Фильтрующий состав для табачного дыма

патефчОПИСАН Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ИЗОБРЕТЕН ИЯ к пьтентхИф 20 5,80, Бюллетен публиков ата опубликования описания 30058(72) Авторы изобретения Иностранцыман Б. Рэйнер и Питер Аллен Вильсон (США) Иностранная фирмаФилип Моррис Инкорпорейтед (США) 71) Заявитель( 5 4 ) ФИЛЬТРУ)0 ЩИЙ СОСТАВ ДЛЯ ТАБАЧНО Г Изо бретение от носится к прои зводству курительных иэделий, например сигарет, в частности к фильтрующему составу для табачного дыма, используемому в комбинации с табаком для удаления иэ последнего вредных веществ.Табачный дым, образующийся при курении сигарет, папирос или сигар, представляет собой аэрозоль, состоящий иэ мельчайших капель или частиц материала, суспендированных в газовой фазе. Табак в изделиях может находиться в виде нарезанных или цельных табачных листьев или в измельченном виде в смеси со связующим, а также в другом видеСуспендированные мельчайшие капли и/или части- цЫ рассматриваются как общее содержание в дыме мелких частиц (ТРМ). ТРМ могут быть удалены из дыма при помощи фильтрующих приспособлений для механического задерживания и захвата суспендированного материала. В стандартных условиях используют фильтрующую прокладкукембридж, которая изготовлена иэ стеклянных волокон, имеющих чрезвычайно малый диаметр. Та часть дыма, которая проходит через фильтрующую прокладкукембридж , рассматривается как газовая Фаза табачного дыма.Как ТРМ, так и газовая фаза табачного дыма, состоят из сложной смеси компонентов, которые создают вкус и аромат, получаемые при курении табака, при этом некоторые иэ компонентов газовой фазы, например окиси азота ИО, вредят вкусу и аромату.Наиболее часто применяемые для удаления нежелательных компонентов иэ газовой фазы табачного дыма фильтрующие материалы, в частности силикагель и активированный уголь, не обладают способностью удаления иэ него окисей азота. Известен также Фильтрующий состав для табачного дыма, включающий активированный пористый глинозем и перманганат натрия 11,Известный фильтрующий состав в свежеприготовленном состоянии обеспечивает удаление части окисей азота из дыма сигарет, но активность его снижается быстро при старении и под Этот фильтрующий состав является наиболее близким к описываемому25 Фильтрующему составудействием влаги, что непрактично при коммерческом применении.За время, пока табачные иэделия доходят до потребителя, нэ продуктойого табака выделяется значите,яьное количество паров влаги и летучих органических соединений, которые улавливаются герметичной упаковкой. О, О 5-3 О, 8 До момента открывания упаковки потребителем последняя может подвергаться действию температур в пределах от минус. 1 до 49 С. В таких условиях многие материалы, первоначально активные, теряют свою активность фильтрования табачного дыма.Цель изобретения - повьаоение эфФективности очистки табачного дыма от вредных веществ фильтрующим составом.Это достигается тем, что в предлагаемом фильтрующем составе для 20 табачного дыма, включающем активированный пористый глинозем и перманганат натрия, из глиноземов выбирают глинозем, содержащий от О, 5 до б вес.% кремнезема от веса послед него, при этом площадь поверхности выбранного глинозема составляет от 100 до 550 м/г, а объем пор от 0,2 до 0,9 см /г причем состав дополнительно содержит щелочное соеди- З 0 нение натрия при следующем соотношении компонентов, нес.В:Перманганат натрия 3,33-30Щелочное соединение натрияАктивированный пористый глинозем Остальное. Кроме того, фильтрующий состав дополнительно содержит частицы активированного угля с помощью поверхности 800-1 боо м /г в количестве 40225-50 вес,Ъ.Кроме того, фильтрующий состав дополнительно содержит воду в количестве от 1 до 30 от веса состава.Количество и концентрация раствора 45 перманганата натрия должны быть такими, что обработанный активированный пористый глинозем содержит примерно от 5 до ЗОВ и, предпочтительноот 10 до 20 вес.В раствора "- 50 перманганата натрия.Основное соединение, используемое в состане, представляет собой гидрат окиси натрия, карбонаты,фосФаты, бораты натрия и т.п. или смеси этих соединений. Молярное соотношение между основным соединением натрия и перманганатом натрия находится в интервале примерно от 10,5 до 1: 20, При соотношении ниже. 1:20 фильтрующий состав быстро и значи чительно теряет активность при хранении в герметиэированиой упаковке, ,а при соотношении свыше 1:0,5 - способность состава к очистке дима зт окисей азота снижается. 65 Актинированный глинозем получают путем нагревания гидратов окиси алюминия в течение достаточного периода времени при контролируемой температуре для возможности удаления большей части воды гидратов и достижения максимальной плошади поверхности, которую определяют методом адсорбции газа по БЭТ (метод Брунауэра, Эммета, Теллера) . Этот метод включает определение количества азота, требующегося для покрытия всей внутренней и наружной поверхности тщательно обезгаженного образца окиси алюминия слоем толщиной в одну молекулу,Объем пор гранул глинозема определяют ртутно-гелиевым методом,Глинозем употребляют в форме гранул с размером частиц, находящимся в интервале между примерно 8 и 100 меш, предпочтительно н интервале 8 и 80 меш, Особенно рекомендуемый интервал соответствует пределам, при мерно, от 20 до 60 меш, в случае фильтров для сигарет. 1 ранулы, имеющие размеры больше 100 меш, создают слишком большое сопротивление при затяжке сигаретой, а гранулы размером менее 8 меш имеют пониженную эффективность удаления окисей азота.После пропитки глинозема раствором перманганата натрия иэ гранул выпаривают воду при температуре ниже 120 С, предпочтительно н интервале между 0 и 50 С. Выпаривание проводят при помощи вакуума для потока сухого инертного газа, такого как азот, Степень высушивания соответствует сохранению гранулами примерно от 5 до 30 нес.Ъ воды из расчета на вес пропитанного глинозема.Предлагаемый фильтрующий состав практически производит окисление окиси азота до двуокиси азота и поглощает последнюю. Типичная сигарета, содержащая примерно 1 г смешанного табака при стандартном курении,примерно девятью затяжками, может выделить примерно от 300 до 400 мкг окисей азота в газовой фазе дыма.Определение окисей азота КО, в дыме сигарет проводят методом спектрометрии в инфракрасной области, а также методом спектрофотометрии в ультрафиолетовой области, что позволяет определить содержание окиси азота ХО до,момента ее реагирования с кислородом воздуха и образования других окислов азота.Предлагаемый фильтрующий состав обеспечивает снижение содержания окисей азота в табачном дыме до 30-80 даже после продолжительного хранения фильтрующего состава в герметизированной упаковке сигарет,Стабильность активных гранул при их хранении и их эффективность очистки дыма от вредных веществ, в частности окисей азота, может быть улуч 738495щена путем дополнительноГо введенияв состав частиц активированного углйв количестве 25-50 вес. с площадью .поверхности 800-1600 м/г. Размерычастиц угля могут быть сравнимы сразмерами частиц глинозема (в меш),но так как уголь имеет меньшую плотность, чем глинозем, то гранулы углядолжны быть меньше по размеру, чемгранулы глинозема для возможностисведения к минимуму седиментации засчет силы тяжести и влияния процесса разделения.Фильтрующий состав может бытьиспользован в качестве слоя междупрокладками стандартного Фильтра иэацетата целлюлозы. Затем Фильтр всборе помещают против цилиндрикаиэ табака, а для его крепления кпоследнему служит бумажная обертка,Фильтрующий состав может выпускатьсяотдельно от продуктового табака и используется в этом случае в сочетаниис мундштуком для сигар или сигарет,Фильтрующий состав может быть такжепомещен внутри папиросы.Во всех случаях фильтр, содержащий гранулы, должен иметь сопротивление к протягиванию (ВТД) менее,примерно чем 76 мм водяного столбапри измерениях, проводивших при скорости течения воздуха 1050 см /мин,Преимуществом предлагаемого фильтрующего состава является также егоспособность окисления окиси углеродадо двуокиси углерода при комнатнойтемпературе (21 С) . При пропусканиисинтетической смеси с содержаниемкомпонентов, вес.; СО 2,461 О 13,7;СО 5,56 и И 78,28, со скоростью40 см/мин через 25 миллиметровыйслой гранул 40/80 меш фильтрующегосостава, находящегося в стекляннойтрубке с внутренним диаметром 7 мм,за длительный промежуток времениСО полно ст ью удал яет ся,П р и м е р 1, Готовят раствор,состоящий иэ 25 г перманганата натрия, 2,5 г гидрата окиси натрия и100 мл дистиллированной воды. Берут50 г глинозема с 30-50 меш с площадьюповерхности 190 м/г с объемом пор0,25 смь/г и содержанием 0,1 двуокиси кремния,Пористый глинозем помещают в Фильтровальную воронку с пористой стеклянной пластинкой и раствор выливают так, что в него погружается глинозем. Выдерживают 5 мин при 21 ос и к нижней части воронки подсоединяют вакуум, что приводит к удалению раствора через пористую стеклянную пластинку. Полученные гранулы глииоэема, пропитанные раствором перманганата, помещают в вакуумную печь и сушат при 35 С до содержания в нем влаги 15. Полученный фильтрующий состав содержит 12 вес. перманганата натрия,Точное количество перманганата натрия, нанесенного на гранулы глинозема, определяют путем помещения некоторого взвешенного количества фильтрующего состава в стакан с водой и титрования его при 60 С 0,1 М раствором щавелевой кислоты в кислом растворе) до бесцветной конечной точки в соответствии с уравнениембС О +ана+1 ЬН 1 ОСО.2 И +ЬН Оа я г 2 афильтрующий состав Помещают в Фильтр сигареты, при этом берут его 400 мг и помещают в пространство длиной 10 мм между двумя стерженьками из ацетата целлюлозы длиной 5 мм каждый внутри бумажной трубки диаметром 8 мм.Прокладки длиной 5 мм и весом, примерно, 30,5 мг каждая, готовят иэ очесов 410 б денье, содержащих моноволокна с У-образным поперечным сечением, с восемью денье на моно- волокно.Этот собранный Фильтр имеет показатель ВТД примерно 6 3 мм водяного столба при скорости течения воздуха 1050 смь/ьщн. Для сравнения Фильтр крепят бумажной оберткой к контрольной сигарете длиной 85 мм, разработанной университетом Кентукки 1 В 1. Общая комбинация из Фильтра и сигареты имеет показатель 11 ТД 127 мм водяного столба при скорости пропускаемого воздуха 1050 см /мин,Затем сигареты помещают в стандартную коробку для 20 сигарет; в которой имеется внутренний слой металлизированной бумажной фольги, оберточной бумаги, покрытой слоем глины и связующего и наружной обертки из пленки полипропилена толщиной 0,075 мм, герметиэированной путем нагрева вдоль всех ее краев. упаковку подвергают действию ускооенных циклов старения и хранения путем помещения ее сначала в камер с циркулирующим воздухом при 43,33 С и 15-ной относительной влажностью на четверо суток с последующим помещением в камеру с циркулирующим воздухом при 32,2.2 С и 85-ной относительной влажностью на семь суток. Затем этот цикл повторяют еще один раз а 5 10 15 20 25 30 40 45 5 О 55 Сигареты, снабженные Фильтрующим составом и подвергнутые циклу ускоренного старения и хранения, испытывают следующим образом.Две сигареты одновременно подвергают испытанию на пригодность для курения на электрической курительной машине в которой воздух просасывают через горячую сигарету затяжками,Таблица 1 НаименоРаствор для абра иженне держая окизоте Иа)О длительностью 2 с при подаче 35 смф воздуха на одну затяжку. Продолжительность статического горения между затяжками составляет 60 с. Дым от восьми затяжек пропускают через Фильтрующую прокладку кембридж для удаления ТРМ. Полученную газовую Фазу объединяют при помощи обычного коллектора и собирают в предварительно эвакуированной однометровой кювете для анализа в инфракрасной области спектра.Газ, находящийся в кювете, после этого подвергают анализу методом спектрометрии в инфракрасной области с использованием инфракрасного спектрометра Перкина-Эльмера 221 с увеличенной шкалой ординаты, Проводят также параллельные опыты с тремя образцами. Аналогичным способом испытывают две контрольные сигареты, которые полностью сходны с сигарета- И ми, снабженными Фильтрами, за исключением того, что Фильтр полностьк состоит из цилиндра акетата целлюлозы длиной 20 мм, но не содержит фильтрующего состава. Полоса погло щения при длине волны 6,15 мкм представляет собой общее содержание окисей азота в дыме. Сравнение высоты поглощения для испытываемых сигарет с Фильтрующим составом и контрольных показывает, что при применении Фильтрующего состава снижение окисей азота н дыме составляет 42, Это снижение вычисляют, как 42-ное снижение высоты пика н инфракрасной области при длине волны 6, 15 мкм по сравнению с высотой пика для контрольных сигарет. Затем пять сигарет подвергают таким же испытаниям на действие ускоренных циклон старения и хранения и помещают в курительную машину, как этоописано.Дым этих сигарет смешивают всистеме коллектора и анализируютв спектрофотометре Кэрри (модель 11),который сканируют в интервале 212217 нм (ультрафиолетовая область).Высоту пиков в этой области сравнивают с высотой пиков, полученных дляконтрольного газа, содержаго 0,5окиси азота ИО в среде гелия, Наосновании результатов, полученныхдля одиннадцати затяжек, найдено,что контрольная сигарета выделяет360 мкг ИО. Сигареты с Фильтрующимсоставом выделяют лишь 186 мгк ИОна 11 затяжек, что обеспечивает 48снижения выделения ИО,П р и м е р 2. Используют тот жеисходный глинозем, как и примере 1,и готовят растворы перманганата натрия с тем же его содержанием.Растворы содержат при этом различные коли -честна и типы основных соединенийнатрия. Состав растноров приведенн табл.1,Растворы применяют для пропитывания гранул глинозема, пропитанные гранулы обрабатывают, готовят из них фильтрующий состав для сигарет, сигареты упаковывают, подвергают ста-. рению и испытанию, как это описано. н примере 1, пользуясь методом спектрометрин н инфракрасной области.Полученные данные приведены н табл.1738495 10 ИаМпО 25 Т а бл и ц а 2 ижение ИОЪ айп 04 1,0 2,5 б 5,0 0,0 0 кись алюинияАлкоа-Н)Я 10 5 0 50,0 50 Окись алюминия (АлкоаГ) Я 1.0й 0,25 5 Окись алюм ния (Алкоа С)Я 10 з,2 Окись алюминия ЯдО 3 0 3 3 О СиликагелЯ 10 0,45 9,7 80 н агре Кага Ок магнияО нижение ИО,Ъ Вид перм анат(Мп О б рлит.ЕгОзАЯзОз 8,0 5 Са(ипо 2 д (МпО 4) 2 и (МпО 4) 2 Диатомземля ат П р и м е р 3. При применениигранул глинозема и метода пропитывания,перманганатом, как описано впримере 1, готовят ряд,фильтрующкхсоставов, в которых содержание перманганата натрия изменяют, применяярастворы перманганата натрия и основных соединений натрия с различнойконцентрацией,Используют гидрат окиси натрия вмолярном соотношении с перманганатом натрия 1:3, Пропитанные гранулыглинозема подвергают обработке, готовят из них фильтрующий состав вкомбинации с сигаретой, последниеупаковывают, подвергают старению ииспытанию, как описано в примере 1,пользуясь методом спектрометрии винфракрасной области.Уровень содержания перманганатаи данные испытаний приведены втабл.2,Весовые проценты вычисляют иэ расчета на общий сухой вес гранул глинозема, пропитанных перманганатомП р и м е р 4. Гранулы глинозема пропитывают раствором перманганата, как описано в примере 1, но лерманганат натрия заменяют перманганатами других металлов. Общий уровень содержания перманганата в каждом случае регулируют по содержанию МпО, которое должно составлять примерно 10 вес.Ъ иэ расчета на пропитанные гранулы глинозема. Пропитанные гранулы глинозема обрабатывают, готовят из них фильтрующий состав, упаковывают, подвергают старению и испытанию методом спектрометрии в инфракрасной области, как описано .в примере 1.Данные испытаний КИпо 4 0Результаты показывают, что перман"ганат натрия является более, чем вдва раза, эфФективнее, чем другиеиспытывавшиеся материалы, для снижения содержания в дыме НО.и р и м е р 5, Для обработки рядагранулированных субстратов используютраствор перманганата и основного соединения натрия, как описано в примере 1, и раствором пропитывают рядгранулированных субстратов с размером частиц 30/50 меш. Гранулы, содержащие перманганат, обрабатывают,готовят из них фильтрующий составдля сигарет, последние упаковывают,подвергают старению и испытывают ме тодом спектрометрии В инфракраснойобласти, как описано в примере 1.Данные исследований приведеныв табл. 3, при этом наилучшие резуль"таты получают при использовании глинозема, содержащего менее, чемб вес,Ъ двуокиси кремния.Таблица 311 Продолжение табл, 4 Продолжение табл,З а ь12 130 О 4 20 б 100 зоо 12 4 ОО 1 ОО З Оу 26 О ЕпО 10 Результаты табл. 4 показывают,О что существует синергетическийэффект при комбинировании пропитанных гранул глинозема с активированным углем, причем ни один из материа 15 лов в чистом виде не может дать таких же результатов какие получаютдля их комбинации,Уголь(дивинелбензол) Формула изобретения 1 Фильтрующий состав для табачного дыма, включающий активиронанный пористый глинозем и перманганат натрия, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности очистки дыма от вредных веществ, из глиноземов выбирают глинозем, содержащий от 0,5 до 6 вес,Ъ кремнезема от веса последнего, при этом площадь поверхности выбранного глинозема составляет от 100 до 550 мэ/г, а объем пор от 0,2 до 0,9 см /г, причем состан дополнительно содержит щелочное соеди.нение натрия при следующем соотношении компонентов, вес,б:Перманганат натрия 3, 33-30Щелочное соединениенари ,8йктивированный пористый глинозем Остальное Та блиц Ов 05-30 400 по п.1,ем, что частицы площадью г в колиотличан дсполнительктивированповерхностиестве 25-50 2. Сост щий ся но содержи ного угля 600-1600 м300 100 00 ес. . 6 р 6. Гранулы глинозема обрабатывают, как описано в примере 1, используя раствор, содержащий, г: перманганат натрия 25 ЗО гидрат окиси натрия 2,5; дистиллированная вода 100. Пропитанные гранулы содержат 12 нес.перманганата натрия, Пропитанные гранулы смешивают с гранулами акти нированного угля 30/70" 35 меш с площадью поверхности 1200 м/г для получения фильтрующего состава. Эту смесь используют для получения сигарет с фильтрующим составомкоторые упаковывают и испытывают, как 40 описано в примере 1, пользуясь методом спектрофотометрии в ультрафиолетовой области для определения содержания ЯО.пространстно между фильтрующими 4 прокладками изменяют н пределах от 10 до 15 мм для размещения в нем 400 мг фильтрующего состава, актнвированного угля или их смеси. Данные испытаний приведены н табл.4, 5 О Однако, несмотря на синергетический эффект, полученный при применеНии глинозема, пропитанного перманганатом и основным раствором, смешанным с гранулами угля, фильтрующий состав можно употреблять с другими материалами, например силикагелем, синтетическими полимерами, целлюлозой, пористыми материалами, служащими носителями активных веществ, и зти материалы могут избирательно поглощать другие вредные компоненты дыма. Возможно также использование вкусовых веществ в сочетании с предлагаемым фильтрующим сост аном.736495 13 Составитель А. БражниковаРедактор Т; Никольская Техред Ж.Кастелевич Корректор МВигула Тираж 377 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Заказ 2840/40 филиал ППП фПатент ф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 3, Состав по п.1, о т л и ч ав- щ и й с я тем, что, он дополнительно содержит воду в количестве от 1 до 30 от веса состава. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент,Сц.А 9 3434479,кл. 131-109, опублик. 1970.