ES2273220T3 - Filtro que contiene una ftalocianina metalica y un polimero policationico. - Google Patents
Filtro que contiene una ftalocianina metalica y un polimero policationico. Download PDFInfo
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Abstract
Un filtro para el humo de tabaco que comprende una o más de una ftalocianina metálica, y que comprende además uno o más de un polímero policatiónico.
Description
Filtro que contiene una ftalocianina metálica y
un polímero policatiónico.
Se sabe ampliamente que el humo de tabaco
contiene compuestos mutagénicos y carcinogénicos que provocan una
morbilidad y mortalidad sustancial a los fumadores. Los ejemplos de
dichas sustancias incluyen hidrocarburos aromáticos policíclicos
(PAH) y nitrosaminas.
Parece que los hidrocarburos aromáticos
policíclicos provocan toxicidad intercalándose dentro de las
moléculas de ADN. Las nitrosaminas son agentes electrófilos, de
alquilación que son carcinógenos potentes. Las nitrosaminas no
están presentes en el tabaco fresco o verde y no se forman durante
la combustión. En lugar de ello, se forman por reacciones que
implican nitrato libre durante el procesamiento y almacenamiento de
tabaco, o mediante la activación metabólica
post-inhalación, de aminas secundarias presentes en
el humo de tabaco.
Los intentos para reducir la cantidad de
compuestos tóxicos y mutagénicos que llegan al fumador incluyen
filtros para el humo de tabaco situados entre el tabaco que se está
quemando y el fumador. Los filtros convencionales están hechos de
acetato de celulosa, con o sin carbono activado. Estos filtros
convencionales, sin embargo, sólo son parcialmente eficaces para
reducir la cantidad de compuestos tóxicos y mutagénicos que llegan
al fumador. Además, los filtros convencionales desventajosamente
retiran compuestos aromáticos, disminuyendo así la aceptación por
parte del fumador.
Adicionalmente, los fumadores de tabaco tienden
a dosificar su dosis de nicotina para obtener la misma cantidad de
nicotina de productos de tabaco de bajo contenido de nicotina
inhalando más humo de lo que inhalarían cuando usan un producto de
tabaco de alto contenido de nicotina. Por lo tanto, los fumadores de
tabaco estarán expuestos potencialmente a una mayor cantidad de
algunos carcinógenos cuando usan productos de tabaco de bajo
contenido de nicotina que cuando usan productos de tabaco de alto
contenido de nicotina.
Los documentos
US-A-6164288,
US-A-5 909 736, WO 97/22268 y
US-A-5 975 086 describen filtros
para el humo de tabaco que comprenden un compuesto
ftalocianina.
Los documentos
US-A-3 716 063 y
EP-A-0 374 861 describen filtros
para el humo de tabaco que comprenden un polímero
policatiónico.
Hay, por lo tanto, una necesidad de un filtro
mejorado para un dispositivo para fumar que retire sustancialmente
compuestos tóxicos y mutagénicos del humo de tabaco. Además, hay una
necesidad de un filtro mejorado que permite el paso de los
compuestos aromáticos mientras que retira sustancialmente los
compuestos tóxicos y mutagénicos del humo de tabaco.
Adicionalmente, hay una necesidad de un filtro mejorado que aumenta
la proporción de nicotina a compuestos mutagénicos. Dicho filtro
mejorado sería preferiblemente sencillo y barato de fabricar, y
fácil de usar.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, se proporciona un filtro para el humo de tabaco que
comprende una o más de una ftalocianina metálica, y que comprende
además uno o más de un polímero policatiónico. En una realización,
la una o más de una ftalocianina metálica es una ftalocianina de
cobre. En una realización preferida, la ftalocianina de cobre se
selecciona entre el grupo compuesto por colorante C.I. Azul Reactivo
21 y colorante ORCO Azul Turquesa GGX. En una realización
preferida, la una o más de una ftalocianina metálica es una
ftalocianina de hierro, tal como un análogo de hierro del colorante
C.I. Azul Reactivo 21.
En otra realización, el uno o más de un polímero
policatiónico tiene un resto catiónico que comprende uno o más de
un grupo amino primario o secundario. En una realización preferida,
el uno o más de un polímero policatiónico se selecciona entre el
grupo compuesto por poli(propilenimina), polivinilamina,
poli(2-etilaziridina),
poli(2,2-dimetilaziridina, y
poli(2,2-dimetil-3-n-propilaziridina)
y una combinación de los anteriores. En una realización
particularmente preferida, el uno o más de un polímero
policatiónico es polietilenimina (PEI).
En una realización preferida, el uno o más de un
polímero policatiónico tiene un peso molecular mayor de 1000
Dalton. En otra realización preferida, el uno o más de un polímero
policatiónico tiene un peso molecular de entre aproximadamente 1000
y 100.000 Dalton. En una realización preferida, el filtro comprende
adicionalmente celulosa que está sustancialmente libre de acetato
de celulosa.
En una realización preferida, la una o más de
una ftalocianina metálica es una ftalocianina de cobre, y el
polímero policatiónico es polietilenimina. En otra realización
preferida, la una o más de una ftalocianina metálica es una
ftalocianina de hierro, y en la que el polímero policatiónico es
polietilenimina.
En una realización, el filtro para el humo de
tabaco de la presente invención comprende adicionalmente uno o más
de un aditivo modificador del pH del filtro, distinto del polímero
policatiónico. En otra realización, el uno o más de un aditivo
modificador del pH del filtro es una sal inorgánica, tal como
carbonato sódico, carbonato cálcico, fosfato sódico, fosfato
cálcico o una resina de intercambio catiónico. En otra realización,
el filtro para el humo de tabaco comprende adicionalmente
quitina.
En una realización, la una o más de una
ftalocianina metálica y el uno o más de un polímero policatiónico
están dispersos por todo el filtro de una manera sustancialmente
uniforme. En otra realización, el filtro para el humo de tabaco
comprende un primer segmento y un segundo segmento, comprendiendo el
primer segmento la una o más de una ftalocianina metálica y el uno
o más de un polímero policatiónico, y el segundo segmento está
sustancialmente libre tanto de una ftalocianina metálica como de un
polímero policatiónico. En otra realización, el filtro para el humo
de tabaco comprende un primer segmento, un segundo segmento y un
tercer segmento, y el primer segmento comprende la una o más de una
ftalocianina metálica aunque está sustancialmente libre de una
ftalocianina metálica, el segundo segmento comprende tanto la una o
más de una ftalocianina metálica como el uno o más de un polímero
policatiónico, y el tercer segmento comprende uno o más de un
polímero policatiónico aunque está sustancialmente libre de una
ftalocianina metálica.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un dispositivo para fumar que comprende
un filtro para el humo de tabaco de acuerdo con la presente
invención. De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un método para filtrar el humo de tabaco
que comprende, en primer lugar, proporcionar un dispositivo para
fumar de acuerdo con la presente invención, quemar el cuerpo de
tabaco dividido de manera que el humo pasa a través del cuerpo y
hacia el filtro, y permitiendo que el humo pase a través del
filtro, filtrando de esta manera el humo.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un método de preparación de un dispositivo
para fumar que comprende, en primer lugar, proporcionar un filtro
para el humo de tabaco de acuerdo con la presente invención, y
fijar el filtro a un cuerpo de tabaco dividido. En una realización,
el método comprende adicionalmente pulverizar una solución del uno
o más de un polímero policatiónico sobre el material del que se
hace el filtro para el humo de tabaco, donde la concentración de
polímero policatiónico en la solución es entre aproximadamente el
0,5 y el 50%. En otra realización, el método comprende
adicionalmente pulverizar una solución del uno o más de un polímero
policatiónico sobre el material del que se hace el filtro para el
humo de tabaco, donde la concentración de polímero policatiónico en
la solución es entre aproximadamente el 1 y el 10%. En otra
realización, el filtro para el humo de tabaco comprende papel hecho
de pulpa, y el método comprende adicionalmente añadir el polímero
policatiónico a la pulpa antes de poner la pulpa sobre tamices de
fabricación de
papel.
papel.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, se proporciona un filtro para el humo de tabaco. El
filtro puede proporcionarse en combinación con cigarros o puros u
otros dispositivos para fumar que contienen tabaco dividido.
Preferiblemente, el filtro se fija a un extremo del dispositivo para
fumar, situado de manera que el humo producido por el tabaco pasa
por el filtro antes de llegar al fumador. El filtro puede
proporcionarse también por sí mismo, en una forma adecuada para
unirse a un cigarro, puro, pipa, u otro dispositivo para fumar.
El filtro de acuerdo con la presente invención
retira ventajosamente una proporción significativa de mutágenos y
carcinógenos del humo de cigarro. El filtro retiene adicionalmente
de manera satisfactoria o mejorada el sabor del humo, el contenido
de nicotina, y las características atrayentes. El filtro se diseña
para que sea aceptable para el usuario, que no sea ni muy incómodo
ni poco atractivo como lo son los filtros preparados en el mercado
que se diseñan para añadir al extremo de cigarros prefabricados.
Además, los filtros de acuerdo con la presente invención pueden
realizarse con componentes baratos, seguros y eficaces, y pueden
fabricarse con sólo modificaciones minoritarias de la maquinaria
convencional de fabricación de cigarros.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, el filtro comprende un sustrato poroso. El sustrato
poroso puede ser cualquier material no tóxico adecuado para usar en
filtros para dispositivos para fumar que sea adecuado también para
la incorporación con las otras sustancias de acuerdo con las
realizaciones de la presente invención. Dichos sustratos porosos
incluyen fibra celulósica tal como acetato de celulosa, algodón,
pulpa de madera, y papel; y poliésteres, poliolefinas, materiales de
intercambio de iones y otros materiales como entenderán los
especialistas en la técnica con referencia a esta descripción.
Como se usa en este documento, el término
"comprender" y las variaciones de dicho término, tales como
"comprendiendo" y "que comprende," no pretenden excluir
otros aditivos, componentes, enteros o etapas.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, el filtro comprende uno o más de un humectante, con o
sin otras sustancias descritas en este documento. El humectante es
capaz de absorber la humedad del humo de tabaco y liberarla hacia
el sustrato poroso para filtrar en húmedo el humo de tabaco que pasa
a través del filtro. Entre otras ventajas, los sistemas de
filtración en húmedo de acuerdo con la presente invención ayudan a
retirar la materia particulada del humo de tabaco y pueden hacerse
integrales con un producto que contiene tabaco.
El humectante puede ser cualquier humectante
adecuado. Por ejemplo, el humectante puede seleccionarse entre el
grupo compuesto por glicerol, sorbitol, propilenglicol, lactato
sódico, cloruro cálcico, fosfato potásico, pirofosfato sódico o
polifosfato sódico, citrato cálcico, gluconato cálcico, citrato
potásico, gluconato potásico, tartrato sódico, tartrato sódico
potásico, y glutamato sódico.
En una realización preferida, el humectante
incorporado al filtro es piroglutamato sódico (conocido también
como
2-pirrolidona-5-carboxilato
sódico o NaPCA). Ventajosamente, el piroglutamato sódico no es
tóxico, es eficaz para retirar partículas cargadas del humo de
tabaco y funciona como un humectante en el intervalo de temperatura
del humo de tabaco. Además, no es peligroso, es estable, sencillo de
fabricar y fácil de usar. El piroglutamato sódico tiene la
siguiente estructura:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Los filtros de acuerdo con la presente invención
son sencillos y baratos de fabricar. En un método de fabricación,
se prepara una solución que contiene el humectante, tal como
piroglutamato sódico. Después, el sustrato poroso se humedece con
la solución. El sustrato humedecido se seca después, dejando un
residuo del humectante disperso sobre o en el sustrato poroso. En
una realización preferida, el humectante está presente en una
cantidad de aproximadamente el 5 a aproximadamente el 60% en peso
seco del filtro.
La eficacia de un filtro para el humo de tabaco
que contiene piroglutamato sódico de acuerdo con la presente
invención se ensayó de la siguiente manera.
Se ensayaron tres tipos de filtros para la
eficacia relativa para retirar el alquitrán del humo de cigarro:
1) Filtro convencional acetato de celulosa
("Cel-Ac");
2) Filtro de filtración en húmedo para humo de
tabaco que contiene acetato de celulosa con piroglutamato sódico
("SoPiro") de acuerdo con la presente invención; y
3) Filtro de filtración en húmedo disponible en
el mercado para humo de tabaco (Aquafilter®, Aquafilter
Corp.).
Corp.).
Los filtros de acetato de celulosa que contienen
piroglutamato sódico se prepararon, en primer lugar, retirando los
filtros celulósicos de los cigarros comerciales. Las fibras pesaban
aproximadamente 0,21 g. A continuación, se aplicaron
aproximadamente 0,5 ml de una solución al 10% en peso de
piroglutamato sódico a cada filtro, y el filtro se secó durante una
noche a 60ºC.
El filtro de acetato de celulosa convencional y
los filtros de acetato de celulosa que contienen piroglutamato
sódico se pesaron e insertaron en un segmento de 40 mm de tubo de
policarbonato que tiene un diámetro interno idéntico al diámetro
externo de un cigarro convencional. Un cigarro sin filtro que tiene
0,85 g de tabaco se insertó en un extremo del tubo de policarbonato
cerca de un extremo del filtro. El otro extremo del tubo de
policarbonato se unió al tubo conectado a una bomba de succión. Cada
tipo de filtro se ensayó por duplicado. Cada Aquafilter® usado en
este ensayo se unió también a un cigarro sin filtro que tenía 0,85 g
de tabaco y después se unió a un tubo conectado a una bomba de
succión.
Los cigarros con filtro se prendieron y se
aplicó una succión intermitente, simulando la inhalación de humo de
cigarro, hasta que el cigarro se hubo quemado hasta 12,5 mm del
extremo no prendido. Los filtros se retiraron del tubo de
policarbonato o se retiraron del Aquafilter®, se pesaron, y se
pusieron en 10 ml de metanol para eluir el alquitrán y otras
sustancias del humo que quedaron retenidas en el filtro. La
absorbancia de luz (a una longitud de onda de 350 nm) de los
eluatos etanólicos del filtro se usó como índice de la cantidad de
componentes del humo retenidos en los filtros. También se registró
el peso ganado por los filtros durante el paso del humo. Los
resultados del ensayo se presentan en la Tabla 1.
Basándose en los datos de absorbancia, los
filtros de acuerdo con una realización de la presente invención
(Ensayos 3 y 4) son significativamente más eficaces que los filtros
de acetato de celulosa convencionales sin el humectante (Ensayos 1
y 2), y también más eficaces que el Aquafilter® (Ensayos 5 y 6).
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un filtro para filtrar en húmedo humo de
tabaco que comprende "agua seca", con o sin otras sustancias
descritas en este documento. El agua seca es una combinación de
sílice metilada y agua. En una realización, la sílice metilada está
presente en una cantidad de aproximadamente el 5 al 40% y el agua
está presente en una cantidad de aproximadamente el 60 al 95% en
peso. En una realización preferida, la sílice metilada está presente
en una cantidad de aproximadamente el 10% y el agua está presente
en una cantidad de aproximadamente el 90% en peso. Ventajosamente,
el agua seca tiene una buena estabilidad cuando se usa en un filtro
de acuerdo con la presente invención. Además, es barata, no tóxica
y no es perjudicial para el medio ambiente.
En una realización preferida, el agua seca está
presente en una cantidad de aproximadamente el 1% a aproximadamente
el 20% en peso del filtro. En una realización particularmente
preferida, el agua seca está presente en una cantidad de
aproximadamente el 5% a aproximadamente el 10% en peso del
filtro.
El agua seca para usar con la presente invención
puede prepararse, por ejemplo, agitando agua en exceso con sílice
metilada en un recipiente cerrado hasta que se consigue una emulsión
en equilibrio. El exceso de agua se decanta, y un agente de secado,
tal como sílice no derivatizada, se añade en cantidades equivalentes
al 10% de la cantidad de sílice metilada en la emulsión. La
emulsión se agita adicionalmente para dispersar el agente de
secado.
Un problema asociado con el uso de agua seca en
un filtro para el humo de tabaco es que, cuando está presente como
una capa continua entre el tabaco y el fumador, el agua seca tiende
a taponar los poros del filtro, aumentando de esta manera la
resistencia al flujo de aire y disminuyendo el placer de fumar. Para
superar este problema, se proporciona una realización de la
presente invención que tiene agua seca mezclada con un material
fibroso suelto. Este material fibroso adicional proporciona la
estructura para reducir el impacto de las partículas de sílice en
el material de filtro cuando el fumador aplica succión. Los ejemplos
de dicho material incluyen celulosa o acetato de celulosa que tiene
longitudes de fibra suficientemente cortas de manera que el agua
seca se comporta como un polvo fluido. En una realización preferida,
la longitud de la fibra es menor de aproximadamente 1 mm. En una
realización preferida, el filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la presente invención incluye una porfirina, como se analiza en
este documento, además del agua seca. Por ejemplo, un filtro para
el humo de tabaco de acuerdo con la presente invención incluye una
sección de entre aproximadamente 3 mm y 6 mm llena con agua seca,
clorofilina y celulosa, dentro del filtro o en el extremo distal del
filtro entre el material de filtro convencional y el tabaco. El
humo de tabaco en dicho filtro pasa a través del agua seca y la
porfirina que retienen los constituyentes carcinogénicos del humo
dentro de la capa de agua seca y clorofilina.
Los filtros para el humo de tabaco de acuerdo
con este aspecto de la presente invención pueden prepararse
añadiendo una mezcla de agua seca y porfirina durante la fabricación
del filtro o pueden prepararse inyectando la mezcla en el filtro o
en la superficie de contacto entre el tabaco y el filtro
convencional. La mezcla de agua seca y porfirina puede inyectarse
al extremo axial del filtro o a través del lateral del dispositivo
para fumar, tal como mediante una cánula unida a un dispositivo de
inyección. Preferiblemente, el dispositivo de inyección mide la
cantidad de material administrado por cada inyección.
Como alternativa, la mezcla de agua seca y
porfirina puede incluirse en una extensión de filtro para que el
fumador la una a un dispositivo para fumar convencional tal como un
cigarro convencional, o a un filtro de cigarro. La extensión de
filtro comprende una capa de agua seca y porfirina y,
preferiblemente, un material fibroso como matriz. La extensión de
filtro comprende adicionalmente un manguito que se extiende
axialmente hacia delante para ajustarse al extremo proximal del
dispositivo para fumar. El manguito se une mediante un elemento de
retención poroso para mantener el agua seca y la porfirina dentro de
la extensión de filtro. Preferiblemente, el manguito comprende
adicionalmente una longitud del material de filtro convencional de
manera que, después de conectarlo al dispositivo para fumar, la
extensión de filtro y el dispositivo para fumar parecen
sustancialmente un dispositivo para fumar convencional.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un filtro de cigarro que comprende una o
más de una ftalocianina metálica, tal como por ejemplo una porfirina
tal como clorofila, con o sin otras sustancias descritas en este
documento. Preferiblemente, la ftalocianina metálica es una
porfirina que contiene hierro o una porfirina que contiene cobre,
tal como clorofilina y trisulfonato de ftalocianina de cobre
(ftalocianina de cobre, ftalocianato de cobre).
Las porfirinas son compuestos planos que
inactivan varias clases de mutágenos y carcinógenos. Las porfirinas
inactivan mutágenos y carcinógenos planos fundamentalmente uniendo
el carcinógeno a la estructura plana de la porfirina mediante
interacciones hidrófobas. Por lo tanto, idealmente sería necesario
mantener las porfirinas en entornos acuosos para que adsorban
óptimamente estos carcinógenos del humo de tabaco. Las porfirinas
inactivan también carcinógenos por unión a hidrocarburos aromáticos
policíclicos (PAH) mediante enlaces \pi-\pi
(pi-pi). Las porfirinas que contienen cobre
inactivan también muchas clases de mutágenos y carcinógenos no
planos incluyendo algunas nitrosaminas por reacción con el ión
cobre. Aunque se sabe que inactivan diversos carcinógenos, no se ha
sabido cómo utilizar eficazmente las porfirinas en filtros para el
humo de tabaco.
La clorofilina es una porfirina de origen
natural, que contiene cobre y es la forma estable de la clorofila
en la que el magnesio presente en la clorofila se ha sustituido por
cobre. La clorofilina tiene la siguiente fórmula:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La clorofilina, sin embargo, es difícil de unir
químicamente a los componentes del filtro para el humo de tabaco.
Por lo tanto, en una realización preferida, la porfirina que
contiene cobre incorporada al filtro para el humo de tabaco es
ftalocianina de cobre. La ftalocianina de cobre es un análogo
sintético de clorofilina no tóxico, que puede unirse más fácilmente
a los componentes del filtro para el humo de tabaco que la
clorofilina. La ftalocianina de cobre tiene la siguiente
fórmula:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La ftalocianina de cobre puede incorporarse a un
filtro para el humo de tabaco añadiendo directamente la ftalocianina
de cobre al filtro para el humo de tabaco. En una realización
preferida, la ftalocianina de cobre puede incorporarse a un filtro
para el humo de tabaco como un ligando unido covalentemente a
algodón, tal como "algodón azul", a rayón, tal como "rayón
azul", o a otro material adecuado. En otra realización preferida,
la ftalocianina de cobre puede incorporarse a un filtro para el
humo de tabaco en combinación con otras realizaciones del filtro
para el humo de tabaco de la presente invención. En una realización,
la ftalocianina de cobre se une a las fibras celulósicas como el
colorante C.I. Azul Reactivo 21, como se describe en Hayatsu,
Journal of Chromatography, 597:37-56 (1992),
incorporado en este documento como referencia en su totalidad, que
forma una unión éter estable con los grupos hidroxilo libres en las
fibras celulósicas u otros materiales en condiciones moderadas (a
diferencia de clorofilina y otras porfirinas), produciendo de esta
manera "Celulosa Azul 21". En otra realización, la
ftalocianina de cobre se une a las fibras celulósicas como el
colorante ORCO, Azul Turquesa GGX, produciendo "Celulosa GGX".
Ambos colorantes se obtuvieron de Organic Dyestuffs Corporation
(ORCO), East Providence, Rl US.
La celulosa es el material base usado para
fabricar filtros para el humo de tabaco. La forma convencional de
la celulosa usada para fabricar filtros para el humo de tabaco son
fibras de acetato de celulosa, hechas tratando celulosa con
anhídrido acético. Esta reacción sustituye los grupos hidroxilo
libres presentes en la celulosa natural con grupos acetato más
hidrófobos. El acetato de celulosa se trata después con triacetina
(triacetato de glicerol), un disolvente que une algunas de las
fibras de acetato de celulosa juntas porque el acetato de celulosa,
a diferencia de la celulosa, es parcialmente soluble en triacetina.
Desventajosamente, sin embargo, al sustituir los grupos hidroxilo
con grupos acetato y tratar la celulosa con triacetina disminuye en
gran medida el número de sitios de unión potenciales para las
moléculas de porfirina que contiene cobre y hace al acetato de
celulosa tratado con triacetina menos deseable como material base
para filtros para el humo de tabaco que la celulosa no tratada.
Por lo tanto, de acuerdo con una realización de
la presente invención, se proporciona un filtro para el humo de
tabaco que comprende uno o más de un segmento, que es, al menos un
primer segmento. El primer segmento comprende porfirina que
contiene cobre y celulosa que no se ha tratado con anhídrido acético
o triacetina. Preferiblemente, el filtro para el humo de tabaco
comprende adicionalmente un segundo segmento que comprende acetato
de celulosa tratado con triacetina aunque está sustancialmente libre
de porfirina que contiene cobre.
De acuerdo con una realización de la presente
invención, se proporciona un método de preparación de un filtro
para el humo de tabaco que comprende una ftalocianina de cobre. A
modo únicamente de ejemplo, el método se realizó de la siguiente
manera. Los colorantes se añadieron a las fibras celulósicas
añadiendo en primer lugar 20 g de celulosa a 400 ml de agua
destilada. Después, se añadieron 20 g de sulfato sódico y se
disolvieron, seguido de 2,4 gramos de colorante. A continuación, se
añadieron 8 g de carbonato sódico mientras se agitaba y la mezcla
se calentó a aproximadamente 30ºC durante 35 minutos. Después, la
temperatura se aumentó a 70ºC durante 60 minutos más para completar
la unión covalente de la porfirina que contiene cobre a la fibra de
celulosa. A continuación, la mezcla se recogió en una malla y se
enjuagó minuciosamente con agua destilada y, finalmente con 200 ml
de etanol, produciendo pulpa de celulosa con porfirina que contiene
cobre unida covalentemente, que se dejó secar a temperatura
ambiente. Aunque en esta descripción se dan tiempos y temperaturas
de reacción específicos a modo de ejemplo, es posible la variación
de los parámetros de tiempo y temperatura de reacción, de acuerdo
con procedimientos conocidos en la unión de colorantes reactivos de
vinil sulfona a tejidos, como entenderán los especialistas en la
técnica con referencia a esta descripción. En una realización
preferida, la ftalocianina de cobre está presente en una cantidad
de aproximadamente el 0,1 a aproximadamente el 5% en peso seco del
filtro libre o unida covalentemente. En una realización
particularmente preferida, la ftalocianina de cobre está presente
en una cantidad de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 3% en
peso seco del filtro.
En una realización de la presente invención, se
proporciona un dispositivo para fumar que comprende un cuerpo de
tabaco dividido fijado a un filtro para el humo de tabaco que
comprende el primer segmento. Preferiblemente, el dispositivo para
fumar comprende el primer segmento adyacente al cuerpo de tabaco
dividido y un segundo segmento adyacente que está en el extremo
proximal del dispositivo para fumar. Esta configuración
ventajosamente permite al usuario del dispositivo para fumar
extraer el humo directamente mediante el segundo segmento del
filtro para el humo de tabaco, obteniendo de esta manera una
sensación convencional cuando se usa el dispositivo para fumar.
En otra realización de la presente invención, se
proporciona un método de preparación de un filtro para el humo de
tabaco como se describe en esta descripción. El método produce un
filtro para el humo de tabaco que comprende porfirina que contiene
cobre, tal como ftalocianina de cobre, que tiende a permanecer
dispersa uniformemente en el filtro durante el proceso de
fabricación y según se va acumulando la humedad en el filtro durante
la combustión del tabaco, y que no tiende a lixiviarse del filtro
durante el uso.
El método comprende preparar el material de
filtro a partir de celulosa o de otros materiales a los que una o
más de una porfirina que contiene cobre se han unido covalentemente.
El material de filtro se prepara después en filtros para el humo de
tabaco que comprende al menos un segmento del material con porfirina
que contiene cobre unida covalentemente. El filtro para el humo de
tabaco puede comprender también uno o más de un segmento de
material que esté sustancialmente libre de porfirina que contiene
cobre. El uso de material de filtro que comprende porfirina que
contiene cobre unida covalentemente, permite fabricar a alta
velocidad un gran volumen de los dispositivos para fumar, tales
como cigarros, que incorporan un filtro de acuerdo con la presente
invención usando el equipo
existente.
existente.
El método comprende las etapas de, en primer
lugar, proporcionar una o más de una porfirina que contiene cobre,
tal como ftalocianina de cobre. En una realización preferida, la
porfirina que contiene cobre es un derivado de vinilsulfona de
trisulfonato de ftalocianina de cobre, tal como el colorante C.I.
Azul Reactivo 21 (ORCO® REACTIVE Turquoise RP, disponible en
Organic Dyestuffs Corporation, East Providence, Rl US).
Las cantidades de material dadas en las
siguientes etapas son cantidades relativas y, por ejemplo, son
únicas. Las cantidades se aumentarán de escala hacia la producción
comercial como entenderán los especialistas en la técnica con
referencia a esta descripción. Después de proporcionar la porfirina
que contiene cobre, se produce una mezcla que comprende una
proporción en peso de aproximadamente 1,2:10 de porfirina que
contiene cobre a fibra de celulosa, de manera que aproximadamente
1,2 g de la porfirina que contiene cobre y aproximadamente 10 g de
fibra de celulosa de una calidad adecuada para usar como pulpa para
la preparación de papel. La mezcla también comprende
preferiblemente aproximadamente 10 g de sulfato sódico en
aproximadamente 200 ml de agua sin cloro.
Después, la mezcla se calienta a aproximadamente
30ºC durante aproximadamente 35 minutos, después de lo cual, la
temperatura se eleva a aproximadamente 70ºC durante aproximadamente
60 minutos para completar la unión covalente de la porfirina que
contiene cobre a la fibra de celulosa. A continuación, la mezcla se
recoge en una malla y se enjuaga minuciosamente con agua corriente,
produciendo fibra de celulosa con porfirina que contiene cobre
unida covalentemente. La fibra de celulosa con porfirina que
contiene cobre unida covalentemente, se forma después en un
segmento de un filtro para el humo de tabaco usando el equipo
disponible en el mercado. El filtro se une después a un cuerpo de
tabaco dividido para producir un dispositivo para fumar de acuerdo
con la presente invención. Adicionalmente, la presente invención
comprende papel impregnado con porfirina que contiene cobre hecho
como se ha descrito anteriormente, para usar en la preparación de
filtros para el humo de tabaco o para otros
usos.
usos.
Para fabricación a escala comercial, la reacción
de unión covalente para unir una porfirina metálica reactiva, tal
como C.I. Azul Reactivo 21, se realiza preferiblemente en un tanque
de atrición (desgaste por frotamiento) de pulpa, tales como los
presentes en una instalación de fabricación de papel. Además
preferiblemente, la reacción de unión covalente comienza con una
carga de pulpa de entre aproximadamente el 5% y el 10% en agua.
Típicamente, la fibra de celulosa usada para fabricar el papel para
el filtro de cigarro se diluye a entre aproximadamente el 0,2 y el
0,5% antes de recogerlo sobre tamices de fabricación de papel. Es
posible eliminar esta etapa separada después de la reacción de
unión covalente diluyendo la fibra de celulosa unida a porfirina
directamente, antes de proceder al proceso convencional de
fabricación de papel.
El método de preparación de un filtro para el
humo de tabaco puede comprender adicionalmente añadir una o más de
una sustancia adicional al filtro para el humo de tabaco de la
presente invención además de la porfirina que contiene cobre. En
una realización preferida, la una o más de una sustancia adicional
es quitina, un polisacárido derivado de las conchas de artrópodos,
porque las partículas de quitina comprenden una alta densidad de
grupos hidroxilo libres que pueden unirse covalentemente a los
compuestos de porfirina metálica, tales como el colorante C.I. Azul
Reactivo 21. En peso seco, la quitina puede unirse covalentemente a
aproximadamente cuatro veces como mucho del colorante C.I. Azul
Reactivo 21 como cantidad equivalente de celulosa. En una
realización preferida, los gránulos de quitina (disponibles en
Sigma Chemical Company, St. Louis, MO US) se unen covalentemente a
la porfirina que contiene cobre en un método equivalente a la
reacción descrita anteriormente en la que la celulosa se sustituye
por quitina. Las cantidades de material dadas en las siguientes
etapas son cantidades relativas y son por ejemplo, únicas. Para la
producción comercial, las cantidades se aumentan de escala, como
entenderán los especialistas en la técnica con referencia a esta
descripción. La unión covalente de gránulos de quitina a porfirina
que contiene cobre puede conseguirse, por ejemplo, disolviendo 0,8 g
de colorante C.I. Azul Reactivo 21 y 6,8 g de sulfato sódico en 133
ml de agua destilada. Después, se añaden 2,0 g de quitina y la
mezcla se agita suavemente durante 20 minutos a 30ºC. A
continuación, se añaden 2,7 g de carbonato sódico y la mezcla se
deja reposar a 30ºC durante 15 minutos y después se calienta de 30ºC
a 70ºC durante el transcurso de 20 minutos. La mezcla se agita
después mientras se mantiene una temperatura de 70ºC durante 60
minutos, para permitir que se complete la reacción de unión. La
quitina derivatizada con ftalocianina de cobre resultante se recoge
en un filtro de vidrio sinterizado y se enjuaga minuciosamente con
agua destilada para retirar la porfirina sin reaccionar y las
sales.
La porfirina que contiene cobre unida
covalentemente a quitina puede incorporarse al papel mezclándola con
pulpa de celulosa en una proporción de entre aproximadamente 1:20 y
aproximadamente 1:1 de porfirina que contiene cobre unida
covalentemente a quitina a pulpa de celulosa en peso seco. La
celulosa puede comprender también porfirina que contiene cobre
unida covalentemente de acuerdo con la presente invención. La
incorporación comprende mezclar la quitina con pulpa de celulosa en
la etapa inicial de la fabricación del papel, mientras la celulosa
se macera en agua (antes de dejar la pulpa sobre una malla,
prensarla y secarla). La celulosa impregnada con quitina puede
usarse después para fabricar filtros para el humo de tabaco de
acuerdo con la presente invención.
En una realización preferida, la una o más de
una sustancia adicional es carbono activado o es lignina (un
constituyente de la madera producido como subproducto de la
preparación de celulosa de pulpa de papel a partir de madera).
Cualquiera o ambas de estas sustancias pueden añadirse a celulosa
unida covalentemente a porfirina que contiene cobre de acuerdo con
la presente invención, especialmente para la fabricación de papel
que incorpora carbono activado o lignina. Cuando está presente, el
carbono activado o la lignina se añaden a la celulosa de la misma
manera y en la misma proporción que la quitina descrita
anteriormente.
Además, en una realización preferida el filtro
producido como se ha descrito anteriormente se une a un filtro para
el humo de tabaco hecho de fibras convencionales de acetato de
celulosa tratadas con triacetina para producir un filtro que
comprende al menos dos segmentos. Preferiblemente, el segmento que
comprende fibras de acetato de celulosa tratadas con triacetina es
proximal, es decir, está lejos del extremo por el que se prende el
dispositivo para fumar, respecto al segmento que comprende fibras de
celulosa impregnadas con porfirina que contiene cobre, y el
segmento que comprende fibras de celulosa impregnadas con porfirina
que contiene cobre está entre el cuerpo de tabaco dividido y el
segmento que comprende fibras de acetato de celulosa tratadas con
triacetina.
La eficacia de un filtro de dos segmentos hecho
de acuerdo con la presente invención se ensayó de la siguiente
manera. Se prepararon filtros para el humo de tabaco que comprendían
dos segmentos. Cada segmento proximal comprendía fibras de acetato
de celulosa tratadas con triacetina. El segmento distal de un filtro
comprendía fibras de celulosas impregnadas con ftalocianina de
cobre como se ha descrito anteriormente, mientras que el segmento
distal del otro filtro comprendía fibras de celulosas que no se
habían tratado con triacetina y que no estaban impregnadas con una
porfirina que contiene cobre. Los filtros de dos segmentos se
pusieron después en un tubo de plástico dejando aproximadamente 0,5
cm del tubo sin el filtro, y una barrita de 3 cm de longitud de
tabaco de un cigarro Marlboro® se ajustó dentro del extremo de 0,5
cm vacío del tubo en contacto con el filtro para crear los
dispositivos para fumar. El tabaco se prendió y los dispositivos
para fumar se sometieron a diez chupadas de 20 ml con una bomba de
succión, hasta que el tabaco se quemó hasta el extremo del tubo de
plástico. Los filtros se retiraron de los tubos y se pusieron en 10
ml de amoniaco que contiene metanol en una dilución 50:1 para eluir
los hidrocarburos aromáticos policíclicos retenidos de los filtros.
Los extractos de 10 ml se evaporaron a 1 ml y se sometieron a
cromatografía en capa fina sobre óxido de aluminio con 5 ml de
hexano. El contenido total de hidrocarburos aromáticos policíclicos
se estimó espectrofluorimétricamente. Los resultados indicaron que
el filtro de dos segmentos que comprende ftalocianina de cobre de
acuerdo con la presente invención retuvo 80 ng de hidrocarburos
aromáticos policíclicos mientras que el filtro de dos segmentos sin
ftalocianina de cobre retuvo 6 ng de hidrocarburos aromáticos
policíclicos. Este aumento de 13 veces es particularmente
significativo ya que se estima que los hidrocarburos aromáticos
policíclicos totales producidos durante la combustión de la barrita
de tabaco son entre aproximadamente 100 ng y 200 ng. Por lo tanto,
el filtro de dos segmentos de acuerdo con la presente invención
retiró entre aproximadamente el 40% y el 80% de la cantidad total
de hidrocarburos aromáticos policíclicos del humo de
tabaco.
tabaco.
En otra realización, el filtro para el humo de
tabaco de la presente invención comprende un análogo de hierro de
la porfirina que contiene cobre en lugar de la porfirina que
contiene cobre. En una realización preferida, el análogo es un
análogo de hierro del colorante C.I. Azul Reactivo 21 producido por
acidificación del colorante C.I. Azul Reactivo 21, adición de
sulfato de hierro y después adición de una base adecuada, como
entenderán los especialistas en la técnica con referencia a esta
descripción. Como alternativa, puede usarse una sal de hierro, tal
como cloruro de hierro anhidro, en lugar de una sal de cobre durante
la síntesis inicial del colorante C.I. Azul Reactivo 21 para
producir un análogo de hierro. El análogo de hierro del colorante
C.I. Azul Reactivo 21 puede usarse también para preparar papel
impregnado con el análogo de hierro del colorante C.I. Azul
Reactivo 21, correspondiente al papel impregnado con porfirina que
contiene cobre como se ha descrito anteriormente, para usar en la
preparación de filtros para el humo de tabaco o para otros usos.
En otra realización, la presente invención es un
filtro para el humo de tabaco que comprende tanto una como más de
una ftalocianina metálica, tal como una ftalocianina de hierro o una
ftalocianina de cobre, y uno o más de un polímero policatiónico. En
una realización preferida, el uno o más de un polímero policatiónico
tiene un resto catiónico que comprende uno o más de un grupo amino
primario o secundario. En una realización, el uno o más de un
polímero policatiónico se selecciona entre el grupo compuesto por
poli(propilenimina), polivinilamina,
poli(2-etilaziridina),
poli(2,2-dimetilaziridina, y
poli(2,2-dimetil-3-n-propilaziridina)
y una combinación de los anteriores. En una realización preferida,
el uno o más de un polímero policatiónico es polietilenimina (PEI).
El uno o más de un polímero policatiónico, tal como PEI, es eficaz
para retirar mutágenos y carcinógenos, y otras toxinas, del humo de
tabaco. Funciona también para permitir que toda la nicotina pase a
través del filtro sin obstáculos, aumentando de esta manera la
proporción de suministro de nicotina a suministro de mutágenos y
carcinóge-
nos.
nos.
Aunque las porfirinas metálicas incorporadas a
los filtros para el humo de tabaco de la invención atrapan o
inactivan los mutágenos y carcinógenos en el humo de tabaco, las
porfirinas metálicas pueden reducir también el paso a través de la
nicotina. Como se describe en esta descripción, en una realización
preferida la porfirina metálica incorporada al filtro para el humo
de tabaco comprende uno o más de un resto aniónico, tal como los
grupos sulfonato unidos al anillo de porfirina del colorante C.I.
Azul Reactivo 21. El polímero policatiónico parece actuar en parte
neutralizando el efecto de los grupos sulfonato sobre la retención
de nicotina en el filtro. Por lo tanto, añadiendo un polímero
policatiónico a celulosa derivatizada con una porfirina metálica se
disminuye la cantidad de nicotina retenida en el filtro, y se
aumenta la cantidad de nicotina en el humo de tabaco aunque sin
contrarrestar el efecto de la porfirina metálica respecto a atrapar
o inactivar mutágenos y carcinógenos en el humo de tabaco. Por lo
tanto, la combinación de una porfirina metálica y un polímero
policatiónico en el filtro para el humo de tabaco de la presente
invención actúa sinérgicamente para disminuir la proporción de
compuestos mutagénicos y carcinogénicos a nicotina en el humo de
tabaco mejor que cualquier porfirina metálica o polímero
policatiónico en solitario. Además, como los fumadores de tabaco
tienden a ajustar su inhalación de humo para
auto-administrarse una dosis de nicotina
satisfactoria, una disminución en la proporción de compuestos
mutagénicos y carcinogénicos a nicotina tenderá a reducir la
cantidad total de compuestos mutagénicos y carcinogénicos inhalados
por los fumadores. Una disminución en la cantidad de compuestos
mutagénicos y carcinogénicos que recibe el fumador debe conducir a
una disminución en la morbilidad y mortalidad asociadas con fumar
tabaco.
Los polímeros policatiónicos, tales como PEI,
están disponibles en un amplio intervalo de pesos moleculares de
acuerdo con el número de monómeros por molécula. En una realización
preferida de la presente invención, el polímero policatiónico usado
en el filtro de la presente invención tiene un peso molecular mayor
de aproximadamente 1000 Dalton para reducir la posibilidad de que
el polímero policatiónico pueda entrar en el humo de tabaco. En una
realización particularmente preferida, el polímero policatiónico
usado en el filtro tiene un peso molecular de entre 1000 y 100.000
Dalton.
Desventajosamente, sin embargo, los polímeros
policatiónicos, tales como PEI, no son físicamente compatibles con
las fibras de acetato de celulosa. Por lo tanto, de acuerdo con una
realización de la presente invención, se proporciona un filtro para
el humo de tabaco que comprende celulosa que está sustancialmente
libre de acetato de celulosa, en lugar de celulosa, y que comprende
tanto una ftalocianina metálica, tal como una ftalocianina de
hierro, como una ftalocianina de cobre, y que comprende un polímero
policatiónico, tal como PEI.
Para producción a escala comercial, las
soluciones de polímero policatiónico en agua o alcoholes de cadena
corta (por ejemplo, etanol o isopropanol) se pulverizan sobre el
papel destinado a la fabricación del filtro. La solución de
polímero policatiónico se pulveriza según se va tirando del papel
desde un rodillo hacia una plegadora, o en una etapa anterior, tal
como durante el proceso inicial de fabricación de papel después de
situar la pulpa sobre los tamices de fabricación de papel. En una
realización, la concentración de polímero policatiónico en solución
es entre aproximadamente el 0,5 y el 50%. En una realización
preferida, la concentración de polímero policatiónico en solución
es entre aproximadamente el 1 y el 10%. En una realización
preferida, el polímero policatiónico puede añadirse durante el
proceso de fabricación de papel, antes de situar la pulpa sobre los
tamices de fabricación de
papel.
papel.
Un filtro para el humo de tabaco de acuerdo con
esta realización de la presente invención se produjo construyendo
filtros de doble zona que comprenden un segmento de material de
filtro convencional de acetato de celulosa en el extremo proximal
del filtro y un segmento de celulosa coloreado con un colorante de
ftalocianina metálica y tratado con PEI en el extremo distal del
filtro de la siguiente manera. En primer lugar, se obtuvo celulosa
triturando papel usado en la fabricación de filtros de papel
(Tela-Kimberly Suiza GmbH, Balsthal, Suiza). Se
obtuvo PEI en forma de una solución viscosa 50/50 en agua (Nº de
catálogo P3143, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO US). La solución
de PEI se diluyó con etanol a una concentración final del 5% de PEI
(en 5% agua, 90% etanol). Se pulverizaron 10 ml de esta solución de
PEI en etanol sobre 10 gramos de pulpa de Celulosa Azul 21. La
pulpa se maceró inmediatamente en un molinillo de granos de café de
paletas rotatorias hasta que tuvo una textura parecida a algodón
flexible y se dejó secar a temperatura ambiente. Igualmente, se
trataron 10 gramos de Celulosa GGX con 10 ml de PEI al 5% en
etanol/agua.
A continuación, se prepararon filtros dobles
retirando los de cigarros light Marlboro® (Philip Morris, Richmond,
VA US) con forceps. Los filtros tenían una longitud de 27 mm. Un
tubo de plástico de paredes finas que se ajustaba con precisión a
la cavidad del filtro del cigarro se cortó en segmentos de 27 mm. El
filtro de acetato de celulosa original se cortó en segmentos de 1
cm. Un trozo de filtro de acetato de celulosa de 1 cm se insertó en
el tubo de plástico, y el resto se llenó con 85 mg de celulosa
macerada (con o sin colorante de ftalocianina metálica o PEI). El
tubo que contiene el acetato de celulosa y celulosa se insertó en la
cavidad del filtro de los cigarros de los que se han retirado los
filtros con el segmento de celulosa en contacto con la columna de
tabaco, de manera que el material convencional de acetato de
celulosa estaba en el extremo proximal del cigarro, es decir, el
extremo normalmente en contacto con los labios del fumador. Como
control, se prepararon cigarros de ensayo con filtros de acetato de
celulosa sin tratar, insertando el filtro original en una longitud
de 27 mm del tubo de plástico, que se reinsertó después en la
cavidad del filtro del cigarro. El tubo de plástico sirvió para
bloquear los orificios de ventilación en el papel que rodea al
filtro que afecta a la composición del humo diluyéndolo con
aire.
Haciendo referencia ahora a la Tabla 2, se
muestran los resultados de las medidas de alquitrán (como compuestos
mutagénicos representativos) y nicotina en la materia particulada
capturada en los filtros Cambridge del humo obtenido de los grupos
de cigarros (3 réplicas que comprenden 5 cigarros cada una por grupo
de ensayo). Las condiciones de fumado usadas fueron 35 ml/chupada,
duración de la chupada: 2 segundos, y una chupada cada sesenta
segundos. Como todos los filtros, incluyendo el filtro de acetato de
celulosa convencional, se introdujeron en tubos de plástico que se
insertaron en las cavidades de filtro, los orificios de ventilación
en el filtro (que en cualquier otro caso diluirían el humo con aire
durante el paso a través del filtro) se bloquearon. Se ensayaron
los siguientes grupos de filtros: 1) acetato de celulosa (ca); 2)
filtro de doble zona de acetato de celulosa/celulosa; 3) filtro de
doble zona de acetato de celulosa/celulosa azul; 4) filtro de doble
zona de acetato de celulosa/celulosa azul al que se añade PEI al
5%; 5) filtro de doble zona de acetato de celulosa/celulosa GGX; 6)
filtro de doble zona de acetato de celulosa/celulosa GGX al que se
añade PEI al 5%.
Como puede observarse, la adición de PEI al
filtro de celulosa Azul 21 y al filtro de celulosa GGX dio como
resultado un aumento significativo en la proporción de nicotina a
compuestos mutagénicos representados por alquitrán.
Adicionalmente, la cantidad total de materia
particulada (TPM) de cigarros de ensayo adicionales de cada grupo
se recogió en un filtro Cambridge usando el mismo protocolo de
fumado y se disolvió DMSO a una concentración de 10 mg/ml. Además,
se realizó un ensayo de mutagénesis Ames sobre el extracto de DMSO
de la materia particulada recogida en el humo de la cepa TA98 de
Salmonella, con activación del extracto hepático S9. Se ensayaron
dos dosis de extracto de humo, 250 y 500 microgramos/placa. En el
Ensayo Ames, el número de colonias bacterianas
("revertientes") por placa es un índice de la actividad
mutagénica del extracto de humo de cigarro, y la actividad
mutagénica es, a su vez, un reflejo del potencial carcinogénico. Los
resultados de estos ensayos se dan en la Tabla 3.
Como puede observarse, la proporción de
actividad mutagénica, un índice del potencial carcinogénico, a
materia particulada total (fundamentalmente alquitrán + nicotina)
disminuye respecto a acetato de celulosa no tratado haciendo pasar
el humo a través de filtros que contienen celulosa derivatizada con
el colorante CI Azul Reactivo 21 o el colorante Turquesa Reactivo
GGX. PEI disminuyó adicionalmente la proporción de actividad
mutagénica a TPM en el humo. Por lo tanto, la adición de PEI a los
materiales de filtro derivatizados con colorantes de ftalocianina
metálica aumenta la proporción de nicotina a alquitrán y disminuye
la proporción de actividad mutagénica a alquitrán, dando como
resultado un mayor aumento en la proporción de nicotina a actividad
mutagénica en el humo mayor que la conseguida con un filtro para el
humo de tabaco que comprende una ftalocianina metálica sin PEI,
permitiendo que la nicotina pase a través del filtro sin obstáculos
y manteniendo los mutágenos y otras toxinas dentro del filtro.
Además, la proporción TPM/revertiente puede
usarse como un índice de la actividad mutagénica de una cantidad
dada de TPM. Los siguientes cálculos usan los datos de los ensayos
de 500 microgramo/placa, anteriores.
El grupo con filtro de acetato de celulosa tuvo
una media de 639 revertientes (colonias bacterianas mutadas). Por
lo tanto, en el ensayo Ames, 500 microgramos de TPM produjeron 639
revertientes = 0,783 microgramos de TPM por revertiente. El grupo
con filtro de acetato de celulosa (CA) tuvo una proporción de
nicotina a alquitrán de 0,0677, es decir, 0,0677 miligramos de
nicotina por miligramo de alquitrán. El Azul 21 con el grupo con
filtro de PEI tuvo una media de 474 revertientes a la misma dosis
absoluta de alquitrán de 500 microgramos/placa, es decir, 1,055
microgramos de alquitrán/revertiente. El grupo de Azul 21 con filtro
de PEI produjo una proporción nicotina/alquitrán de 0,0777, es
decir, 0,0777 miligramos de nicotina/miligramo de alquitrán.
Por lo tanto, multiplicando la proporción
alquitrán/revertiente por la proporción nicotina/alquitrán da la
proporción nicotina/revertiente, que es un índice de la cantidad de
actividad mutagénica por unidad de nicotina, de la siguiente
manera:
Acetato de Celulosa: 0,783 x 0,0677 = 0,053
microgramos de nicotina/revertiente (o 18,9 revertientes/miligramo
de nicotina)
Azul 21 con PEI: 1,055 x 0,0777 = 0,082
microgramos de nicotina/revertiente (o 12,2 revertientes por
miligramo de nicotina)
Azul 21 con PEI comparado con Acetato de
Celulosa da una proporción de 0,082/0,053 = 1,54
Por lo tanto, añadiendo PEI a un filtro de
celulosa derivatizado con Azul 21 dio como resultado un aumento del
54% en la proporción de nicotina a actividad mutagénica comparado
con un filtro de acetato de celulosa convencional no tratado.
En otras realizaciones de la presente invención,
uno o más de un aditivo modificador del pH del filtro, distinto de
PEI, o además de PEI, se añaden al filtro. En una realización, el
uno o más de un aditivo modificador del pH del filtro es una sal
inorgánica seleccionada entre el grupo compuesto por carbonato
sódico, carbonato cálcico, fosfato sódico, fosfato cálcico y una
resina de intercambio catiónico.
En otra realización de la presente invención, el
filtro para el humo de tabaco comprende quitina además de uno o más
de un polímero policatiónico, tal como PEI. En otra realización de
la presente invención, el filtro para el humo de tabaco comprende
quitina además de uno o más de un polímero policatiónico, tal como
PEI, y una o más de una ftalocianina metálica, tal como el
colorante C.I. Azul Reactivo 21.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un filtro para el humo de tabaco que
comprende un sustrato poroso que tiene microcápsulas dispersas en el
sustrato poroso, con o sin otras sustancias descritas en esta
descripción. Las microcápsulas incluyen preferentemente un núcleo
interno con una carcasa externa.
Los núcleos de las microcápsulas comprenden al
menos un aceite vegetal. Los aceites vegetales adecuados incluyen
al menos un aceite seleccionado entre el grupo compuesto por aceite
de ricino, aceite de semilla de algodón, aceite de maíz, aceite de
girasol, aceite de sésamo, aceite de soja, y aceite de colza. En una
realización preferida, el aceite vegetal es aceite de cartamo.
También son adecuados otros aceites, como entenderán los
especialistas en la técnica con referencia a esta descripción. En
una realización preferida, el aceite vegetal está presente en una
cantidad de aproximadamente el 20% a aproximadamente el 80% en peso
seco de las microcápsulas, y más preferiblemente de aproximadamente
el 30% a aproximadamente el 70% en peso seco de las
microcápsulas.
En una realización preferida, los núcleos de las
microcápsulas contienen también una porfirina, tal como clorofilina,
u otra porfirina tal como ftalocianina de cobre. Cuando está
presente, la clorofilina está presente preferiblemente en una
cantidad de aproximadamente el 1% a aproximadamente el 10% en peso
seco de las microcápsulas, y más preferiblemente de aproximadamente
el 2% a aproximadamente el 5% en peso seco de las microcápsulas.
En una realización preferida, las carcasas de la
microcápsula comprenden un humectante. En una realización
preferida, el humectante es piroglutamato sódico, aunque pueden
usarse otros humectantes como entenderán los especialistas en la
técnica con referencia a esta descripción. En una realización
preferida, el humectante, tal como piroglutamato sódico, está
presente en una cantidad de aproximadamente el 10% a aproximadamente
el 90% en peso seco de las microcápsulas, y más preferiblemente de
aproximadamente el 20% a aproximadamente el 70% en peso seco de las
microcápsulas.
En otra realización preferida, las carcasas de
la microcápsula comprenden también metilcelulosa. En una realización
preferida, la metilcelulosa está presente en una cantidad de
aproximadamente el 5% a aproximadamente el 30% en peso seco de las
microcápsulas, y más preferiblemente de aproximadamente el 10% a
aproximadamente el 25% en peso seco de las microcápsulas.
En otra realización preferida, las carcasas de
la microcápsula comprenden un agente polimérico tal como alcohol
polivinílico o polivinil pirrolidona, o puede comprender ambos
alcohol polivinílico y polivinil pirrolidona, además de
metilcelulosa o en lugar de metilcelulosa. En una realización
preferida, el agente polimérico está presente en una cantidad de
aproximadamente el 2% a aproximadamente el 30% en peso seco de las
microcápsulas, y más preferiblemente de aproximadamente el 5% a
aproximadamente el 20% en peso seco de las microcápsulas.
Los compuestos usados en la formulación de
microcápsulas de acuerdo con la presente invención están disponibles
en diversas fuentes conocidas por los especialistas en la técnica,
tales como Sigma Chemical Co., St. Louis,
MO US.
MO US.
Las microcápsulas adecuadas para usar en la
presente invención pueden prepararse de acuerdo con diversos métodos
conocidos por los especialistas en la técnica. Por ejemplo, las
microcápsulas de acuerdo con la presente invención pueden
producirse combinando 200 g de aceite vegetal con 500 g de una
suspensión acuosa que comprende 25 g de metilcelulosa de baja
viscosidad, 5 g de clorofilina, 50 g de piroglutamato sódico y 150 g
de almidón de maíz en agua. La mezcla se emulsiona y se seca por
pulverización para formar microcápsulas.
Las microcápsulas de acuerdo con la presente
invención pueden formarse mediante métodos de secado por
pulverización en el lugar de la máquina de fabricación del cigarro
pulverizando sobre hojas de filtro de haces de filamentos de
acetato de celulosa antes de que los haces de filamentos se formen
en filtros cilíndricos. Como alternativa, pueden prefabricarse
microcápsulas adecuadas y añadirse a las hojas de filtro de haces de
filamentos de acetato de celulosa dejando caer las microcápsulas
sobre el haz de filamentos con un platillo vibratorio o mediante
otras técnicas como entenderán los especialistas en la técnica con
referencia a esta descripción. Además, pueden incorporarse
microcápsulas a los filtros prefabricados rociando las microcápsulas
del haz de filamentos del filtro antes de enrollar el haz de
filamentos y conformarlo en barritas de material de filtro.
Como entenderán los especialistas en la técnica,
la fabricación de filtros que contienen microcápsulas de acuerdo
con la presente invención requerirá sólo una modificación
minoritaria del equipo convencional de fabricación de filtros para
cigarros. Además, la fabricación de filtros que contienen
microcápsulas de acuerdo con la presente invención es sólo
ligeramente más cara que la de los filtros convencionales.
Durante el uso, las porciones de humectante de
las microcápsulas atrapan la humedad del humo de tabaco que pasa a
través del filtro. Se prefiere particularmente piroglutamato sódico
porque puede incorporarse al filtro en una forma seca.
Cuando están presentes, las porciones de aceite
de las microcápsulas atrapan ciertos compuestos volátiles
peligrosos tales como piridina sin impedir el flujo de los
compuestos que producen sabor y aroma. Cuando está presente, la
clorofilina es un potente inactivador de los componentes
carcinogénicos del humo de tabaco.
Las porciones de metilcelulosa de las
microcápsulas confieren estabilidad estructural a las microcápsulas
pero se dispersan al calentar y cuando se exponen a humedad. A
diferencia de las sustancias que confieren viscosidad usadas más
habitualmente, la metilcelulosa precipita en soluciones calientes.
Además, es soluble a las temperaturas a las que se usan más
habitualmente las sustancias que confieren viscosidad.
Cuando los filtros para el humo de tabaco que
contienen microcápsulas que comprenden una carcasa de piroglutamato
sódico y metilcelulosa y un núcleo de aceite vegetal y clorofilina,
de acuerdo con la presente invención, filtran el humo de tabaco,
las microcápsulas capturan calor y humedad del humo de tabaco. La
metilcelulosa precipita en un material fibroso que aumenta el área
superficial eficaz disponible para la filtración en húmedo del humo
de tabaco. Esto permite que la humedad retenida por el piroglutamato
sódico se disperse rápidamente en el material de filtro. La
clorofilina se reparte aproximadamente uniformemente entre los
entornos acuoso y oleoso, permitiendo un aumento de la inactivación
de compuestos tóxicos y mutagénicos en forma de partículas y en
fase vapor del humo de tabaco mayor que si la clorofilina estuviera
disponible sólo en una fase.
En otra realización preferida, los filtros de la
presente invención comprenden adicionalmente al menos un
tensioactivo para mejorar la eficacia del filtro para el humo de
tabaco, con o sin otras sustancias descritas en esta descripción.
En una realización particularmente preferida, el tensioactivo está
presente en una cantidad de aproximadamente el 0,1% a
aproximadamente el 10%, y más preferiblemente de aproximadamente el
0,1% a aproximadamente el 2% en peso del filtro.
El tensioactivo es preferiblemente no tóxico y
puede incluir una o más de las siguientes clases de compuestos: (1)
un derivado de polioxialquileno de un éster de ácido graso de
sorbitano (es decir, ésteres de polioxialquilen sorbitano), (2) un
monoéster de ácido graso de un polihidroxi-alcohol,
o (3) un diéster de ácido graso de un
polihidroxi-alcohol, aunque pueden usarse otros
tensioactivos adecuado como entenderán los especialistas en la
técnica con referencia a la descripción en este documento. Los
ejemplos de tensioactivos adecuados incluyen etoxilados, ésteres de
ácido carboxílico, ésteres de glicerol, ésteres de polioxietileno,
ésteres de anhidrosorbitol, ésteres de anhidrosorbitol etoxilados,
grasas, aceites y ceras naturales etoxiladas, glicol ésteres de
ácidos grasos, amidas de ácido polioxietileno graso, copolímeros de
bloque de óxido de polialquileno, y poli(oxietileno
-compuesto por- oxipropileno). Pueden usarse también otros
tensioactivos adecuados como entenderán los especialistas en la
técnica con referencia a la descripción en este documento.
El filtro puede incluir adicionalmente una o más
sustancias distintas que filtran o inactivan los componentes
tóxicos o mutagénicos del humo de tabaco. Los ejemplos de dichas
sustancias incluyen antioxidantes y aceptores de radicales tales
como glutatión, cisteína, N-acetilcisteína, mesna,
ascorbato, y
N,N'-difenil-p-fenildiamina;
inactivadores de aldehído tales como compuestos
eno-diol, aminas, y aminotioles; trampas de
nitrosamina e inactivadores de carcinógeno tales como resinas de
intercambio iónico, clorofila; y trampas de nicotina tales como
ácido tánico y otros ácidos orgánicos. En una realización preferida,
el filtro incluye sílice coloidal, un compuesto que puede recoger
aminas secundarias del humo de tabaco, evitando de esta manera la
conversión de las aminas secundarias a nitrosaminas en el cuerpo.
Pueden usarse también otras sustancias adecuadas como entenderán
los especialistas en la técnica con referencia a la descripción en
este documento. En una realización preferida, las otras sustancias
están presentes en una cantidad de aproximadamente el 0,1 a
aproximadamente el 10%, y más preferiblemente de aproximadamente el
0,1 a aproximadamente el 2% en peso del filtro.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un filtro para el humo de tabaco que
comprende combinaciones de las sustancias descritas en esta
descripción. En una realización preferida, el filtro comprende un
humectante, tal como piroglutamato sódico, en combinación con agua
seca. Esta combinación funciona sinérgicamente para mejorar la
filtración en húmedo del humo de tabaco. En una realización, el
filtro comprende, piroglutamato sódico en una cantidad de entre
aproximadamente el 1% y el 20% de la porción acuosa del agua seca
en peso. En una realización preferida, el filtro comprende
piroglutamato sódico en una cantidad de entre aproximadamente el 5%
y el 10% de la porción acuosa del agua seca en peso.
En otra realización preferida, el filtro
comprende una porfirina que contiene cobre, tal como ftalocianina
de cobre, en combinación con un humectante tal como piroglutamato
sódico, agua seca o ambos. Estas combinaciones son particularmente
preferidas porque las porfirinas que contienen cobre atrapan
carcinógenos mejor en entornos acuosos. En una realización, la
porfirina que contiene cobre comprende entre aproximadamente el 0,5%
a aproximadamente el 5% del agua seca en peso.
En otra realización preferida, el filtro
comprende clorofilina, en combinación con un humectante, agua seca
o ambos. En una realización, la clorofilina comprende entre
aproximadamente el 0,5% a aproximadamente el 5% del agua seca y el
humectante es entre aproximadamente el 1% y el 20% del agua seca en
peso.
Un ejemplo específico de dicha combinación sería
rayón azul (rayón impregnado con ftalocianina de cobre) combinado
con agua seca. Cuando está presente en una cantidad entre
aproximadamente 10 mg a 100 mg en los 3 mm finales del tabaco de un
filtro de acetato de celulosa convencional para humo de tabaco, la
combinación no confiere atracción pero reduce la mutagenicidad del
humo de tabaco en un 75-80% mediante el ensayo Ames.
Además, estos componentes son baratos, seguros, y no peligrosos
para el entorno.
Se producen combinaciones de agua seca y
porfirina, por ejemplo, añadiendo porfirina seca en cantidades hasta
la cantidad de sílice metilada en peso a agua seca, hechas de
acuerdo con la descripción en este documento. La porfirina debe
añadirse después de que el agua seca se haya emulsionado de forma
estable. La disolución de porfirina en agua antes de la emulsión en
sílice metilada da como resultado un compuesto inestable
porfirina/agua seca. En una realización preferida, la porfirina se
añade en cantidades de aproximadamente 0,1 a 0,5 gramos por gramo
de sílice metilada. Se usa un método similar para producir la
combinación de agua seca y fibra de porfirina derivatizada, tal
como algodón azul o rayón azul. Después de combinar las dos
sustancias, la combinación se agita y se remueve hasta
homogeneicidad.
Los filtros de acuerdo con la presente invención
se proporcionan, preferiblemente, con una barrera o recubrimiento
externo, circunferencial, impermeable a la humedad para evitar que
se humedezcan las manos del fumador. Dicha barrera puede hacerse de
un material polimérico tal como copolímero de acetato de etil
vinilo, polipropileno, o nylon, como entienden los especialistas en
la técnica.
Las sustancias descritas en esta descripción
pueden incorporarse a los filtros de acuerdo con la presente
invención en diversas configuraciones. Por ejemplo, la sustancia o
sustancias pueden dispersarse por todo el filtro de una manera
sustancialmente uniforme. Como alternativa, la sustancia o
sustancias pueden dispersarse únicamente en un segmento del filtro
tal como en la mitad proximal (el extremo más cerca del fumador), la
mitad distal (el extremo más cerca del tabaco), el tercio proximal
(el extremo más cerca del fumador), en el tercio medio o en el
tercio distal (el extremo más cerca del tabaco). Por ejemplo, el
filtro para el humo de tabaco puede tener uno o más de un segmento
que comprende tanto una o más de una ftalocianina metálica como uno
o más de un polímero policatiónico, y uno o más de un segmento que
está sustancialmente libre de ambos ftalocianina metálica y
polímero policatiónico.
En otra realización, al menos una sustancia se
dispersa en un segmento del filtro y al menos otra sustancia se
dispersa en un segmento diferente del filtro. Los dos segmentos
pueden tener áreas superpuestas. Por ejemplo, un filtro de acuerdo
con la presente invención pueden tener una ftalocianina metálica
dispersa en el tercio distal del filtro y un polímero policatiónico
disperso en el tercio proximal del filtro, con un segmento medio
que comprende tanto una ftalocianina metálica como un polímero
policatiónico.
En otra realización, la sustancia o sustancias
puede incorporarse en un filtro que se fija después a un extremo de
un filtro convencional para el humo de tabaco. En una realización
preferida, la sustancia o sustancias se incorporan a un filtro para
el humo de tabaco que parece una versión acortada de un filtro
convencional para el humo de tabaco, y el filtro acortado se fija
después a un extremo de un filtro convencional para el humo de
tabaco. En esta realización, el usuario no será totalmente
consciente del filtro acortado adicional porque el aspecto de su
construcción es como el de un filtro convencional, a diferencia de
los filtros disponibles en el mercado que se añaden al extremo
proximal de un dispositivo para fumar.
Además, la sustancia o sustancias de acuerdo con
la presente invención pueden incorporarse en una capa del filtro
entre el material fibroso que forma el resto del filtro, y el cuerpo
de tabaco dividido.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un dispositivo para fumar que comprende
un filtro para el humo de tabaco como se describe en esta
descripción fijado a un cuerpo de tabaco dividido. Por ejemplo,
dicho dispositivo para fumar puede ser un cigarro que incorpora un
filtro que contiene tanto una o más de una ftalocianina metálica
como uno o más de un polímero policatiónico.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un método para filtrar tabaco en un
dispositivo para fumar. El método comprende las etapas de, en primer
lugar, proporcionar un dispositivo para fumar que comprende el
filtro para el humo de tabaco de acuerdo con la presente invención
fijado a un cuerpo de tabaco dividido. A continuación, el cuerpo de
tabaco dividido se prende de manera que el humo pasa a través del
cuerpo y hacia el filtro. Después, se permite que el humo pase a
través del filtro, filtrando así el humo.
De acuerdo con otra realización de la presente
invención, se proporciona un método de preparación de un dispositivo
para fumar. El método comprende las etapas de, en primer lugar,
proporcionar un filtro para el humo de tabaco de acuerdo con la
presente invención. A continuación, el filtro se fija a un cuerpo de
tabaco dividido.
Claims (23)
1. Un filtro para el humo de tabaco que
comprende una o más de una ftalocianina metálica, y que comprende
además uno o más de un polímero policatiónico.
2. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que la una o más de una ftalocianina
metálica es una ftalocianina de cobre.
3. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 2, en el que la ftalocianina de cobre es el
colorante C.I. Azul Reactivo 21.
4. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que la una o más de una ftalocianina
metálica es una ftalocianina de hierro.
5. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 4, en el que la ftalocianina de hierro es un
análogo de hierro del colorante C.I. Azul Reactivo 21.
6. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el uno o más de un polímero
policatiónico tiene un resto catiónico que comprende uno o más de un
grupo amino primario o secundario.
7. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el uno o más de un polímero
policatiónico se selecciona entre el grupo compuesto por
poli(propilenimina), polivinilamina,
poli(2-etilaziridina),
poli(2,2-dimetilaziridina), y
poli(2,2-dimetil-3-n-propilaziridina)
y una combinación de los anteriores.
8. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, 2 o 4, en el que el uno o más de un
polímero policatiónico es polietilenimina (PEI).
9. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el uno o más de un polímero
policatiónico tiene un peso molecular mayor de 1.000 Dalton,
preferiblemente entre 1.000 y 100.000 Dalton.
10. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, que comprende además celulosa que está
sustancialmente libre de acetato de celulosa.
11. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el filtro adicionalmente
comprende uno o más de un aditivo modificador del pH del filtro,
distinto del polímero policatiónico.
12. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 11, en el que el uno o más de un aditivo
modificador del pH del filtro es una sal inorgánica.
13. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 12, en el que la sal inorgánica se selecciona
entre el grupo compuesto por carbonato sódico, carbonato cálcico,
fosfato sódico, fosfato cálcico y una resina de intercambio
catiónico.
14. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, que comprende además quitina.
15. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que la una o más de una ftalocianina
metálica y el uno o más de un polímero policatiónico se dispersan
por todo el filtro de una manera sustancialmente uniforme.
16. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el filtro para el humo de tabaco
comprende un primer segmento y un segundo segmento, en el que el
primer segmento comprende la una o más de una ftalocianina metálica
y el uno o más de un polímero policatiónico, y en el que el segundo
segmento está sustancialmente libre tanto de una ftalocianina
metálica como de un polímero policatiónico.
17. El filtro para el humo de tabaco de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el filtro para el humo de tabaco
comprende un primer segmento, un segundo segmento y un tercer
segmento, y en el que el primer segmento comprende la una o más de
una ftalocianina metálica pero que está sustancialmente libre de un
polímero policatiónico, en el que el segundo segmento comprende
tanto la una o más de una ftalocianina metálica como el uno o más
de un polímero policatiónico, y en el que el tercer segmento
comprende uno o más de un polímero policatiónico pero que está
sustancialmente libre de una ftalocianina metálica.
18. Un dispositivo para fumar que comprende un
filtro para el humo de tabaco de acuerdo con la reivindicación
1.
19. Un método para filtrar humo de tabaco que
comprende:
a) proporcionar un dispositivo para fumar de
acuerdo con la reivindicación 18;
b) prender el cuerpo de tabaco dividido de
manera que el humo pasa a través del cuerpo y hacia el filtro;
y
c) permitir que el humo pase a través del
filtro, filtrando de esta manera el humo.
20. Un método de preparación de un dispositivo
para fumar que comprende:
a) proporcionar un filtro para el humo de tabaco
de acuerdo con la reivindicación 1; y
b) fijar el filtro a un cuerpo de tabaco
dividido.
21. El método de preparación de un dispositivo
para fumar de acuerdo con la reivindicación 20, que comprende
además pulverizar una solución del uno o más de un polímero
policatiónico sobre el material del que se hace el filtro para el
humo de tabaco, en el que la concentración de polímero policatiónico
en la solución es entre aproximadamente el 0,5 y el 50%.
22. El método de preparación de un dispositivo
para fumar de acuerdo con la reivindicación 20, que comprende
además pulverizar una solución del uno o más de un polímero
policatiónico sobre el material del que se hace el filtro para el
humo de tabaco, en el que la concentración de polímero policatiónico
en la solución es entre aproximadamente el 1 y el 10%.
23. El método de preparación de un dispositivo
para fumar de acuerdo con la reivindicación 20, en el que el filtro
para el humo de tabaco comprende papel hecho de pulpa, y en el que
el método comprende adicionalmente añadir el polímero policatiónico
a la pulpa antes de colocar la pulpa sobre tamices de fabricación de
papel.
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