация лоликатионоактивного полимера в растворе составляет ориентировочно от 1 до 10%. В соответствии с предпочтительным вариантом поликатионоактивный полимер может быть добавлен во время процесса производства бумаги, ранее раскладки целлюлозной массы на сетках для приготовления бумаги.
Фильтр табачного дыма в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения был получен путем конструирования фильтров с двумя зонами, которые содержат сегмент стандартного фильтра из ацетата целлюлозы на проксимальном конце фильтра и сегмент из целлюлозы, окрашенный фталоцианином металла и обработанный PEI, на дистальном конце фильтра. Этот фильтр был получен следующим образом. Прежде всего была получена целлюлоза за счет измельчения бумаги, которую используют при изготовлении бумажных фильтров (производитель Tela-Kimberly Switzerland GmbH, Balsthal, Швейцария). PEI был получен в виде вязкого раствора 50/50 в воде (каталог Р3143 фирмы Sigma Chemical Co., St. Louis, МО, США). Раствор PEI был разбавлен этанолом до окончательной концентрации 5% PEI (в 5% воды и 90% этанола). 10 мл этого раствора PEI в этаноле распыляли на 10 г целлюлозной массы Blue 21. Эту целлюлозную массу сразу размягчали в кофемолке с вращающимся ножом, пока она не будет иметь текстуру, похожую на рыхлую вату, а затем оставляли для сушки при комнатной температуре. 10 г целлюлозы GGX были обработаны аналогичным образом при помощи 10 мл 5% PEI в этаноле/воде.
Затем были приготовлены двойные фильтры путем удаления фильтров из сигарет Marlboro® light (фирма Philip Morris, Richmond, VA, США) при помощи пинцета. Фильтры имели длину 27 мм. Тонкостенные пластмассовые трубки, которые плотно входят в полость для фильтра сигарет, были разрезаны на сегменты длиной 27 мм. Исходный фильтр из ацетата целлюлозы был разрезан на сегменты длиной 1 см. Кусок фильтра из ацетата целлюлозы длиной 1 см был вставлен в пластмассовую трубку, а остальная ее длина была заполнена 85 мг размягченной целлюлозы (с красителем из фталоцианина металла или PEI, или без них). Трубка, которая содержит ацетат целлюлозы и целлюлозу, была вставлена в полость для фильтра тех сигарет, из которых раньше были вынуты фильтры, таким образом, что целлюлозный сегмент находится в контакте со столбиком табака, при этом стандартный материал из ацетата целлюлозы находится на проксимальном конце сигареты, то есть на том конце, который обычно находится в контакте с губами курильщика. Для контроля были приготовлены испытательные сигареты с фильтрами из необработанного ацетата целлюлозы путем введения обычного фильтра в пластмассовую трубку длиной 27 мм, которую затем вновь вставляли в полость для фильтра сигареты. Пластмассовая трубка служит для блокирования вентиляционных отверстий в бумаге, окружающей фильтр, которые воздействуют на композицию дыма за счет его разбавления воздухом.
Обратимся теперь к рассмотрению Таблицы 2, в которой показан результаты измерения содержания смолы (как представителя мутагенных соединений) и никотина в твердых частицах (в порошкообразном веществе), захваченных фильтрами Cambridge из дыма, полученного от группы сигарет (3 дубля, каждый из которых содержит 5 сигарет каждой испытуемой группы). Условия курения были следующими: 35 мл в затяжке, длительность затяжки 2 с, одна затяжка каждые 60 с. Так как все фильтры, в том числе и стандартный фильтр из ацетата целлюлозы, были вставлены в пластмассовые трубки, которые выли введены в полости для фильтров сигарет, то вентиляционные отверстия в фильтре (которые могут разбавлять дым воздухом во время прохождения дыма через фильтр) были блокированы. Были испытаны следующие группы фильтров: 1) ацетат целлюлозы (СА); 2) фильтр с двумя зонами ацетат целлюлозы/целлюлоза; 3) фильтр с двумя зонами ацетат целлюлозы/целлюлоза blue 21; 4) фильтр с двумя зонами ацетат целлюлозы/целлюлоза blue 21 с 5% добавкой PEI; 5) фильтр с двумя зонами ацетат целлюлозы/GGX целлюлоза; 6) фильтр с двумя зонами ацетат целлюлозы/GGX целлюлоза с 5% добавкой PEI.
Содержание смолы и никотина в табачном дыме, прошедшем через фильтры (Среднее, мг/фильтр ± Среднеквадратическое отклонение)
Можно видеть, что добавка PEI в фильтр из Blue 21 целлюлозы и в фильтр из GGX целлюлозы приводит к существенному повышению отношения никотина к мутагенным и канцерогенным соединениям, которые представлены в виде смолы.
Кроме того, при проведении дополнительного испытания сигарет каждой группы, с использованием такого же протокола курения, было определено полное количество твердых частиц (ТРМ), накопленных на фильтре Cambridge и растворенных в диметилсульфоксиде (DMSO) при концентрации 10 мг/мл. Более того, был проведен анализ Ames мутагенных веществ на DMSO экстракте собранных из дыма твердых частиц в ТА98 штамме сальмонеллы, при S9 активизации экстракта печени. Были проверены две дозы экстракта дыма, 250 и 500 мкг на пластину. В тесте Ames, число бактериальных колоний ("ревертанты") на одной пластине является показателем мутагенной активности экстракта сигаретного дыма, а мутагенная активность, в свою очередь, отражает канцерогенный потенциал. Результаты этих испытаний приведены в Таблице 3.
Мутагенная активность всех твердых частиц из дыма, прошедшего через фильтры (Среднее ± Среднеквадратическое отклонение)
Можно видеть, что отношение мутагенной активности, которая является показателем канцерогенного потенциала, к полному содержанию твердых частиц (исходная смола + никотин) снижается по сравнению с необработанным ацетатом целлюлозы, за счет пропускания дыма через фильтры, содержащие целлюлозу, связанную с красителями C.I.Reactive Blue 21 dye или Reactive Turquoise GGX dye. PEI дополнительно снижает отношение мутагенной активности к ТРМ дыма. Таким образом добавление PEI в материалы фильтра, связанные с красителями из фталоцианина металла, повышает отношение никотина к смоле и снижает отношение мутагенной активности к смоле, что приводит к большему повышению отношения никотина к мутагенной активности в дыме, чем это может быть достигнуто при помощи фильтра табачного дыма, который содержит фталоцианин металла без PEI, причем оба фильтра позволяют никотину свободно проходить через наполнитель и задерживают мутагены и другие токсины внутри фильтра.
Более того, отношение ТРМ/ревертант может быть использовано в качестве показателя мутагенной активности данного количества ТРМ. В дальнейших расчетах были использованы данные проведенных выше тестов 500 мкг на пластину.
Фильтр группы из ацетата целлюлозы имел в среднем 639 ревертантов (видоизмененных бактериальных колоний). Следовательно, при проведении теста Ames, 500 мкг ТРМ дают 639 ревертантатов = 0.783 мкг ТРМ на ревертант. Фильтр группы из ацетата целлюлозы (СА) имел отношение никотина к смоле 0.0677, то есть 0.0677 мг никотина на мг смолы. Фильтр группы Blue 21 с PEI имел в среднем 474 ревертанта при такой же абсолютной дозе смолы 500 мкг на пластину, то есть 1.055 мкг смолы на ревертант. Фильтр группы Blue 21 с PEI имел отношение никотина к смоле 0.0777, то есть 0.0777 мг никотина на мг смолы.
Таким образом умножение отношения смола/ревертант на отношение никотин/смола дает отношение никотин/ревертант, которое является показателем мутагенной активности на единицу никотина для фильтров.
Ацетат целлюлозы: 0.783×0.0677=0.053 мкг никотина на ревертант (или 18.9 ревертантов на мг никотина).
Blue 21 с PEI: 1.055×0.0777=0.082 мкг никотина на ревертант (или 12.2 ревертантов на мг никотина).
Таким образом, Blue 21 с PEI по сравнению с ацетатом целлюлозы повышает отношение в 0.082/0.053=1.54 раза.
Следовательно, добавление PEI в целлюлозный фильтр, связанный с Blue 21, на 54% повышает отношение никотина к мутагенной активности по сравнению со стандартным фильтром из ацетата целлюлозы без обработки.
В соответствии с другими вариантами настоящего изобретения в фильтре используют одну или несколько рН-модифицирующих фильтрующих добавок, введенных вместо PEI или в дополнение к PEI. В соответствии с одним из вариантов в качестве одной или нескольких рН-модифицирующих фильтрующих добавок используют неорганическую соль, выбранную из группы, в которую входят карбонат натрия, карбонат кальция, фосфат натрия, фосфат кальция и катионообменная смола.
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения фильтр табачного дыма содержит хитин в дополнение к одному или нескольким поликатионо активным полимерам, таким как PEI. В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения фильтр табачного дыма содержит хитин в дополнение к одному или нескольким поликатионоактивным полимерам, таким как PEI, и один или несколько фталоцианинов металла, таких как краситель C.I.Reactive Blue 21 dye.
Фильтр, содержащий микрокапсулы
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения предлагается фильтр табачного дыма, который содержит пористую основу, имеющую микрокапсулы, диспергированные в пористой основе, с другими раскрытыми здесь веществами или без них. Микрокапсулы преимущественно имеют внутренний сердечник (сердцевину, ядро) и внешнюю оболочку.
Сердечники микрокапсул содержат по меньшей мере одно растительное масло. Подходящие растительные масла содержат по меньшей мере одно масло, выбранное из группы, в которую входят касторовое масло, хлопковое масло, кукурузное масло, подсолнечное масло, кунжутное масло, соевое масло и рапсовое масло. В соответствии с предпочтительным вариантом, растительное масло представляет собой подсолнечное масло, однако специалисты легко поймут, что могут быть использованы и другие масла. В соответствии с предпочтительным вариантом, растительное масло присутствует в количестве ориентировочно от 20% до 80% в пересчете на сухой вес микрокапсул, а еще лучше, в количестве ориентировочно от 30% до 70% в пересчете на сухой вес микрокапсул.
В соответствии с предпочтительным вариантом сердечники микрокапсул также содержат порфирин, такой как хлорофиллин, или другой порфирин, такой как фталоцианин меди. Хлорофиллин, если его используют, содержится в количестве ориентировочно от 1% до 10% в пересчете на сухой вес микрокалсул, а преимущественно в количестве ориентировочно от 2% до 5% в пересчете на сухой вес микрокапсул.
В соответствии с предпочтительным вариантом оболочки микрокапсул содержат увлажнитель. В соответствии с предпочтительным вариантом увлажнитель представляет собой пироглутамат натрия, однако специалисты легко поймут, что могут быть использованы и другие подходящие увлажнители. В соответствии с предпочтительным вариантом увлажнитель, такой как пироглутамат натрия, присутствует в количестве ориентировочно от 10% до 90% в пересчете на сухой вес микрокапсул, а преимущественно в количестве ориентировочно от 20% до 70% в пересчете на сухой вес микрокапсул.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом оболочки микрокапсул также содержат метилцеллюлозу. В соответствии с предпочтительным вариантом метилцеллюлоза присутствует в количестве ориентировочно от 5% до 30% в пересчете на сухой вес микрокапсул, а преимущественно в количестве ориентировочно от 10% до 25% в пересчете на сухой вес микрокапсул.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом оболочки микрокапсул содержат полимерный агент, такой как поливиниловый спирт или поливинил пирролидон, или могут содержать как поливиниловый спирт, так и лоливинил пирролидон, в дополнение к метилпеллюлозе или вместо метилцеллюлозы. В соответствии с предпочтительным вариантом полимерный агент присутствует в количестве ориентировочно от 2% до 30% в пересчете на сухой вес микрокалсул, а преимущественно в количестве от 5% до 20% в пересчете на сухой вес микрокапсул.
Соединения, которые используют при образовании микрокапсул в соответствии с настоящим изобретением, могут быть получены из различных известных специалистам источников, в том числе могут быть закуплены на фирме Sigma Chemical Co., St. Louis, МО, США.
Микрокапсулы, которые подходят для использования в соответствии с настоящим изобретением, могут быть сделаны при помощи различных известных специалистам способов. Например, микрокапсулы в соответствии с настоящим изобретением могут быть получены за счет объединения 200 г растительного масла с 500 г водной суспензии, которая содержит 25 г метилцеллюлозы низкой вязкости, 5 г хлорофиллина, 50 г пироглутамата натрия и 150 г хлебного крахмала в воде. Эту смесь эмульгируют и подвергают распылительной сушке для образования микрокалсул.
Микрокапсулы в соответствии с настоящим изобретением могут быть образованы при помощи распылительной сушки на месте расположения оборудования для производства сигарет, за счет напыления на листы жгутов фильтра из ацетата целлюлозы, до образования из них цилиндрических фильтров. Альтернативно, подходящие микрокапсулы могут быть изготовлены заранее и введены в листы жгутов фильтра из ацетата целлюлозы при помощи вибрационного лотка или при помощи другого известного специалистам устройства. Более того, микрокапсулы могут быть встроены в предварительно изготовленные фильтры за счет их рассеивания по жгуту фильтра до его скручивания и образования стержней фильтрующего материала.
Специалисты легко поймут, что изготовление фильтров, содержащих микрокапсулы в соответствии с настоящим изобретением, потребует только незначительной модификации обычного оборудования для производства сигарет с фильтром. Более того, изготовление фильтров, содержащих микрокапсулы в соответствии с настоящим изобретением, может быть осуществлено при незначительном повышении стоимости по сравнению с обычными фильтрами.
При использовании порции увлажнителя микрокапсул захватывают влагу из табачного дыма, проходящего через фильтр. Пироглутамат натрия является особенно предпочтительным, так как он может быть встроен в фильтр в сухом виде.
Порции масла микрокапсул, если они есть, захватывают некоторые вредные летучие соединения, такие как пиридин, без препятствия потоку соединений, создающих запах и аромат. Хлорофиллин, если он есть, является потенциальным инактиватором канцерогенных компонентов табачного дыма.
Порции метилцеллюлозы микрокалсул придают структурную устойчивость микрокапсулам, однако они диспергируются при нагревании и воздействии влаги. В отличие от обычно используемых придающих вязкость веществ, метилцеллюлоза выпадет в осадок из нагретых растворов. Более того, она является растворимой при более низких температурах, чем обычно используемые придающие вязкость вещества.
Когда фильтры табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением содержат микрокапсулы с оболочкой из пироглутамата натрия и метилцеллюлозы и сердечником из растительного масла и хлорофиллина, тогда микрокалсулы захватывают теплоту и влагу из табачного дыма. Метилцеллюлоза осаждается в волокнистом материале, что повышает эффективную площадь поверхности для фильтрации с увлажнением табачного дыма. Это позволяет влаге, захваченной пироглутаматом натрия, быстро диспергироваться в материале фильтра.
Хлорофиллин распределен практически равномерно между водной и масляной средами, что позволяет повышать инактивацию как порошковой, так и паровой фазы токсичных и мутагенных соединений табачного дыма, по сравнению со случаем, когда хлорофиллин имеется только в одной фазе.
Фильтры, содержащие поверхностно-активное вещество
В соответствии с другим предпочтительным вариантом фильтры в соответствии с настоящим изобретением дополнительно содержат по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество для повышения эффективности фильтра табачного дыма, вместе с другими раскрытыми здесь веществами или без них. В соответствии с особенно предпочтительным вариантом поверхностно-активное вещество присутствует в количестве ориентировочно от 0.1% до 10%, а преимущественно в количестве ориентировочно от 0.1% до 2% по весу фильтра.
Поверхностно-активное вещество преимущественно является нетоксичным и может содержать один или несколько следующих классов соединений: (1) полиоксиалкилен, производный сорбитан эфира жирной кислоты (то есть полиоксиалкилен сорбитан эфир), (2) моноэфир жирной кислоты полигидроксиспирта, или (3) диэфир жирной кислоты полигидроксиспирта; однако специалисты легко поймут, что в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы и другие подходящие поверхностно-активные вещества. В качестве примеров подходящих поверхностно-активных веществ можно привести этоксилаты, эфиры карбоновой кислоты, эфиры глицерина, полиоксиэтилен эфиры, ангидросорбит эфиры, этоксилированные ангидросорбит эфиры, этоксилированные натуральные жиры, масла и парафины, эфир глицерина и жирной кислоты, полиоксиэтилен амиды жирной кислоты, полиалкилен оксид блоксополимеры и поли(оксиэтилен-консист-оксипропилен). Специалисты легко поймут, что в соответствии с настоящим изобретением могут быть использованы и другие подходящие поверхностно-активные вещества.
Фильтры, содержащие дополнительное вещество
Фильтр может дополнительно содержать одно или несколько других веществ, которые фильтруют или инактивируют токсичные или мутагенные соединения табачного дыма. В качестве примеров таких веществ можно привести поглотители антиоксидантов и радикалов, такие как глутатнон, цистеин, N-ацетилцистеин, mesna, аскорбат и N,N'-дифенил-р-фенилдиамин; инактиваторы альдегида, такие как ендиолы, амины и аминотиолы; уловители нитрозамина и инактиваторы канцерогенных веществ, такие как ионообменные смолы и хлорофилл; и уловители никотина, такие как дубильная кислота и другие органические кислоты. В соответствии с предпочтительным вариантом фильтр содержит коллоидный кремнезем, который может удалять вторичные амины из табачного дыма, в результате чего исключается превращение вторичных аминов в нитрозамины в массе. Специалисты легко поймут, что могут быть использованы и другие подходящие вещества. В соответствии с предпочтительным вариантом другие вещества присутствуют в количестве ориентировочно от 0.1 до 10%, а преимущественно в количестве ориентировочно от 0.1 до 2% по весу фильтра.
Фильтры, имеющие определенную комбинацию веществ в соответствии с настоящим изобретением
В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается фильтр табачного дыма, который содержит комбинацию веществ, раскрытых в настоящем изобретении. В соответствии с предпочтительным вариантом фильтр содержит увлажнитель, такой как пироглутамат натрия, в комбинации с сухой водой. Эта комбинация функционирует синергетически и улучшает фильтрацию с увлажнением табачного дыма. В соответствии с одним из вариантов фильтр содержит пироглутамат натрия в количестве ориентировочно от 1% до 20% водной порции сухой воды по весу. В соответствии с предпочтительным вариантом фильтр содержит пироглутамат натрия в количестве ориентировочно от 5% до 10% водной порции сухой воды по весу.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом фильтр содержит содержащий медь порфирин, такой как фталоцианин меди, в комбинации с увлажнителем, таким как пироглутамат натрия, сухая вода или то и другое. Эти комбинации являются особенно предпочтительными, так как содержащие медь порфирины удаляют канцерогены лучше, чем в водной среде. В соответствии с одним из вариантов количество содержащего медь порфирина составляет ориентировочно от 0.5% до 5% сухой воды по весу.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом фильтр содержит хлорофиллин, в комбинации с увлажнителем, сухой водой или тем и другим. В соответствии с одним из вариантов количество хлорофиллина составляет ориентировочно от 0.5% до 5% сухой воды по весу, а количество увлажнителя составляет ориентировочно от 1% до 20% сухой воды по весу.
В качестве специфического примера такой комбинации можно привести blue rayon ("голубую вискозу", то есть фталоцианин меди, пропитанный вискозой) в сочетании с сухой водой. При наличии в количестве ориентировочно от 10 мг до 100 мг на 3 мм конце табака стандартного фильтра табачного дыма из ацетата целлюлозы, эта комбинация не препятствует обычной затяжке, но снижает мутагенность табачного дыма на 75-80% в соответствии с тестом Ames. Более того, указанные соединения являются дешевыми, безопасными и безвредными для окружающей среды.
Комбинации сухой воды и порфирина могут быть получены, например, за счет добавления сухого порфирина, в количествах, доходящих до количества метилированного диоксида кремния по весу, в сухую воду, изготовленную в соответствии с содержащимся здесь описанием. Порфирин следует добавлять после надлежащего стабильного эмульгирования сухой воды. Растворение порфирина в воде ранее эмульгирования в метилированном диоксиде кремния приводит к получению нестабильного соединения порфирин/сухая вода. В соответствии с предпочтительным вариантом порфирин добавляют в количествах ориентировочно от 0.1 до 0.5 г на грамм метилированного диоксида кремния. Аналогичный способ используют для получения комбинации сухой воды и связанного с порфирином волокна, такой как blue cotton ("голубая вата") или blue rayon. После объединения двух веществ комбинацию перемешивают или взбалтывают до достижения гомогенности.
Фильтры, имеющие кольцевой барьер
Фильтры в соответствии с настоящим изобретением преимущественно создают с внешним, кольцевым, не пропускающим влагу барьером или кожухом, чтобы исключить смачивание рук курильщика. Такой барьер может быть сделан из полимерного материала, такого как сополимер этилвинил ацетат, полипропилен или нейлон, что хорошо известно специалистам в данной области.
Расположение веществ в фильтрах
Раскрытые здесь вещества могут быть встроены в фильтры в соответствии с настоящим изобретением в самых разных конфигурациях. Например, вещество или вещества могут быть диспергированы по всему объему фильтра главным образом однородно.
Альтернативно, вещество или вещества могут быть диспергированы только в одном сегменте фильтра, таком как проксимальная половина (ближайший к курильщику конец), дистальная половина (ближайший к табаку конец), проксимальная треть (ближайший к курильщику конец), средняя треть или дистальная треть (ближайший к табаку конец). Например, фильтр табачного дыма может иметь один или несколько сегментов, которые содержат как один или несколько фталоцианинов металла, так и один или несколько поликатионоактивных полимеров, и один или несколько сегментов, которые главным образом не содержат как фталоцианин металла, так и поликатионоактивный полимер.
В соответствии с другим вариантом по меньшей мере одно вещество диспергировано в одном сегменте фильтра и по меньшей мере одно другое вещество диспергировано в другом сегменте фильтра. Два сегмента могут иметь перекрывающиеся области. Например, фильтр в соответствии с настоящим изобретением может иметь фталоцианин металла, диспергированный в дистальной трети фильтра, и поликатионоактивный полимер, диспергированный в проксимальной трети фильтра, при этом средний сегмент фильтра содержит как фталоцианин металла, так и лоликатионоактивный полимер.
В соответствии с другим вариантом вещество или вещества могут быть введены в фильтр, который затем закрепляют на конце стандартного фильтра табачного дыма. В соответствии с предпочтительным вариантом вещество или вещества вводят в фильтр табачного дыма, который похож на укороченную версию стандартного фильтра табачного дыма, а укороченный фильтр затем прикрепляют к концу стандартного фильтра табачного дыма. В этом варианте пользователь не догадывается о наличии дополнительного укороченного фильтра, так как он похож на стандартный фильтр, в отличие от случая применения имеющихся в продаже фильтров, которые прикрепляют к проксимальному концу устройства для курения.
Кроме того, вещество или вещества в соответствии с настоящим изобретением могут быть введены в слой фильтра, находящийся между волокнистым материалом, из которого сделана остальная часть фильтра, и массой (столбиком) измельченного табака.
Устройства для курения, содержащие фильтры в соответствии с настоящим изобретением
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения предлагается устройство для курения, которое содержит предложенный здесь фильтр табачного дыма, прикрепленный к массе измельченного табака. Например, таким устройством для курения может быть сигарета, снабженная фильтром, содержащим как один или несколько фталоцианинов металла, так и один или несколько поликатионоактивных полимеров.
Способ фильтрации табачного дыма
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения предлагается способ фильтрации табачного дыма в устройстве для курения. Способ включает в себя следующие операции. Во-первых, использование устройства для курения, которое содержит фильтр табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением, прикрепленный к массе измельченного табака. Затем производят зажигание массы измельченного табака, таким образом, что дым проходит через массу табака и поступает в фильтр. После этого дым проходит через фильтр, в результате чего происходит фильтрация дыма.
Способ изготовления устройства для курения
В соответствии с другим вариантом настоящего изобретения предлагается способ изготовления устройства для курения. Способ включает в себя следующие операции. Во-первых, использование фильтра табачного дыма в соответствии с настоящим изобретением. Затем производят прикрепление фильтра к массе измельченного табака.
Несмотря на то, что были описаны предпочтительные варианты осуществления изобретения, совершенно ясно, что в него специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят за рамки формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ТАБАЧНЫЙ ФИЛЬТР | 2001 |
|
RU2254790C2 |
| ФИЛЬТР ТАБАЧНОГО ДЫМА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ | 1997 |
|
RU2155529C2 |
| СИГАРЕТНЫЙ ФИЛЬТР, СОДЕРЖАЩИЙ МИКРОКАПСУЛЫ | 1995 |
|
RU2156099C2 |
| Фильтр для сигарет | 2018 |
|
RU2668752C1 |
| СИГАРЕТА С ФИЛЬТРОМ | 2006 |
|
RU2378959C2 |
| КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ | 2006 |
|
RU2403834C2 |
| РАЗЛАГАЮЩИЙСЯ ФИЛЬТР ДЛЯ КУРИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ | 2013 |
|
RU2634810C2 |
| ФИЛЬТР ДЛЯ СИГАРЕТ | 2007 |
|
RU2330592C1 |
| КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ | 2013 |
|
RU2633952C2 |
| СИГАРЕТНЫЙ ФИЛЬТР С АРОМАТИЧЕСКИМИ ЧАСТИЦАМИ | 2007 |
|
RU2462964C2 |
В изобретении предлагается фильтр табачного дыма, который содержит один или несколько фталоцианинов металла, таких как фталоцианин меди или фталоцианин железа, а также дополнительно содержит один или несколько поликатионоактивных полимеров. Фильтр дополнительно содержит одну или несколько рН-модифицирующих добавок, иных, чем поликатионоактивный полимер. Один или несколько фталоцианинов металла и один или несколько поликатионоактивных полимеров диспергированы по всему объему фильтра главным образом однородно. Изобретение предусматривает устройство для курения, содержащее упомянутый выше фильтр табачного дыма, и способ изготовления устройства. Технический результат - полное удаление токсичных и мутагенных соединений из табачного дыма, простота изготовления и удобство пользования. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 3 табл.
a) использование устройства для курения по п.21;
b) зажигание массы измельченного табака таким образом, что дым проходит через массу и поступает в фильтр; и
c) создание условий для прохождения дыма через фильтр, в результате чего осуществляется фильтрация дыма.
a) использование фильтра табачного дыма по п.1; и
b) прикрепление фильтра к массе измельченного табака.
| US 5746231 А, 05.05.1998 | |||
| Дробильно-размольный агрегат | 1958 |
|
SU121436A2 |
| ФИЛЬТР ТАБАЧНОГО ДЫМА ДЛЯ УДАЛЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ | 1997 |
|
RU2155529C2 |
| US 5501238 A, 26.03.1996. | |||
