SU738495A3 - Фильтрующий состав дл табачного дыма - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к производству курительных изделий, например сигарет, в частности к фильтрующему составу дл  табачного дыма, используемому в комбинации с табаком 5 дл  удалени  из последнего вредных веществ.

Табачн ый дым, образ.уюсдийс  при курении сигарет, папирос или сигар, представл ет собой аэрозоль, состо - ю щий из мельчайших капель или частиц материала, суспеидированных в газовой фазе. Табак в издели х может находитьс  в виде нарезанных или цельных табачных листьев или в из- 15 мельченном виде в смеси со св зующим, а также в другом виде. Суспендированные мельчайшие капли и/или частицы рассматриваютс  как общее содержание в дыме мелких частиц (ТРМ). 20 ТРИ могут быть удалены из дыма при помощи фильтрующих приспособлений дл  механического задерживани  и захвата суспендированного материгша. В стандартных услови х использует 25 фильтрующую прокладку Кембридж, котора  изготовлена из стекл нных волокон, имеющих чрезвычайно малый диаметр. Та часть дыма, котора  проходит через фильтрующую прокладку 30

Кембридж, рассматриваетс  как газова  фаза табачного дыма.

Как ТРМ, так и газова  фаза табачного дыма, состо т из сложной смеси компонентов, которые создают вкус и аромат, получаеь-ие при курении табака, при этом некоторые из компонентов газовой фазы, например окиси азота NO, вред т вкусу и аромату.

Наиболее часто примен емые дл  удалени  нежелательных компонентов из газовой фазы табачного дыма фильтрующие материалы, в частности силикагель и активированный уголь, не обладают способностью удалени  из него окисей азота.

Известен также фильтрующий состав дл  табачного дыма, включающий активированный пористый глинозем и перманганат натри  1.

Этот фильтрующий состав  вл етс  наиболее близким к описываемому фильтрующему составу.

Известный фильтрующий состав в свежеприготовленном состо нии обеспечивает удёшение части окисей азота из дыма сигарет, но активность его снижаетс  быстро при старении и пор действием влаги, что непрактично при коммерческом применении. За врем , пока табачные издели  доход т до потребител , ка про,цукто його тайака выдел етс  значительное количество паров влаги и летучих органических соединений, которые улавливаютс  герметичной упаковкой. До момента открывани  упаковки потр бителем последн   может подвергатьс действию температур в пределах от минус. 1 до 49С. В таких услови х многие материалы, первоначально активные , тер ют свою активность филь ровани  табачного дыма. Цель изобретени  - повышение эффективности очистки табачного ;с5ыма от вредных веществ фильтрующим составом . Это достигаетс  тем, что в предлагаемом фильтрующем составе дл  Табачного дыма, включающем активированный пористый глинозем и перман ганат натри , из глиноземов выбирают глинозем, содержащий от 0,5 до 6 вес.% кремнезема от веса поа;г:еднего , при этом площадь поверхности выбранного глинозема составл ет от 100 до 550 , а объем пор от 0,2 до 0,9 cMVr, причем состав дополнительно содержит щелочное соеди нение натри  при следующем соотноше нии компонентов, вес.%: Перманганат натри  3,33-30 Щелочное соединение натри 0,05-30,8 Активированный пористый глинозем Остальное .Кроме того, фильтрующий состав дополнительно содержит частицы акти вированного угл  с помощью поверхности 800-1600 м /г в количестве 25-50 вес.%. Кроме того, фильтрующий состав дополнительно содержит воду в количестве от 1 до 30% от веса состава. Количество и концентраци  раство перманганата натри  должны быть такими, что обработанный активированный пористый глинозем содержит п мерно от 5 до S0% и, предпочтительно от 10 до 20 вес.% раствора перманганата натри . Основное соединение, используемое в составе, представл ет собой гидрат окиси натри , карбонаты,фосфаты , бораты натри  и т.п. или сыес этих соединений. Мол рное соотнс пение между основным соединением натри  и перманганатом натри  находитс  в интервёше примерно от 1 t 0,5 до 1: 20, При соотношении ниже 1:20 фильтруннций состав быстро и значичительно тер ет активность при хранении в герметизированной упаковке, .а при соотношении свыше 1:0,5 - способность состава к очистке дыма DT окисей азота снижаетс . Активированный глинозем получают путем нагревани  гидратов окиси алюмини  в течение достаточного периода времени при контролируемой температуре дл  возможности удалени  большей части воды гидратов и достижени  максимальной площади поверхности, которую определ ют методом адсорбции газа по БЭТ (метод Брунауэра, Эммета, Теллера). Этот метод включает определение количества азота, требующегос  дл  покрыти  всей внутре11ней и наружной поверхности тщательно обезгаженного образца окиси алюмини  слоем толщиной в одну молекулу. Объем пор гранул глинозема определ ют ртутно-гелиевым методом. Глинозем употребл ют в форме гранул с размером частиц, наход щимс  в интервале между примерно 8 и 100 меш, предпочтительно в интервале 8 и 80 меш. Особенно рекомендуемый интервал соответствует пределам, примерно , от 20 до 60 меш, в случае фильтров дл  сигарет. Гранулы, имеющие размеры больше 100 меш, создают слишком большое сопротивление при зат жке сигаретой, а гранулы размером менее 8 меш имеют пониженную эффективность удалени  окисей азота. После пропитки глинозема раствором перманганата натри  из гранул выпаривают воду при температуре ниже 120°С, предпочтительно в интервале между О и 50° С. Выпаривание провод т при помоиш вакуума дл  потока сухого инертного газа, такого как азот. Степень высушивани  соответствует сохранению гранулами примерно от 5 до 30 вес.% воды из расчета на вес пропитанного глинозема. Предлагаемый фильтрующий состав практически производит окисление окиси азота до двуокиси азота и поглощает последнюю. Типична  сигарета, содержаща  примерно 1 г смешанного табака при стандартном курении,примерно дев тью зат жками, может выделить примерно от 300 до 400 мкг окисей азота в газовой фазе дыма. Определение окисей азота N0 в дыме сигарет провод т методом спектрометрии в инфракрасной области, атакже методом спектрофотометрни в ультрафиолетовой области, что позвол ет определить содержание окиси азота NO до,момента ее реагировани  с кислородом воздуха и образовани  других окислов азота. Предлагаемый фильтрующий состав обеспечивает снижение содержани  окисей азота в табачном дыме дэ 30-80% даже после продолжительного хранени  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 улучшена путем дополнительного введени  в состав частиц активированного углА в количестве 25-50 вес.% с площадью поверхности 800-1600 . Размеры частиц угл  могут быть сравнимы с размерами частиц глинозема {в меш), но так как уголь имеет меньшую плотность , чем глинозем, то гранулы угл  должны быть меньше по размеру, чем гранулы глинозема дл  возможности сведени  к минимуму седиментации за счет силы т жести и вли ни  процесса разделени . Фильтрующий состав может быть использован в качестве сло  ме сду прокладками стандартного фильтра из ацетата целлюлозы. Затем фильтр в помещают против цилиндрика из табака, а дл  его креплени  к последнему служит бумажна  обертка. Фильтрующий состав может выпускатьс  отдельно от продуктового табака и ис пользуетс  в этом случае в сочетании с мундштуком дл  сигар или сигарет. Фильтрующий состав может быть также помещен внутри папиросы. Во всех случа х фильтр, содержащий гранулы, должен иметь сопротивление к прот гиванию (КТД) менее примерно чем 76 мм вод ного столба . при измерени х, проводимых при скордсти течени  воздуха 1050 Преимуществом предлагаемого филь рующего состава  вл етс  также его способность окислени  окиси углерод до двуокиси углерода при комнатной температуре (21°С). При пропускании синтетической смеси с содержанием компонентов, вес.%: СО 2,46; ,7 СО ,56 и И 78,28, со скоростью 40 через 25 миллиметровый слой гранул 40/80 меш фильтрующего состава, наход щегос  в стекл нной трубке с внутренним диаметром 7 мм, за длительный промежуток времени СО полностью удал етс . Пример 1. Готов т раствор, состо щий из 25 г перманганата натри , 2,5 г гидрата окиси натри  и 100 мл дистиллированной воды. Берут 50 г глинозема с 30-50 меш с площад поверхности 190 с объемом пор 0,25 и содержанием 0,1% двуок си кремни . Пористый глинозем помещает в фильтровальную воронку с пористой стекл нной пластинкой и раствор выл вают так, что в него погружаетс  гли нозем. Выдерживают 5 мин при 21°С к нижней части воронки подсоедин ют вакуум, что приводит к удалению раствора через пористую стекл нную пластинку. Полученные гранулы глинозема , пропитанные раствором пер манганата , помещают в вакуумную печ и сушат при 35°С до содержани  в не влаги 15%. Полученный фильтрующий состав содержит 12 вес.% перманганата натри . Точное количество перманганата натри , нанесенного на гранулы глинозема , определ ют путем помещени  некоторого взвешенного количества фильтрующего состава в стакан с водой и титровани  его при 60°С 0,1М раствором щавелевой кислоты (в кислом растворе) до бесцветной конечной точки в соответствии с уравнением -iocOj,2Mn ан.р 6Cjp -taM«o i6H Фильтрующий состав помещают в фильтр сигареты, при этом берут его 400 мг и помещают в пространство длиной 10 мм между двум  стерженьками из ацетата целлюлозы длиной 5 мм каждый внутри бумажной трубки диаметром 8 мм. Прокладки длиной 5 мм и весом, примерно, 30,5 мг кажда , готов т из очесов 4-10 денье, содержагдах моноволокна с У-образным поперечным сечением, с восемью денье на моноволокно . . . Этот собранный фильтр имеет показатель НТД примерно 63 мм вод ного столба при скорости течени  воздуха 1050 . Дл  сравнени  фильтр креп т бумажной оберткой к контрольной сигарете длиной 85 мм, разработанной Университетом Кентукки IRI. Обща  комбинаци  из фильтра и сигареты имеет показатель КТД 127 мм вод ного столба при скорости пропускаемого воздуха 1050 . Затем сигареты помещают в стандартную коробку дл  20 сигаретj в которой имеетс  внутренний слой металлизированной бумажной фольги, оберточной бумаги, покрытой слоем глины и св зующего и наружной обертки из пленки полипропилена толщиной 0,075 мм, герметизированной путем нагрева вдоль всех ее краев. Упаковку подвергают действию ускоренных циклов старени  и хранени  путем помещени  ее сначала в xeiMepy с циркулирующим воздухом при 43,33 С и 15%-ной относительной влажностью на четверо суток с последующим помадением в Кс1меру с циркулирукнцим воздухом при 32,2, и 85%-ной относительной влажностью на семь суток. Затем этот цикл повтор ют еще один раз. Сигареты, снабженные фильтрующим составом и подвергнутые циклу ускоренного старени  и зфанени , испытывают следующим образом. Две сигареты одновременно подвергают испытанию на пригодность дл  курени  на электрической курительнд|й машине, в которой воздух просасывают через гор чую сигарету зат жками. длительностью 2 с при подаче 35 см воздуха на одну зат жку. Продолжительность статического горени  межд зат жками составл ет 60 с. JfetM от восьми зат жек пропускают через филь рующую прокладку Кембридж дл  удалени  ТРМ. Полученную газовую фаз объедин ют при помощи обычного коллектора и собирают в предварительно эвакуированной однометровой кювете дл  анализа в инфракрасной области спектра. Газ, наход щийс  в кювете, посше этого подвергают анализу методом спектрометрииВ инфракрасной облс1сти с использованием инфракрасного спектрометра Перкина-Эльмера 221 с увеличенной шкалой ординаты. Провод т также параллельные опыты с трем  образцами. Аналогт чным способом испМтывают две контрольные сигареты, которые полностью сходны с сигаретаМИ , снабженными фильтрами, за исключением того, что фильтр полностью состоит из цилиндра ацетата целлюло зы длиной 20 мм, но не содержит фильтрующего состава. Полоса поглощени  при длине волны 6,15 мкм представл ет собой общее содержание окисей азота в дыме Сравнение высоты поглощени  дл  исп тьшаемых сигарет с фильтрук цим соста вом и контрольных показывает, что при применении фильтрующего состс1ва снижение окисей азота Е дыме состав л ет 42%. Это снижение вычисл ют, как 42%-ное скижение высоты пика в инфракрасной области при длине волны 6,15 мкм по сравнению с высотой п:и ка дл  контрольных сигаоет. Затем п ть сигарет подвергают таким же испытани м на действие ускоренных циклов старени  и хранени  и помещают в курительную машину, как это описано.Дым этих сигарет смешивают в системе коллектора и анализируют в спектрофотометре Кэрри (модель 11), который сканируют в интервале 212- 217 нм (ультрафиолетова  область) , асоту пиков в этой области сравнивают с высотой пиков, полученных дл  контрольного газа, содержаго 0,5% окиси азота NO в среде гели . На основании результатов, полученных дл  одиннадцати зат жек, найдено, что контрольна  сигарета выдел ет 360 мкг NOa Сигареты с фильтрующим составом выдел ют лишь 186 мгк N0 на 11 зат жек, что обеспечивает 48% снижени  выделени  NO, Пример 2. Используют тот же исходный глинозем, как в примере 1, к готов т растворы перманга«ата натри  с тем же его содержанием.Растворы содержат при этом различные количестна и типы основных соединений натри . Состав растворов приведен в табл.1„ Растворы примен ют дл  пропитывани  гранул глинозема, пропитанные гранулы обрабатывают, готов т из них фильтрукипий состав дл  сигарет, сигареты упаковывают ( подвергают старению и испытанию, как это описано. в примере 1, пользу сь методом спектрометрии в инфракрасной области. Полученные данные приведены в табЛо1,

25 25 25 25 25 25 25

100

100 100 100 100 100 100

Т а

лица 1

О

63

31

59 56 61 58

Пример 3. При применении гранул глинозема и метода пропитывани  .перманганатом, как описано в примере 1, готов т р д .фильтрующих составов, в которых содержание перманганата натри  измен ют, примен   растворы перманганата натри  и основных соединений натри  с различно концентрацией.

Используют гидрат окиси натри  в мол рном соотношении с перманганатом натри  1:3. Пропитанные гранулы глинозема подвергают обработке, готов т из них фильтрующий состав в комбинации с сигаретой, последние упаковывают, подвергают старению и испытанию, как описано в примере 1, пользу сь методом спектрометрии в инфракрасной области.

Уровень содержани  перманганата и данные испытаний приведены в табл.2. Весовые проценты вычисл ют из расчета на общий сухой вес гранул глинозема, пропитанных перманганато Пример 4. Гранулы глинозем пропитывают раствором перманганата, как описано в примере 1, но перманганат натри  замен ют перманганатам других металлов. Общий уровень содержани  перманганата в каждом случае регулируют по содержанию ttaO, которое должно составл ть примерно 10вес.% из расчета на пропитанные гранулы глинозьма. Пропитанные гранулы глинозема обрабатывают, готов  из них фильтрующий состав, упаковывают , подвергают старению и испытанию методом спектрометрии в инфра красной области, как описано .в примере 1. Данные испытаний Снижение NO Вид перманганата Ва(Мп04)2 16 СаСМпО.) Mg(Mn04)2 Zn{МпО4)г

LiMnO.

25

52

NaMnO,

КМпОдо

5 Результаты показывают, что перманганат натри   вл етс  более, чем в два раза, эффективнее, чем другие испытывавшиес  материалы, дл  снижени  содержани  в дыме N0.

Пример 5. Дл  обработки р да

0 гранулированных субстратов используют раствор перманганата и основного соединени  натри , как описано в примере 1 , и раствором пропитывают р д гранулированных субстратов с размером частиц 30/50 меш. Гранулы, содержащие перманганат, обрабатывают, готов т из них фильтрующий состав дл  сигарет, последние упаковывают, подвергают старению и испытывают ме0 тодом спектрометрии в инфракрасной области, как описано в примере 1.

Данные исследований приведены в табл. 3, при этом наилучшие результаты получают при использов-ании гли5 нозема, содержащего менее, чем 6 вес.% двуокиси кремни .

Таблица 3 Окись алюмини  {Алкоа-Н-51: 5,8 350 SiO Окись алюмини  (Алкоа 0,25 57 0,9 210 F-I) SiOj, , Окись алюмини  {Алкоа G-220) 0,2 350 SiO-, Окись алюмини  SiO 6,3 390 За Силикагель 99,7 800 SiOg Каолин агрегат Окись магни  98,0 21 МдО Перлит. 98,0 50 ZrO 2,0 Диатомова  земл  агрегат 67

Продолжение табл.3

20 S

0,4

130

12

ъ

12

0,26

100

Уголь

(атлас-Дарко) -- 600

Пример б. Гранулы глинозема обрабатывают, как описано в примере 1 использу  раствор, содержащий , Г перманганат натри  25 гилрат окиси натри  2,5; дистиллированна  вода 100. Пропитанные гранулы содержат 12 вес.% перманганата натри Пропитанные гранулы смешивают с гранулами активированного угл  30/70i меш с площадью поверхности 1200 дл  получени  фильтрующего состава, Эту смесь используют дл  получени  сигарет с фильтрующим составом,которые упаковывают и испытывают, как описано в примере 1, пользу сь методом спектрофотометрии в ультрафиолетовой области дл  определени  содержани  NO.

Пространство между фильтрующими Прокладками измен ют в пределах от 10 до 15 мм дл  размещени  в нем 400 мг фильтрующего состава, активированного угл  их смеси,Данные испытаний приведены в табл.4.

Таблица 4

Продолжение табл, 4

Результаты табл. 4 показывают, что существует синергетический эффект при комбинировании пропитанных гранул глинозема с активированным углем, приче м ни один из материлов в чистом виде не может дать таких же результатов, какие получают дл  их комбинации.

Однако, несмотр  на синергетический эффект, полученный при применении глинозема, пропитанного перманганатом и основным раствором, смешанным с гранулами угл , фильтрующий состав можно употребл ть с другими материалами, например силикагелем , синтетическими полимерами, целлюлозой, пористыми материалами, служащими носител ми активных веществ , и эти материалы могут избирательно поглощать другие вредные компоненты дыма. Возможно также использование вкусовых веществ в сочетании с предлагаемым фильтрующим составом.

Claims (3)

1. Формула изобретени 

   1,. Фильтрующий состав дл  табачного дыма, включающий активированный пористьдй глинозем и перманганат натри , отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности очистки дыма от вредных веществ, из глиноземов выбирают глинозем, содержащий от 0,5 до 6 вес.% кремнезема от веса последнего | при этом площадь поверхности выбранного глинозема составл ет от 100 до 550 MVr, а объем пор от 0,2 до 0,9 , причем состав дополнительно содержит щелочное соеди .нение натри  при следующем соотношении компонентов, вес.%5

   Перманганат натри 3,33-30

   Щсшочное соединение натри 0,05-30,8

   Активированный пористый глиноземОстальное
2. 2. Состав по П.1, отличающийс  тем, что он дополнительно содержит частицы активированного угл  с площадью поверхно(Ай 65 |в()0-1бОО MVr в количестве 25-50 вес.

   13738495J4
3. 3. Состав по П.1, о т л и ч а ю-Источники информгщии,

   «а и   с   тем, что, он дополнитель-прин тые во внимание при экспертизе но содержит воду в количестве от 11. Патент ОСА 3434479,

   ло 30% от веса состава.кл. 131-109, опублик. 1970.