КУРИТЕЛЬНОЕ ИЗДЕЛИЕ
SMOKING ARTICLE

Область техники
Настоящее изобретение относится к курительным изделиям и, в частности, к курительным изделиям, в которых снижено измеряемое курительной машиной содержание конкретных составляющих или групп составляющих основного потока дыма.
Уровень техники
Обычно курительные изделия, например сигареты, включают отрезок табачного штранга в виде цилиндра из табака или курительного материала на основе табака, обернутого в бумажную обертку, который может быть снабжен узлом фильтра. Исходно узел фильтра представляет собой цилиндрический элемент, сформированный из фильтрующего материала, например жгута волокон ацетата целлюлозы, включающего при необходимости элементы для модификации потока дыма и фильтрующей функции, например канавки и зазоры, и добавки, например частиц углерода. Жгут может быть обернут слоем бумаги для обертки фильтра, способствующей поддержанию цилиндрической формы и структуры фильтрующего материала. Узел фильтра присоединен к отрезку табачного штранга (сигаретной палочке) посредством ободковой бумаги, являющейся наружным слоем бумаги, обернутым вокруг узла фильтра и перекрывающим место соединения между узлом фильтра и сигаретной палочкой. Ободковая бумага закрепляется клеем.
Табачный дым представляет собой сложную меняющуюся смесь более 5000 идентифицированных составляющих, из которых примерно 150 официально признаны нежелательными. Эти составляющие находятся в основном потоке дыма (MS - от англ. mainstream smoke), вдыхаемому курильщиком, а также выделяются между затяжками как составляющие побочного дыма (SS - от англ. sidestream smoke).
В 2001 г. Институт Медицины (IOM - от англ. Institute of Medicine) сообщил, что поскольку обусловленные курением заболевания зависят от воздействующей дозы, а эпидемиологические исследования продемонстрировали снижение риска возникновения связанных с курением болезней при прекращении курения, может оказаться возможным уменьшить связанные с курением риски, создав продукты с потенциально ограниченным воздействием (PREP - от англ. potential reduced-exposure product). К таким продуктам отнесены: (1) продукты, в которых значительно снижено воздействие одного или более токсичных компонентов табака; и (2) если заявлено снижение риска воздействия, продукты, относительно которых имеются основания ожидать снижение риска возникновения одного или более характерных заболеваний или иных негативных воздействий на здоровье (Stratton и др., 2001 г.). Сегодня не существует ни одного табачного продукта, использующего горение, который бы соответствовал требованиям, сформулированным IOM.
Таким образом, существует задача создания курительного изделия, в выбросах которого значительно снижены все составляющие основного потока дыма (MS), считающиеся нежелательными. Однако отдельные мероприятия по сокращению определенных составляющих обычно не сопровождаются сокращением других составляющих и, в некоторых случаях, даже приводят к росту их содержания.
Кроме того, также важно создание приемлемого для потребителя продукта. Органолептическое воздействие обычного курительного изделия в значительной мере обусловлено MS составляющими, а также и иными факторами, например, перепадом давления и количеством затяжек. Также было установлено, что некоторые предпринятые меры по сокращению определенных MS составляющих способны снизить удовлетворение, получаемое курильщиком от процесса.
Краткое изложение изобретения
В соответствии с вариантами выполнения изобретения, предложено курительное изделие, включающее отрезок штранга курительного материала и прикрепленный к одному из его концов фильтр, имеющий по меньшей мере три секции и обернутый в пористую обертку фильтра, при этом место соединения отрезка штранга курительного материала и фильтра перекрывает первая ободковая обертка, а по меньшей мере одна дополнительная ободковая обертка располагается вокруг фильтра, разнесена с первой ободковой оберткой и разделена с ней так, что между первой и по меньшей мере одной дополнительной ободковой оберткой обнажена (не прикрыта) часть пористой обертки фильтра, причем пористость ободковых оберток меньше, чем у обертки фильтра.
В некоторых вариантах выполнения, по меньшей мере одна секция фильтра содержит волокнистый фильтрующий материал. По меньшей мере одна секция фильтра может содержать пористый поглощающий (адсорбирующий) материал. По меньшей мере одна секция фильтра может содержать ионообменную смолу.
В некоторых вариантах выполнения, пористым поглощающим материалом, который может быть включен в по меньшей мере одну секцию фильтра, может быть пористый углерод со специально созданной пористой структурой. Секция фильтра может включать примерно от 20 до 80 мг пористого поглощающего материала.
В некоторых вариантах выполнения, ионообменная смола, которая может быть включена в по меньшей мере одну секцию фильтра, имеет поверхностно-активированный амин. Секция фильтра может включать примерно от 5 до 40 мг ионообменной смолы.
В некоторых вариантах выполнения, фильтр имеет мундштучную секцию, содержащую волокнистый фильтрующий материал, секцию, содержащую ионообменную смолу, и секцию, примыкающую к отрезку штранга курительного материала, и содержащую пористый поглощающий материал.
В некоторых вариантах выполнения, длина фильтра больше, чем у фильтра обычной сигареты, и составляет примерно от 30 до 40 мм, предпочтительно примерно 37 мм.
В некоторых вариантах выполнения, общая длина курительного изделия, включая фильтр и отрезок штранга курительного материала, составляет примерно 83 мм.
В некоторых вариантах выполнения, курительное изделие имеет меньшую окружность, чем обычная сигарета, составляющую примерно 21 мм.
В некоторых вариантах выполнения, ширина промежутка между первой и по меньшей мере одной дополнительной ободковыми обертками составляет примерно 10 мм.
В некоторых вариантах выполнения, курительное изделие дополнительно имеет вентиляционные отверстия, сформированные в ободковой обертке и(или) в массиве фильтра.
В некоторых вариантах выполнения, отрезок штранга курительного материала содержит по одному или в комбинации:
(а) табак, подвергнутый обработке для снижения содержания азотных соединений;
(б) табак, подвергнутый обработке для удаления полифенолов и(или) пептидов;
(в) заменитель табачного листа, содержащий негорючий неорганический наполнитель, связующее вещество и средства генерирования аэрозоля.
Помимо этого, курительный материал может также содержать листовой табак без стебля (lamina tobacco) и(или) расширенный табак, разрыхленный с использованием сухого льда табак (DIET - от англ. dry ice expanded tobacco).
Кроме того, в некоторых вариантах выполнения, курительный материал дополнительно содержит глицерин. Курительный материал может также или в альтернативном варианте содержать по меньшей мере один ароматизатор.
В некоторых вариантах выполнения, курительный материал курительного изделия содержит табак комплексной обработки, заменитель табачного листа, расширенный табак (DIET), листовой табак, глицерин и добавленный в конце ароматизатор.
Краткое описание чертежей
Далее, в качестве частных примеров, приводится описание вариантов выполнения изобретения со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
на фиг. 1 схематически представлен вид курительного изделия, в соответствии с вариантом выполнения изобретения;
на фиг. 2 представлен вид с пространственным разделением деталей фильтра, показанного на фиг. 1, иллюстрирующий его внутреннее устройство;
на фиг. 3 схематически представлен вид продольного сечения курительного изделия, в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения;
на фиг. 4 вкратце описан процесс приготовления из полимера высокоактивного углерода; и
на фиг. 5 представлены результаты измерения вентилирующего потока для различных систем вентиляции.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к курительным изделиям, конструкция фильтра которых обладает улучшенной системой вентиляции, обеспечивающей снижение содержания токсичных составляющих при сохранении приемлемых потребительских характеристик.
В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, дальнейшее снижение содержания токсических составляющих может быть достигнуто одновременным использованием с этим фильтром специально подобранных табачных смесей и(или) специально подобранных адсорбирующих фильтрующих добавок. Кроме того, при желании может быть использован новый формат всего курительного изделия, позволяющий оптимизировать влияние конструкции фильтра и других мероприятий по снижению содержания токсичных составляющих для повышения потребительских характеристик курительного изделия.
В стандартной или обычной сигарете фильтр и сигаретная палочка соединены ободковой оберткой, закрывающей фильтр по всей его длине и примыкающий конец сигаретной палочки. Если используется вентиляция, то она обычно представляет собой отверстия или каналы, сформированные в ободковой бумаге, обеспечивающие всасывание окружающего воздуха в фильтр и разбавление основного потока дыма (MS).
В вариантах выполнения настоящего изобретения, ободковая обертка не покрывает весь фильтр. Напротив, ободковая обертка разделена и(или) содержит две или более полос. Первая ободковая обертка закрывает место соединения фильтра и отрезка штранга курительного материала, например, для прикрепления фильтра к отрезку штранга. По меньшей мере одна дополнительная ободковая обертка окружает другую часть фильтра, разнесенную с первой ободковой оберткой и отделенную от нее так, что между первой и по меньшей мере одной дополнительной ободковой оберткой формируется промежуток. Этот промежуток обнажает область фильтра, окруженную более пористым материалом по сравнению с ободковыми обертками. В результате образуется секция фильтра, окруженная только пористой бумагой (бумагой для обертки фильтра), в которой улучшена диффузия газов в область фильтра и из нее. Например, такие газы как СО (окись углерода) и NO (окись азота) могут диффундировать из фильтра через эту область фильтра. Это так называемое "разделение ободковой обертки" может также улучшить управление уровнем вентиляции при более высоких расходах.
На фиг. 1 и 2 показано курительное изделие 10, в соответствие с вариантом выполнения изобретения, содержащее отрезок 11 штранга курительного материала и фильтр 12. В одном варианте выполнения, отрезок 11 штранга курительного материала представляет собой цилиндр курительного табака или материала на основе табака, заключенный в бумажную гильзу.
Отрезок 11 штранга курительного материала прикреплен к фильтру 12. В представленном варианте выполнения, первая ободковая обертка 14 перекрывает место соединения между отрезком 11 штранга курительного материала и фильтром. Эта ободковая обертка 14 помогает прикреплять отрезок 11 штранга к фильтру 12. Фильтр на его мундштучном конце 13 окружен дополнительной ободковой оберткой 15. Ободковые обертки 14, 15 разнесены друг от друга и разделены промежутком 16. Этот промежуток 16 представляет собой секцию фильтра, не окруженную ободковой оберткой. В представленном варианте выполнения, эта секция фильтра у промежутка 16 окружена обнаженной пористой бумагой для обертки фильтра.
Более подробно конструкция фильтра 12 показана на фиг. 2, представляющей вид с пространственным разделением деталей. Фильтр содержит три отдельных секции 21a, 21b, 21c фильтра. В предпочтительном варианте, каждая отдельная секция 21a, 21b, 21c фильтра отличается от другой. С тем, чтобы каждая отдельная секция 21a, 21b, 21c фильтра сохраняла требуемую структуру, они могут быть, в частности, обернуты индивидуальной внутренней оберткой 22a, 22b, 22c фильтра.
Составленные концами три отдельно обернутые секции 21a, 21b, 21c фильтра далее обертываются вместе единой наружной бумагой 23 для обертки фильтра, которая скрепляет их как единый узел. Наружная обертка 23 фильтра выполнена из пористого материала, и по меньшей мере некоторые из индивидуальных внутренних оберток 22a, 22b, 22c фильтра также могут быть пористыми.
Фильтр 12 прикреплен к сигаретной палочке 11 первой ободковой оберткой 14, обернутой вокруг сигаретной палочки 11 и фильтра 12 так, что она перекрывает место соединения между ними. Ободковая обертка закрепляется клеем.
Вторая, отдельная ободковая обертка 15 обернута вокруг мундштучного конца 13 фильтра 12, удаленного от сигаретной палочки 11, и разнесена с первой ободковой оберткой 14, с промежутком 16 между ними. Наружная обертка 23 фильтра обнажена в промежутке 16, образуя область вентиляции в секции фильтра курительного изделия 10. Пористость этой секции фильтра будет определяться пористостью наружной обертки 23 фильтра и любой внутренней обертки фильтра, окружающей его в этой области. Ободковые обертки предпочтительно образуют области пониженной пористости, по сравнению с пористостью бумаги, окружающей секцию фильтра, совмещенную с промежутком 16 между ободковыми обертками 14, 15.
В варианте выполнения изобретения, показанном на фиг. 1 и 2, фильтр 12 представлен в виде трех разделенных секций 21a, 2lb, 21c. Следует, однако, понимать, что область притязаний изобретения охватывает варианты, где число секций фильтра больше трех. Более того, изобретение не предполагает его ограничения конструкцией, в которой каждая отдельная секция 21a, 21b, 21c фильтра сначала обертывается своей собственной оберткой 22a, 22b, 22c фильтра, а, вместо этого, наружная обертка 23 фильтра может скреплять вместе все секции фильтра и поддерживать их предпочтительную форму, например, цилиндрическую.
В варианте выполнения, показанном на фиг. 2, три секции 21a, 2lb, 21c не одинакового размера. В показанном варианте выполнения, мундштучная секция 21c короче средней секции 2lb, которая, в свою очередь, короче секции 21a, примыкающей к отрезку штранга курительного материала. В частном варианте выполнения, длина мундштучной секции 21c составляет 7 мм, длина средней секции 21b составляет 10 мм, и длина секции 21a, примыкающей к отрезку штранга курительного материала составляет 20 мм.
Размер и расположение первой и второй ободковых оберток 14, 15 выбраны так, чтобы обнажить часть секции 21a, примыкающей к отрезку штранга курительного материала. Вторая ободковая обертка 15 на мундштучном конце фильтра шире первой ободковой обертки 14. В частном варианте выполнения, показанном на фиг. 2, первая ободковая обертка закрывает область шириной 11 мм, перекрывая конец отрезка штранга курительного материала и часть прилегающей секции 21a фильтра. В частности, первая ободковая обертка 14 может перекрывать 5 мм отрезка штранга курительного материала и 6 мм прилегающей секции 21a фильтра. Промежуток между первой ободковой оберткой 14 и второй ободковой оберткой 15 в показанном варианте выполнения составляет 10 мм. Кроме того, в варианте выполнения, показанном на фиг. 2, вторая ободковая обертка закрывает область шириной 21 мм на мундштучном конце фильтра 12, перекрывая всю мундштучную секциию 21c фильтра, всю центральную секцию 2lb фильтра и часть (4 мм) секции 21a фильтра, примыкающей к отрезку штранга курительного материала. Таким образом, промежуток 16 между первой и второй ободковыми обертками 14, 15 совмещен с частью секции 22a фильтра, примыкающей к отрезку штранга курительного материала 11.
Область притязаний изобретения допускает отклонения от описанного выше курительного изделия 10. Например, может использоваться более двух отдельных ободковых оберток, окружающих фильтр и(или) отрезок штранга курительного материала, и они могут быть расположены так, чтобы сформировать два или более промежутков. Размер (ширина) оберток и их расположение могут быть изменены для формирования промежутков изменяющейся ширины и разного положения. Кроме того, число и размеры секций фильтра также могут меняться.
На фиг. 3 представлен альтернативный вариант выполнения курительного изделия, в котором фильтр 112 дополнительно включает вентиляционные отверстия 131. Курительное изделие 110 содержит те же компоненты, что и курительное изделие 10, показанное на фиг. 2, за исключением того, что оно имеет вентиляционные отверстия 131.
Назначение вентиляционных отверстий состоит в пропускании воздуха в фильтр, когда курильщик затягивается курительным изделием. Воздух смешивается с основным потоком дыма и разбавляет его и другие компоненты, втягиваемые через фильтр от горящего курительного материала. Для выполнения вентиляционных отверстий в настоящее время используется ряд способов. В ободковой обертке перед ее наматыванием могут быть выполнены отверстия механическим или электроискровым перфорирующим устройством или лазерным лучом. В альтернативном варианте, лазерный луч может быть использован для выполнения отверстий после сборки курительного изделия, с использованием системы, работающей в режиме он-лайн, или такой системы в составе сборочной машины. В последнем случае, отверстия прожигаются в фильтре сфокусированным лазерным лучом, и поэтому проходят сквозь бумагу или бумаги, обернутые вокруг фильтра (ободковую обертку и обертку фильтра), и в материал внутри фильтра.
Отверстия могут быть расположены по длине фильтра так, чтобы модифицировать фильтрацию и разбавление, в частности, если расположение отверстий соотнесено с отдельными компонентами многосекционного фильтра. Было установлено, что в курительных изделиях, имеющих описанное выше разделение ободковых оберток, такое разделение улучшает управление уровнем вентиляции при повышенных расходах.
На фиг. 5 представлены результаты измерения расхода потока для трех различных систем вентиляции. Кривой А представлены данные для испытываемой сигареты, у которой вся вентиляция фильтра обеспечивается разделением ободковых оберток промежутком 20 мм. Кривой В представлены данные для промышленной контрольной сигареты с вентиляционными отверстиями в фильтре, выполненными лазером в составе сборочной машины (OML - от англ. on machine laser). Кривой С представлены данные для испытываемой сигареты, в которой часть вентиляции обеспечивается разделением ободковых оберток промежутком (10 мм), а часть - OML областью на фильтре.
3
Согласно нормам ИСО прокуривания сигарет, т.е., при среднем значении расхода втягиваемого через сигарету потока, равном 17,5 см/с (или 1,050 л/мин), вентиляция фильтра измеряется как процентное отношение количества воздуха, протекающего через вентиляционные отверстия на фильтре сигареты, к полному объему затяжки, или среднему потоку, втягиваемому через сигарету. Полученный уровень вентиляции влияет на определяемое по методике ИСО содержание выделенных из продукта смол, никотина и СО. Когда потребители выкуривают сигареты, они могут делать затяжки большего объема и(или) с большим расходом, по сравнению с нормами ИСО. Поэтому содержание веществ, получаемых потребителем из обычной сигареты, может превышать то, что получает курительная машина по методике ИСО. Одна из причин такого увеличения количества выделяемых составляющих состоит в том, что эффективная "вентиляция через фильтр" снижается при расходе выше предусмотренного ИСО (показан кривой В на фиг. 5). В системе вентиляции с разделением ободковых оберток (без дополнительных вентиляционных отверстий), напротив, когда расход через сигарету становится больше расхода по норме ИСО, "эффективная вентиляция" не сокращается в такой степени, какую можно было бы ожидать в обычных продуктах. Фактически, отношение потока к перепаду давления на "разделенной области" является почти линейным, то есть по мере увеличения потока через сигаретную палочку, поток через "разделенный наконечник" нарастает почти в той же степени. Поэтому, при более интенсивном курении снижение "эффективной вентиляции" оказывается незначительным (см. кривую А на фиг. 5).
Для специалистов должно быть очевидным, что разделение ободковой обертки влияет на количество получаемых составляющих при выкуривании человеком или машиной в том случае, когда зона вентиляции не заблокирована. Это означает, что разделение ободковой обертки не даст эффекта при использовании режима (машины) интенсивного прокуривания Министерства Здравоохранения Канады (Health Canada Intense smoking - HCI).
Поскольку сложно точно предсказать уровень вентиляции, который может быть достигнут за счет только одного разделения ободковой обертки, были изготовлены испытательные образцы, и установленный в машине лазер использовался для тонкой настройки вентиляции фильтра в образце и достижения требуемого по ИСО содержания составляющих (например, использовался при построении кривой С на фиг. 5). Эта кривая демонстрирует явное влияние разделения ободковой обертки при использовании комбинированной вентиляционной системы.
В варианте выполнения, представленном на фиг. 3, вентиляционные отверстия 131, прожженные сфокусированным лазерным лучом (лазер в составе сигаретной машины) расположены кольцом по окружности фильтра 112. Отверстия проходят сквозь ободковую обертку 115, через лежащую под ней обертку 123 фильтра и любую внутреннюю обертку фильтра, в случае ее использования (не показана), и на небольшое расстояние внутрь массива фильтра.
Вентиляционные отверстия могут быть расположены в ряд или занимать область по окружности фильтра, на расстоянии примерно от 11 до 16 мм от мундштучного конца фильтра. В представленном частном варианте выполнения, вентиляционные отверстия 131 находятся на расстоянии 13 мм от мундштучного конца 113 фильтра 112. Это означает, что вентиляционные отверстия 131 совмещены с центральной секцией 121b фильтра.
Вентиляционные отверстия, выполненные лазером, обычно имеют глубину примерно от 1 до 2 мм, хотя они могут проходить дальше в массив фильтра, имея глубину более 2 мм, например, от 2 до 3,5 мм, и(или) глубину, составляющую по меньшей мере 25% диаметра фильтра, или даже от 25 до 50% диаметра фильтра. В некоторых вариантах выполнения, курительное изделие имеет по меньшей мере одно вентиляционное отверстие, проходящее в фильтр сквозь ободковую бумагу и любую обертку фильтра. Отверстие может проходить на такую глубину, что втягиваемый через вентиляционное отверстие воздух входит в центральную область фильтра. В альтернативном варианте, одно или более используемых отверстий могут быть расположены так, чтобы управлять прохождением разбавляющего воздуха сквозь фильтр. Например, отверстия могут иметь различную глубину, либо могут быть совмещены с заданными частями фильтра.
Обычные сигареты, как правило, включают жгут из ацетата целлюлозы (АЦ) в качестве фильтрующего материала. Ацетат целлюлозы обычно обрабатывается пластификаторами, которые связывают соседние волокна в точках их соприкосновения, придавая волокнистому жгуту повышенную прочность и целостность конструкции. К подходящим для этой цели пластификаторам относятся триацетин (триацетат глицерина), триэтилцитрат (ТЭЦ) и ПЭГ 400 (полиэтиленгликоль с малым молекулярным весом). Также известно, что пластифицированный жгут ацетата целлюлозы улучшает выборочное удаление полулетучих соединений, имеющихся в дыме (например, фенол, o-крезол, p-крезол и m-крезол). В некоторых вариантах выполнения изобретения, мундштучная секция фильтра (на фиг. 1 имеет обозначение 21c) включает жгут ацетата целлюлозы или в основном состоит из него, при этом предпочтительно этим жгутом является пластифицированный жгут ацетата целлюлозы.
В то время как волокнистый материал фильтра может снизить содержание твердых частиц вместе со смолами и никотином, выборочного сокращения практически не происходит. Более того, поскольку волокна ацетата целлюлозы слабо влияют или совсем не влияют на летучие составляющие, повышение эффективности фильтрации увеличивает их относительное количество по сравнению со смолами и никотином. Однако присутствие секции фильтра с ацетатом целлюлозы может повысить привлекательность для потребителей курительных изделий, предложенных в настоящем изобретении, особенно в случае, когда секция фильтра с ацетатом целлюлозы расположена на мундштучном конце фильтра.
Для дальнейшего улучшения характеристик поглощения фильтра курительных изделий, могут быть добавлены пористые адсорбенты для удаления некоторых летучих составляющих из основного потока дыма. В фильтрах сигарет широко используется активный углерод (АУ), представляющий собой неизбирательный адсорбент, который может в значительной мере снизить содержание большого числа летучих составляющих путем физической адсорбции.
Адсорбционные характеристики пористого углерода могут быть усилены обработкой пористой поверхности углерода для получения так называемого высокоактивного углерода (НАС - от англ. High Activity Carbon). Таким образом, в некоторых вариантах выполнения изобретения, по меньшей мере одна секция фильтра содержит высокоактивный углерод.
Высокоактивный углерод может быть введен в секцию фильтра курительного изделия в полость, либо распределен (хаотичными пятнами) по вставке фильтрующего материала (например, ацетата целлюлозы). В некоторых вариантах выполнения, высокоактивный углерод может быть нанесен на внутреннюю поверхность (внутренней) обертки фильтра секции фильтра, располагаясь при этом между оберткой фильтра и вставкой фильтрующего материала.
В некоторых вариантах выполнения, секция фильтра, примыкающая к отрезку штранга курительного материала (на фиг. 1 имеет обозначение 21a ), содержит высокоактивный углерод. В некоторых вариантах выполнения, секция фильтра содержит от 20 до 80 мг, желательно примерно 50 мг, высокоактивного углерода.
Высокоактивный углерод может быть получен из полимера. Например, он может представлять собой пористый углеродный гранулированный материал, полученный из полистирола.
В одной из разновидностей высокоактивного углерода, который может быть использован в курительных изделиях согласно изобретению, используются по существу сферические частицы углерода, полученные из полимера с применением собственной технологии (Von Blücher and De Ruiter 2004; Von Blücher et el 2006; Böhringer and Fichtner 2008), которые поставляются компанией Blücher CmbH (Германия).
Эти полученные из полимера гранулы высокоактивного углерода обладают пористой структурой, отличающейся от структуры углерода, обычно используемого в производимых сигаретах, который, как правило, получают из скорлупы кокосового ореха. В результате, они обладают улучшенными адсорбционными характеристиками в отношении широкого спектра летучих токсичных составляющих дыма. Полученный из полимера углерод показывает хорошие результаты в режимах прокуривания ИСО и HCI с сигаретами обычного и уменьшенного диаметра, хотя были замечены некоторые ограничения в отношении удаления уксусного альдегида в условиях прокуривания с высоким расходом.
2
2
2
2
Процесс, используемый для получения углерода из полимера, описан на фиг. 4. Активный углерод из полимера получают периодическим процессом во вращающейся печи с косвенным нагревом при пониженном давлении в инертной атмосфере. После подготовки гранул полимерного исходного сырья, материал термически стабилизируют при избытке дымящей серной кислоты. Затем материал медленно нагревают до 500°C, при этом освобождается основная часть SO и HO и происходит коксование полимера. Получившийся углерод исходно обладает системой пор, которая недоступна для типичных адсорбентов. Для создания пористой системы, пригодной для целей адсорбции, выполняется дальнейшее нагревание материала примерно до температуры 900-1000°C для активации окисляющими веществами (водяным паром). При этом возникает система пор, состоящая в основном из микропор с размером поры от 0,7 до 3 им. Последующая активация посредством CO ведет к формированию преимущественно более крупных мезопор размером от 3 до 80 нм. Комбинация шагов активации с использованием водяного пара и CO представляет гибкую технологию получения требуемых характеристик пор.
Полученный из полимеров углерод, будучи синтетическим материалом, обладает более правильной сферической формой и более однородным размером частиц. Полученный из полимеров углерод обладает более низкой плотностью и дает меньше пепла в силу синтетической природы сырья, по сравнению со скорлупой натурального кокоса, как исходных материалов процессов карбонизации.
Большая часть составляющих частей дыма в режиме испытания по ИСО более эффективно адсорбируются углеродом, полученным из полимера, нежели активированным кокосовым углеродом, обеспечивая 80-95% сокращение составляющих дыма, за исключением формальдегида, уксусного альдегида, синильной кислоты (HCN) и толуола (сокращение на 50-60%). В режимах HCI, сигареты с обычным кокосовым углеродом обеспечивают сокращение на 25-45% для большинства составляющих дыма, кроме уксусного альдегида (16%). Сигареты, содержащие углерод, полученный из полимера, снижают содержание большинства составляющих дыма на 60-90%, кроме уксусного альдегида и HCN (15-30%).
Удаление токсинов из основного потока дыма также возможно посредством химической адсорбции, включая имеющие большую летучесть альдегиды и HCN. Функционализированная амином смола обеспечивает возможность нуклеофильного захвата альдегидов из основного потока дыма, и благодаря ее слабоосновной природе также может быть использована для удаления HCN из этого дыма.
Таким образом, в некоторых вариантах выполнения изобретения по меньшей мере одна секция фильтра содержит ионообменную смолу. Ионообменная смола имеет поверхностно активированный амин, который может эффективно прикрепляться к некоторым альдегидным составляющим и цианистому водороду в паровой фазе.
Материал функционализированной амином смолы может быть введен в полость секции фильтра курительного изделия, либо распределен (хаотичными пятнами) по вставке фильтрующего материала (например, ацетата целлюлозы). В некоторых вариантах выполнения, функционализированная амином смола может быть нанесена на внутреннюю поверхность (внутренней) обертки фильтра секции фильтра, размещаясь между оберткой фильтра и вставкой фильтрующего материала.
В одной возможной конструкции, в центральной секции фильтра помещается от 5 до 40 мг, желательно, примерно около 20 мг, функционализированной амином смолы.
На рынке имеются гранулы функционализированной амином ионообменной смолы типа DIAIONCR20 (изготовитель Mitsubishi Chemical Corporation). Она содержит полиаминовые группы в качестве хелирующих лигандов, которые прикрепляются на обладающую большой пористостью матрицу сшитого полистирола. CR20 демонстрирует сильное химическое сродство с ионами переходных металлов. Конкретным типом аминных групп, образуемых функционализацией, невозможно точно управлять, поэтому на смолах могут существовать аминные группы различных типов.
3
3
3
Было установлено, что товарный сорт CR20 (далее называемый CR20C) при его добавлении в сигареты обладает характерным запахом, несовместимым с приемлемым для пользователя характером дыма обычной сигареты. Однако, модификацией условий синтеза Mitsubishi значительно уменьшила интенсивность этого запаха, получив сорт CR20 со слабым запахом (далее называемый CR20L). В настоящей работе, если не указано иначе, все полученные результаты относятся к CR20L. Этот материал содержит гранулы размером 600 нм, плотностью 0,64 г/см, с содержанием влаги 15% и полной обменной способностью 0,92 миллиграмм-эквивалент/см (meq/cm). Mitsubishi Chemical Corporation производит материал CR20 различных других типов, включая CR20D и CR20HD, которые могут быть пригодны для использования в курительных изделиях.
Некоторые гранулы CR20 поставляются в воде, и для того, чтобы сделать их пригодными для использования в сигаретных фильтрах, может оказаться необходимым удалить из них по меньшей мере часть воды. В некоторых вариантах выполнения, вода удаляется, и материал высушивается до содержания влаги 15% или менее. В альтернативных вариантах выполнения, для фильтров курительных изделий также приемлемо более высокое содержание влаги.
Материал CR20, включая в частности CR20L, может быть введен в фильтры курительных изделий, предложенных в настоящем изобретении. По сравнению с фильтрами, содержащими обычный углерод, CR20L обеспечивает превосходное снижение содержания HCN, формальдегида и уксусного альдегида.
В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения, курительные изделия имеют новый формат. Это может быть связано, отчасти, с тем, чтобы разместить более длинный фильтр, в соответствии с некоторыми описанными здесь вариантами выполнения. Например, в некоторых вариантах выполнения курительные изделия имеют три или более секции фильтра, общая длина которых составляет примерно 37 мм, длина ободковой обертки (т.е., расстояние от мундштучного конца курительного изделия до дальнего края ободковой обертки) составляет 42 мм. Длина фильтра обычных удлиненных сигарет ("king size"), как правило, составляет от 15 до 27 мм. Увеличенная длина фильтра некоторых курительных изделий, предложенных в настоящем изобретении, дает двойной эффект улучшенной фильтрации дыма благодаря более длительному пребыванию дыма в фильтре, и меньшему количеству сжигаемого курительного материала благодаря сокращенной длине отрезка штранга курительного материала.
В некоторых вариантах выполнения, длина фильтра составляет по меньшей мере 30 мм, 31 мм, 32 мм, 33 мм, 34 мм или по меньшей мере 35 мм. В альтернативном варианте или дополнительно, фильтр может иметь длину не более 50 мм, 49 мм, 48 мм, 47 мм, 46 мм, 45 мм, 44 мм, 43 мм, 42 мм, 41 мм или не более 40 мм. Для компенсации такого уменьшения длины отрезка штранга курительного материала, для его обертывания может быть использована медленно сгорающая бумажная обертка. Это позволяет пользователю выполнить то же самое количество затяжек курительным изделием, что и с курительным изделием, отрезок штранга курительного материала которого имеет обычную длину.
В альтернативных вариантах выполнения, в курительном изделии может быть использован отрезок штранга курительного материала, имеющий такую же или близкую длину, что и отрезок штранга курительного материала в обычной сигарете. В результате использования более длинного фильтра курительное изделие станет длиннее обычной сигареты.
В некоторых вариантах выполнения, курительное изделие имеет т.н. "demi slim" (уменьшенной толщины) окружность, равную 21 мм, по сравнению со стандартной окружностью сигареты "king size", равной 24,6 мм. Курительные изделия могут иметь стандартную длину "king size", равную 83 мм (включая отрезок штранга курительного материала и фильтр).
Помимо модификации фильтра курительных изделий для дальнейшего снижения содержания токсических составляющих в основном потоке дыма, могут быть использованы и другие технологии, относящиеся к курительному материалу, для дополнения воздействий фильтра, или уравновешивания их, если это необходимо.
Приводится описание обработанных табачных смесей, в которых, благодаря обработке, из табака удалены протеин и полифенол, что благоприятно влияет на содержание токсических составляющий в дыме. Обработка табака может быть выполнена на резаном табаке трубоогневой сушки. Вкратце, табачная смесь подвергается водной вытяжке с последующими двумя ступенями фильтрации экстракта для удаления полифенолов и растворимых пептидов. Оставшаяся твердая часть табака обрабатывается протеазой для удаления нерастворимых протеинов. После промывки и деактивации ферментов, твердую часть табака и отфильтрованный водный экстракт объединяют. В результате обработки получается материал, называемый здесь табаком комплексной обработки (ВТТ - от англ. Blend Treated Tobacco), обеспечивающий пониженное содержание фенолов, ароматических аминов, HCN и ряда других азотистых составляющих дыма. Здесь, однако, имеет место рост содержания формальдегида и изопрена. Табак комплексной обработки сохраняет структуру исходного табака и может быть введен в отрезки штранга курительного материала для включения в состав курительных изделий, используя технологическое оборудование для изготовления обычных сигарет, без необходимости преобразования в листовой материал.
В некоторых вариантах выполнения изобретения, курительный материал содержит табак комплексной обработки.
Для экстрагирования может использоваться ломаный, резаный, скрошенный или молотый табак. В некоторых вариантах выполнения, табаком является скрошенный табак. Табак в других формах также может быть подвергнут экстрагированию с использованием описанных здесь методов.
Табачный материал может быть смешан с экстрагирующим растворителем для образования суспензии. Растворитель может добавляться в табачный материал в весовом соотношении от 10:1 до 50:1, желательно от 20:1 до 40:1 и наиболее предпочтительно от 25:1 до 30:1. В одном варианте выполнения, растворитель добавляется в табачный материал в весовом соотношении 27:1. Растворителем может быть органический раствор, в предпочтительном варианте, водный раствор или вода. В самом начале процесса экстрагирования, растворителем обычно является вода, хотя растворитель может также содержать спирты, например, этанол или метанол, либо может содержать поверхностно-активное вещество. Могут быть использованы и другие растворители, в зависимости от конкретных составляющих, экстрагируемых из табака.
Экстрагирование может выполняться при температуре примерно 15-85°C, желательно, примерно при 65°C. Предпочтительно суспензия в процессе экстрагирования непрерывно перемешивается так, что табак остается во взвешенном состоянии. Продолжительность экстрагирования должна составлять от 15 мин до двух часов. В предпочтительном варианте выполнения, экстрагирование выполняется примерно 20 мин.
В процессе экстрагирования, растворимые компоненты табака удаляются из табачного материала и попадают в раствор. Эти компоненты включают никотин, сахара, некоторые протеины, аминокислоты, пектины, полифенолы и ароматизаторы. В раствор может быть удалено до 55% исходного веса табака. Важно, что пектины в табачном волокне остаются сшитыми поперечными связями в течение всего процесса экстрагирования и обработки, сохраняя волокнистую структуру табака. Соответственно, в растворитель, используемый для экстрагирования табака, и в любые растворы, используемые в дальнейших процедурах обработки, может добавляться кальций.
После экстрагирования, суспензия может быть отфильтрована для сбора жидкого фильтрата ("материнского фильтрата"). После этого, нерастворимый оставшийся табак может быть дополнительно экстрагирован противоточной промывкой, для удаления из табака как можно большего количества растворимых составляющих.
На табак воздействуют свежим растворителем, и собирают фильтрат ("промывной фильтрат"). Промывным фильтратом можно многократно воздействовать на поступающие остатки табака, на входе переносящего его ленточного фильтра. Сбор и повторное воздействие промывного фильтрата на поступающий табак на входе ленточного фильтра могут быть повторены несколько раз, предпочтительно три, четыре или даже пять раз. Таким образом, конечный промывной фильтрат, собранный в головной части ленточного фильтра, может иметь высокую концентрацию тех растворимых компонентов табака, которые извлекались из табачных остатков, по мере их прохождения по всей длине фильтра. Затем конечный промывной фильтрат может снова быть использован добавлением к свежей порции табака для формирования суспензии, готовой для экстрагирования. Например, конечный промывной фильтрат может быть добавлен перед экстрагированием в чан-смеситель, где формируется табачная суспензия. Процесс экстрагирования, поэтому, может быть непрерывным процессом, в котором свежий табак экстрагируется регенерируемым фильтратом. Только в самом начале этого процесса экстрагирования табак экстрагируется свежим растворителем. Когда процесс экстрагирования начат, для экстрагирования используется уже не свежий растворитель, а растворитель, состоящий только из повторно используемого промывного фильтрата.
По мере продолжения процесса экстрагирования, концентрация растворимых компонентов табака в экстракте становится все выше. Эти компоненты включают те, что попали в раствор при первичном экстрагировании в экстракционной емкости (формирующем материнский фильтрат), а также и те, что попали в раствор при вторичном экстрагировании на горизонтальном ленточном фильтре (формирующем промывной фильтрат).
Конечный фильтрат, таким образом, содержит как материнский, так и промывной фильтраты. Полученный в результате фильтрации табачный остаток не содержит тех компонентов, которые растворяются в используемом для фильтрации растворителе. В конце фильтрации экстрагированный табак может быть отжат для удаления из него лишней жидкости. Выходящий с горизонтального ленточного фильтра экстрагированный табак обычно имеет вид обезвоженного слоя.
Конечный фильтрат, далее называемый табачным экстрактом, может быть затем подвергнут обработке для удаления тех компонентов, которые нежелательны в составе конечного табачного продукта. Нежелательные компоненты включают протеины, полипептиды, аминокислоты, полифенолы, нитраты, амины, нитрозамины и красящие соединения. Содержание компонентов, которые считаются желательными, например, сахар и никотин, может, однако, остаться неизменным, поэтому вкус и свойства курения экстрагированного табака сравнимы с этими характеристиками исходного материала.
В предпочтительном варианте выполнения, обработка табачного экстракта выполняется для удаления протеинов, полипептидов и(или) аминокислот. До 60% протеинов, содержащихся в исходном табачном материале, может быть удалено с использованием нерастворимого адсорбента, например, гидроксиапатита или минерала фуллеровой земли, например, аттапульгита или бентонита. Табачный экстракт предпочтительно обрабатывается бентонитом, для удаления из него полипептидов. Бентонит может добавляться в экстракт в количестве 2-4 масс. % первоначально экстрагированного табака. В альтернативном варианте, табачный экстракт может быть подан в емкость, содержащую суспензию бентонита в воде. В подходящей суспензии содержится примерно 7 кг бентонита примерно в 64 кг воды (количество в час), например, 7,13 кг бентонита в 64,18 кг воды (количество в час). В любом случае, концентрация бентонита должна быть достаточно велика, чтобы существенно понизить содержание протеина в табачном экстракте, но не настолько велика, чтобы дополнительно поглощать никотин из экстракта. Обработка бентонитом также может быть эффективна при удалении красящих соединений, имеющихся в табачном экстракте, из-за которых, если их не удалить, при увеличении концентрации экстракт темнеет. Когда для обработки экстракта используется достаточно бентонита, снижение количества красящих соединений позволяет получить не слишком темный продукт. После обработки бентонитом, табачный экстракт может быть очищен от суспензии центрифугой и(или) фильтрацией. Табачный экстракт может быть также, или альтернативно, обработан для удаления из него полифенола.
Нерастворимым адсорбентом для полифенолов является поливинилполипирролидон (ПВПП), традиционно используемый в пивоваренной промышленности для удаления полифенолов из пива. ПВПП в количестве 5-10 масс. % первоначально экстрагированного табака может быть добавлен в экстракт. Этого количества ПВПП достаточно для удаления от 50 до 90% полифенолов в растворе. Считается, что оптимальным значением водородного показателя рН среды для удаления полифенолов из экстракта табака посредством ПВПП является 3. Эффективность адсорбции посредством ПВПП может быть, поэтому, увеличена снижением рН экстракта посредством добавления подходящей кислоты, например соляной кислоты.
В качестве альтернативы использованию ПВПП для поглощения полифенолов, в экстракт табака могут быть добавлены один или более ферментов для разложения находящихся там полифенолов. Подходящим ферментом является лакказа (оксидаза урушиола (urishiol oxidase)). Изобретение, однако, не ограничено способами удаления из табака только протеинов и(или) полифенолов. Для удаления других нежелательных компонентов табака из табачного экстракта могут быть использованы альтернативные или дополнительные ферменты, агенты или адсорбенты. Примерами других нежелательных компонентов табака, которые могут быть удалены из экстракта, могут служить нитраты, амины и нитрозамины.
Если из табачного экстракта должны быть удалены несколько компонентов, несколько емкостей должны быть установлены последовательно, каждая содержащая свой фермент, реагент или адсорбент, для удаления выбранного дополнительного элемента нежелательных компонентов. В альтернативном варианте, в одной емкости может содержаться несколько ферментов, реагентов или адсорбентов с тем, чтобы нежелательные компоненты могли быть удалены на одном этапе. Например, емкость, содержащая бентонит или ПВПП могла бы содержать один или более дополнительных ферментов, реагентов или адсорбентов с тем, чтобы удалять из табака не только протеин или фенолы, но один или более других нежелательных компонентов.
После обработки экстракта табака для удаления выбранных нежелательных компонентов табака, экстракт предпочтительно концентрируется до концентрации твердых частиц от 20 до 50 масс. %. Концентрация твердых частиц до 10% может быть достигнута обратным осмосом. Дальнейшая концентрация твердых частиц примерно до 40% может быть достигнута посредством выпарного аппарата с падающей пленкой раствора. Могут быть использованы и другие методы повышения концентрации, известные специалистам. Далее концентрированный экстракт табака может быть снова соединен с экстрагированным табаком.
Табак, экстрагированный в водном растворе, как это было показано выше, желательно подвергнуть дальнейшему экстрагированию для удаления одного или более других нежелательных компонентов, перед его соединением с концентрированным экстрактом табака. Дальнейшее экстрагирование табака может быть выполнено посредством фермента специально выбранного для удаления специфического компонента. В предпочтительном варианте, ферментом является протеолитический фермент (протеаза) для удаления протеина из табака. Предпочтительно фермент представляет собой бактериальный или грибковый фермент и более предпочтительно является коммерчески используемым ферментом в пищевой промышленности и при изготовлении моющих средств. Фермент может быть выбран из группы, состоящей из ферментов Savinase™, Neutrase™, Enzobake™ и Alcalase™, из которых все поставляются компанией Novozymes A/S. Протеолитический фермент предпочтительно добавляется к табаку в количестве от 0,1 до 5 масс. % материала табака. Например, Savinase™ может быть добавлен к табаку в количестве примерно 1 масс. %. Из табака заново может быть приготовлена суспензия в растворе выбранного фермента. Весовое соотношение между водой и табаком в суспензии должно составлять от 10:1 до 50:1, предпочтительно от 20:1 до 40:1 и более желательно от 25:1 до 30:1. В наиболее предпочтительном варианте выполнения, весовое соотношение между водой и табаком должно составлять 27:1.
Водородный показатель рН смеси табак/фермент должен быть таким, чтобы обеспечивалась оптимальная активность фермента. Соответственно, может быть удобным добавлять обезвоженный слой табака в емкость, рН в которой отрегулирован, например, добавлением основания, к примеру, гидроксида натрия. Табак с установленным значением рН может быть затем введен в емкость дозирования фермента для смешивания с выбранным ферментом. Смесь табака и фермента может быть затем подана в реактор идеального вытеснения, где выполняется ферментное экстрагирование. Ферментное экстрагирование должно выполняться при температуре, обеспечивающей оптимальную активность фермента. В предпочтительном варианте, следует использовать узкий температурный диапазон, например, 30-40°C, чтобы избежать денатурации фермента. Оптимальными условиями работы в случае, если выбран фермент Savinase™, являются 57°C и значение показателя рН, равное 9-11. Ферментное экстрагирование должно выполняться в течение по меньшей мере 45 минут; считается, что более короткого времени недостаточно для протеолитического фермента, чтобы разложить протеины табака.
Конечно, если требуется удаление из табака нескольких компонентов, то следует использовать экстрагирование несколькими ферментами. Такое экстрагирование должно выполняться последовательно, либо несколько ферментов должно быть смешано с табаком при одной операции обработки.
Также возможно добавление фермента на самом первом шаге экстрагирования процесса обработки, вместо использования отдельного шага экстрагирования впоследствии.
После ферментного экстрагирования, нерастворимые остатки табака могут быть промыты солевым раствором, предпочтительно раствором хлорида натрия, для выполаскивания фермента. Солевое полоскание может выполняться последовательно, в противотоке.
Солевого и водного полоскания может, однако, оказаться недостаточно для полного удаления из табака всех ферментов. Промытый табак может быть также подвергнут обработке для дезактивации любого остаточного фермента, сохранившегося в табаке после солевой и водной промывки. Это может быть выполнено посредством обработки водяным паром, достаточной для дезактивации фермента, но не слишком продолжительной, чтобы табак потерял свою волокнистую структуру. В варианте выполнения, обработка водяным паром выполняется при температуре примерно 98°C в течение примерно четырех минут, однако при желании время выдержки может быть увеличено примерно до 10 минут. В альтернативном варианте, для дезактивации фермента табак может быть подвергнут термической обработке, например, СВЧ нагреву или высушиванием табака в печи. В другом варианте выполнения, фермент может быть дезактивирован химической денатурацией, при этом должны быть предприняты меры для удаления из табака химического препарата.
Далее обработанный табак может быть снова соединен с концентрированным экстрактом табака. При введении обработанного экстракта табака обратно в экстрагированный табак обеспечивает сохранение водорастворимых вкусовых компонентов табака и никотина в конечном продукте. В результате этого объединения получается табачный продукт, имеющий аналогичную исходному материалу физическую форму и внешний вид, вкус и курительные свойства, однако существенно сниженный уровень протеина, полифенолов или других выбранных компонентов. Объединение может быть достигнуто распылением на табак экстракта табака. Количество исходного экстракта, объединяемого с обработанным табаком, зависит от количества, потерянного во время обработки экстракта для удаления выбранных компонентов, и может быть разным для разных видов табака.
Для высушивания обработанного табака может быть использован стандартный процесс сушки, выполняемый до, во время или после объединения с обработанным экстрактом табака. Начальное содержание влаги обработанного табака обычно составляет примерно 70-80%. В предпочтительном варианте выполнения, содержание влаги после сушки должно быть примерно 14%. Для снижения начального содержания влаги в табаке примерно до 30% может быть использовано подогреваемое сушильное устройство, например, ленточная сушилка. Для дальнейшего снижения содержания влаги примерно до 14% может быть использовано второе подогреваемое сушильное устройство, например, воздушная сушилка.
Конечный высушенный продукт может быть затем подвергнут обработке для получения окончательной формы, например, листа, который после измельчения сможет целиком или частично сформировать наполнитель сигареты. Благодаря тому, что вплоть до 30% исходного количества компонентов табака было удалено из него в процессе экстрагирования и обработки, концентрация оставшихся компонентов на единицу веса табака в конечном продукте увеличена, по сравнению с исходным материалом. К этим компонентам относится целлюлоза, которая, вместе с сахарами и крахмалами, может образовывать при сжигании вредные летучие материалы в дыме, например, уксусный альдегид и формальдегид.
Другой подход к снижению содержания токсичных составляющих в дыме состоит в разбавлении дыма глицерином, что может быть выполнено формированием так называемого "заменителя табачного листа" (TSS - от англ. tobacco substitute sheet), который включает большую часть глицерина, например, до 60 масс. %. Анализ основного потока дыма сигарет, включающих такой TSS в курительном материале, демонстрирует снижение содержания большинства измеренных составляющих, помимо некоторых летучих видов.
В некоторых вариантах выполнения изобретения, курительный материал содержит заменитель табачного листа.
Введение заменителя табачного листа (TSS) в табачную смесь снижает количество табака в сигарете, тем самым способствуя дальнейшему снижению возможности образования токсических веществ в сигарете. При нагревании, глицерин, находящийся в TSS, выделяется в поток дыма, увеличивая общее количество частиц дыма, измеряемое как содержание сухих твердых частиц без никотина (NFDPM - от англ. nicotine-free dry particulate matter, также известное как "смолы"). Поскольку большинство сигарет спроектированы так, чтобы удовлетворять определенным значениям содержания NFDPM, введение глицерина в поток дыма эффективно снижает долю продуктов сгорания табака в общую величину NFDPM. Этот процесс называют "разбавлением". Введение TSS в курительные изделия снижает содержание большого числа составляющих дыма, включая как твердые частицы, так и токсические составляющие в паровой фазе. Лабораторные токсикологические испытания показали снижение активности твердых дымовых частиц пропорционально их соотношению с глицерином. Воздействие никотина на человеческий организм было снижено в среднем на 18%, согласно измерениям фильтрации, и на 14% по результатам суточного анализа биомаркеров мочи. Воздействие твердых частиц дыма было снижено на 29%, согласно измерениям фильтрации, и на столько же на основании концентрации в моче 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридил)-1-бутанола. Эти результаты показывают, что снижение воздействия некоторых токсических составляющих дыма возможно при использовании заменителя табачного листа.
В некоторых вариантах выполнения, курительное изделие включает заменитель табачного листа, включающий негорючий неорганический материал наполнителя, связующий материал (например, альгиновый связующий материал) и средства генерирования аэрозоля.
В предпочтительном варианте, заменитель табачного листа содержит, в качестве главных своих компонентов, негорючий неорганический наполнитель, связующий материал и средства генерирования аэрозоля, которые предпочтительно составляют по меньшей мере 85 масс. % материала заменителя табачного листа, желательно, более 90%, и еще более желательно, примерно 94% или более масс. % материала заменителя табачного листа. Эти три компонента даже могут составлять 100% материала заменителя табачного листа. Оставшимися компонентами предпочтительно могут быть один или более красителей, волокна, например древесное волокно, или, например ароматизатор. Другие второстепенные составляющие материалы должны быть известны специалистам. Материал заменителя табачного листа, таким образом, является достаточно простым листом с точки зрения его состава.
В настоящем описании, термин "материал заменителя табачного листа" означает материал, который может быть использован в курительном изделии. Это не обязательно означает, что материал сам по себе будет обязательно поддерживать горение. Материал заменителя табачного листа обычно изготавливается в форме листа, который затем разрезается. Материал заменителя табачного листа может быть смешан с другими материалами для получения наполнительного курительного материала.
В некоторых вариантах выполнения, курительное изделие содержит обернутый отрезок штранга наполнительного курительного материала, в котором наполнительный курительный материал состоит из смеси, включающей материал заменителя табачного листа, содержащий негорючий неорганический заполнитель, альгиновый связующий материал и средства генерирования аэрозоля, при этом курительное изделие обладает коэффициентом эффективности переноса аэрозоля, превышающим 4,0. В настоящем описании, эффективность переноса аэрозоля измеряется как процент аэрозоля в дыме, деленный на процент аэрозоля в наполнительном курительном материале. Предпочтительно эффективность переноса аэрозоля составляет более 5, более предпочтительно превышает 6.
Курительный материал, используемый в курительных изделиях настоящего изобретения, может содержать смесь, состоящую более чем на 75 масс. % из материала заменителя табачного листа.
Предпочтительно неорганический материал наполнителя составляет в интервале 60-90%, более желательно, более 70% конечного листового материала. В предпочтительном варианте, неорганический материал наполнителя составляет примерно 78 масс. % конечного листового материала, но может присутствовать и в больших количествах, например, 80, 85 или 90 масс. % от конечного листового материала.
В некоторых вариантах выполнения, негорючий наполнитель предпочтительно содержит часть материала с частицами, имеющими средний размер в интервале от 500 до 75 мкм, или в интервале от 400 до 100 мкм, средний размер частиц более 125 мкм, или более 150 мкм. В некоторых случаях предпочтительно, чтобы средний размер частиц составлял примерно 170 мкм, или в интервале от 170 до 200 мкм. Такой размер частиц отличается от размера обычно используемых в неорганических наполнительных материалах пищевых марок в альтернативных табачных продуктах, а именно 2-3 мкм. Интервал размера частиц, наблюдаемый для каждого отдельного неорганического наполнителя, может составлять от 1 мкм до 1 мм (1000 мкм). Неорганический наполнительный материал может перемалываться, измельчаться или выкристаллизовываться до требуемого размера частиц.
3
3
3
3
3
3
Неорганическим наполнительным материалом может быть один или более материалов из группы, включающей перлит, окись алюминия, диатомовая земля, карбонат кальция (мел), вермикулит, оксид магния, сульфат магния, оксид цинка, сульфат кальция (гипс), оксид железа, пемза, диоксид титана, алюминат кальция или другие нерастворимые алюминаты, или иные неорганические материалы наполнителя. Плотность этих материалов может находиться в интервале от 0,1 до 5,7 г/см. В некоторых вариантах выполнения, неорганический наполнительный материал имеет плотность менее 3 г/см, менее 2,5 г/см, менее 2,0 г/см или менее 1,5 г/см. Может быть предпочтительным использование неорганического наполнителя с плотностью менее 1 г/см. Более низкая плотность неорганического наполнителя снижает плотность продукта, улучшая характеристики пепла.
Если используется комбинация неорганических наполнительных материалов, один или более из наполнителей может, желательно, иметь частицы малого размера, а другой может иметь частицы большего размера, при этом доля каждого наполнителя выбирается для достижения желаемого среднего размера частиц. Скорость статического горения, требующаяся в готовом курительном изделии, может быть получена путем использования соответствующей смеси табака и материала заменителя табачного листа в наполнительном курительном материале.
В некоторых вариантах выполнения, неорганический наполнительный материал не имеет агломерированной формы. Перед использованием, неорганический наполнительный материал должен подвергаться небольшой предварительной обработке, помимо, возможно, сортировки по крупности. Связующий материал может использоваться в интервале примерно 5-13 масс. %, менее 10 масс. % или менее 8 масс. % конечного материала наполнителя. Связующий материал может составлять примерно 7,5 масс. % или менее от массы конечного листового материала. Если связующий материал представляет собой смесь альгинатного и неальгинатного связующих материалов, то связующий материал может содержать по меньшей мере 50% альгината, по меньшей мере 60% альгината или по меньшей мере 70% альгината. Количество необходимого комбинированного связующего материала может быть соответственно уменьшено, когда используется неальгинатный связующий материал. Количество альгината в комбинированном связующем материале предпочтительно увеличивается при уменьшении количества комбинированного связующего материала. Подходящие альгинатные связующие материалы включают растворимые альгинаты, например, альгинат аммония, альгинат натрия, альгинат натрий-кальция, альгинат кальций-аммония, альгинат калия, альгинат магния, альгинат триетаноламина и альгинат пропиленгликоля. В комбинации с альгинатными связующими материалами также могут использоваться другие органические связующие материалы, например, целлюлозные связующие материалы, камеди или гели. Подходящие целлюлозные связующие материалы включают целлюлозу и производные целлюлозы, например, карбоксиметилцеллюлоза натрия, метилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза или эфиры целлюлозы. К подходящим смолам относятся гуммиарабик, гхатти камедь, трагакантовая камедь, камедь карайи, плоды рожкового дерева, акация, гуар, семя айвы или ксантановые камеди. Подходящие гели включают агар, агарозу, красные водоросли, фуроидан и фурцелларан. В качестве органических связующих материалов также могут быть использованы крахмалы. Другие подходящие камеди могут быть выбраны по справочникам, например, Industrial Gums, E. Whistler (изд-во Academic Press). В качестве основной части связующего материала предпочтительно использовать альгинатные связующие материалы. Использование альгинатов в изобретении предпочтительно из-за их нейтральных вкусовых характеристик при сгорании.
В некоторых вариантах выполнения, средства генерирования аэрозоля составляют в интервале от 5 до 20%, либо включены в количестве менее 15%, более 7% и(или) более 10%. В частном варианте выполнения, средства генерирования аэрозоля составляют менее 13%. В вариантах выполнения, средства генерирования аэрозоля составляют от 11 до 13 масс. % или примерно 11, 25 масс. %, или 12,5 масс. % конечного листового материала. Предпочтительно количество средств генерирования аэрозоля выбирается в комбинации с количеством материала табака, который должен находиться в смеси, представляющей собой наполнительный курительный материал курительного изделия. Например, в смеси с высоким процентом листового материала с низким содержанием табачного материала, потребуется снизить количество средств генерирования аэрозоля в листовом материале. В альтернативном случае, в смеси с низким содержанием листового материала с высокой долей табачного материала, потребуется ввести больше средств генерирования аэрозоля в листовой материал.
Подходящие средства генерирования аэрозоля включают средства формирования аэрозоля, выбранные из группы, содержащей многоатомные спирты, например глицерин, пропиленгликоль и триэтиленгликоль; эфиры, например, триэтилцитрат или триацетин, углеводороды с высокой температурой кипения, или не полиоли, например, гликоли, сорбитол или молочную кислоту. Может использоваться и комбинация средств генерирования аэрозоля.
Дополнительной функцией средств генерирования аэрозоля является пластифицирование листового материала. К подходящим дополнительным пластификаторам относится вода. Листовой материал предпочтительно может быть провентилирован. При этом отлитая суспензия формирует листовой материал с ячеистой структурой.
В предпочтительном варианте, средства генерирования аэрозоля или их часть могут быть заключены в капсулы, предпочтительно в микрокапсулы, либо стабилизированы каким-либо иным способом. В таких случаях, количество средств генерирования аэрозоля может выше, чем в приведенных выше интервалах.
В предпочтительном варианте, курительный материал содержит краситель для придания более темного тона материалу, и(или) ароматизатор для придания специального вкуса. К подходящим красителям, с учетом местного законодательства, могут относиться, например, меласса и солодовый экстракт. Также может использоваться мелко помолотый, гранулированный или гомогенизированный табак. Также могут быть использованы разрешенные к промышленному применению пищевые красители, например E150a (карамель), Е151 (черный краситель BN), Е153 (растительный уголь) или Е155 (коричневый НТ). Подходящие ароматизаторы включают, например, ментол и ванилин. Также могут подходить и другие материалы оболочки. В альтернативном варианте, присутствие вермикулита или иного неорганического наполнительного материала может придать материалу заменителя табачного листа более темный оттенок. Содержание красителя может быть от 0 до 10 масс. %, и может составлять до 5-7 масс. % конечного материала заменителя табачного листа. В некоторых вариантах выполнения, содержание красителя составляет менее 7%, менее 6% или менее 5% конечного материала заменителя табачного листа. В некоторых вариантах выполнения, количество использованного красителя составляет менее 4%, менее 3% или менее 2%. Например, содержание карамели предпочтительно может составлять в интервале 0-5 масс. % или менее примерно 2 масс. % конечного материала заменителя табачного листа, или примерно 1,5%. Другие подходящие красители могут включать мелассу, солодовый экстракт, кофейный экстракт, чайные душистые экстракты, хлеб Св. Иоанна (стручки рожкового дерева), экстракт чернослива или экстракт табака. Также могут использоваться смеси красителей.
Если это не противоречит местному законодательству, ароматизаторы могут добавляться для изменения вкуса и аромата материала заменителя табачного листа. Предпочтительно, если в альтернативном варианте используется пищевой краситель, его содержание составляет 0,5 масс. % или менее от конечного материала заменителя табачного листа. В альтернативном случае, после изготовления листа в него может быть введен порошковый краситель.
Для придания материалу листа большей прочности или меньшей плотности или более высокой наполнительной способности, или этих характеристик в комбинации, могут быть добавлены волокна, например, волокна целлюлозы, к примеру, древесное волокно, льняное волокно, конопляное волокно или лубяное волокно. При добавлении волокон, их содержание может составлять от 0,5 до 10 масс. %, в количестве менее 5 масс. %, или менее 3 масс. % конечного материала листа. Предпочтительно в материале листа отсутствует волокнистый материал, целлюлозный или иной.
В некоторых вариантах выполнения, материал заменителя табачного листа представляет собой лист, не содержащий табака. Следует понимать, что при высоком содержании материала листа в смеси, например, более 75 масс. % смеси, смесь плохо горит. Это может быть преодолено, например, добавлением в материал заменителя табачного листа небольшого количества, до 5-10%, гранулированного углерода.
Этот углерод предпочтительно не является агломерированным углеродистым материалом, т.е., этот углерод не подвергался предварительной обработке смешиванием с другим материалом для формирования агломерата.
3
В некоторых вариантах выполнения, материал заменителя табачного листа смешан с табачным материалом для получения наполнительного курительного материала. Предпочтительно компонентами табачного материала в смеси являются высококачественный листовой табак. Предпочтительно большая часть табачного материала представляет собой резаный табак. Табачный материал может содержать от 20 до 100% расширенного табака высокой степени разрыхления, например, расширенный с использованием сухого льда (DIET). Наполнительная способность такого материала обычно составляет в интервале от 6 до 9 см/г (см., например, GB 1484536 или US 4340073).
В некоторых вариантах выполнения, помимо листового табака, смесь содержит менее 30% других компонентов смеси, которые включают жилку, резанную плющенную жилку (CRS - от англ. cut rolled stem), жилку, обработанную водой (WTS - от англ. water treated stem) или жилку, обработанную водяным паром (STS - от англ. steam treated stem), или восстановленный табак. Другие компоненты могут составлять менее 20%, менее 10% или менее 5% конечного веса табачного материала.
В некоторых вариантах выполнения, курительное изделие в соответствии с изобретением, содержит табачный материал, обработанный средствами генерирования аэрозоля. Табачный материал может быть обработан средствами генерирования аэрозоля, однако этот не является необходимым для всех смесей табачного материала и материала листа. Количество средств генерирования аэрозоля, добавляемых в табак, составляет от 2 до 6 масс. % табака. Общее количество средств генерирования аэрозоля в смеси табачного материала и материала листа после обработки предпочтительно составляет в интервале 4-12 масс. % курительного материала, желательно, менее 10% и, желательно, более 5% по соотношению сухого веса.
В одном варианте выполнения, в курительный материал, содержащий заменитель табачного листа, добавляют глицерин. Как было установлено, это снижает уровень некоторых фенолов. Глицерин может добавляться в количестве примерно 1 масс. % (вдобавок к любому глицерину, который мог быть включен в заменитель табачного листа). Представляется, что добавление глицерина к TSS может давать синергический эффект.
В некоторых вариантах выполнения, смесь также может включать добавленный в конце ароматизатор для улучшения аромата и органолептических характеристик смеси.
Еще одним направлением снижения содержания токсичных составляющих в дыме курительного изделия, в соответствии с настоящим изобретением, является выбор таких компонентов табачной смеси, которые обладают низким содержанием прекурсоров нежелательных составляющих дыма, например, табак-специфичные N-нитрозамины (TSNAs - от англ. tobacco-specific N-nitrosamines) и металлы. Например, уровень TSNAs может быть сокращен использованием специальных (например, более легких) табачных смесей и выбором частей табачного растения с пониженным содержанием нитратов, прекурсоров TSNAs. В некоторых вариантах выполнения, для этого используется листовой табак. Специалисту должны быть известны способы адаптации процесса приготовления смеси для получения табачной смеси, обладающей этими требуемыми свойствами.
2
2
2
2
Табачная смесь также может содержать расширенный табак, представляющий собой резаный табак, который был разрыхлен для снижения массы сжигаемого в сигарете табака. Одним из процессов, используемых для обработки табака, является разрыхление табака с использованием сухого льда (DIET). Табак пропитывается жидким диоксидом углерода (CO) в резервуаре высокого давления, давление понижается и жидкий CO отсасывается, оставляя твердый CO, или сухой лед, формирующийся в клеточной структуре табака. Затем табак быстро нагревается, при этом сухой лед превращается в газообразный CO, который заставляет структуру резанного табака расширяется до объема, близкого к объему листа до его высушивания. Расширенный табак широко используется в имеющихся на рынке сигаретах, и в еще большей степени в сигаретах с низким содержанием определяемых ИСО составляющих.
В одном варианте выполнения изобретения, курительный материал выполняется из смеси 50% табака комплексной обработки (ВТТ), 15% заменителя табачного листа (TSS), 10% табака, разрыхленного с использованием сухого льда (DIET) и 25% листового табака, с добавлением 1% глицерина и 0,8% добавленного в заключение последнего ароматизатора.
Рассмотренные выше фильтр и технологии получения курительного материала при их совместном использовании позволяют получить курительное изделие со значительно сниженным уровнем токсичных составляющих дыма.
В некоторых вариантах выполнения, курительные изделия, в соответствии с изобретением, характеризуются снижением (например, по сравнению с обычной сигаретой) на по меньшей мере 75%, по меньшей мере 90%, по меньшей мере 95% или во всех ключевых составляющих основного потока дыма, определенных в настоящем раскрытии.
Так называемыми "ключевыми составляющими" основного потока дыма, упомянутыми в настоящем изобретении, являются те составляющие дыма, которые были определены в литературе как нежелательные (см. например, The Scientific Basis of Tobacco Product Regulation: Report of a WHO Study Group (2007) (WHO Technical Report Series 945, Geneva).
Это снижение предпочтительно определялось при использовании режима интенсивного курения, когда вентиляция открыта, поскольку продукты были спроектированы в соответствии с нормами ИСО, а блокировка вентиляции в режиме прокуривания Министерства Здравоохранения Канады сводит на нет эффект разделения ободковой обертки.
Снижение в содержании ключевых составляющих предпочтительно составляет по меньшей мере 5% или по меньшей мере 10% или более.
Примеры
В приведенных ниже таблицах перечислены данные некоторых курительных изделий в соответствии с вариантами выполнения настоящего изобретения. Описано два прототипа: один предназначен для выдачи 1 мг смол, другой - 7 мг смол. "Сиг." используется как сокращение слова "сигарета".
В Таблице 6 сведены общеупотребительные режимы машинного прокуривания, используемые для получения данных по дыму.
В таблице 7 приведено содержание составляющих, полученных в режимах машинного прокуривания по ISO и WG9 для испытательного продукта с выдачей 7 мг смол ("7 мг"), включающее также соотношение значений по WG9 и ISO. В таблице 8 приведена соответствующая информация, относящаяся к контрольной/сопоставительной сигарете. Данные из обеих таблиц показывают, что соотношение полученных составляющих WG9:ISO имеет тенденцию к увеличению для контрольного продукта, по сравнению с испытательным продуктом. Это соответствует ожидаемому результату, обусловленному снижением вентиляции при более высоких объемах затяжки сигаретой (при той же продолжительности затяжки), при прокуривании испытательного продукта в режиме WG9 (когда половина вентиляционных отверстий и область разделения обертки (ST) перекрыты). Таким образом, здесь имеется зависимость от расхода, а не от объема. Если не перекрыты ни одно из вентиляционных отверстий и вентилирующая область разделения обертки, содержание составляющих в испытательном продукте было бы еще ниже при более высоком объеме затяжки.
Примеры снижения содержания составляющих в дыме, как в абсолютных величинах, так и нормализованных к NFDPM (смолам) и никотину, при использовании режима прокуривания Министерства Здравоохранения Канады (HCI), представлены в Таблице 9. Заметим, что в режиме HCI разделение ободковой обертки не способствует снижению содержания составляющих дыма в курительном изделии, предложенном в настоящем изобретении, по сравнению со сравнительным / контрольным образцом.
Сравнительные данные испытательных и контрольных образцов: отрицательные значения (-) соответствуют снижению, положительные значения - увеличению. Сокращения: NNN - N-нитрозонороникотин, NNK - 4-(метилнитрозамино)-1-(3-пиридон)-1-бутанон
Примеры снижения содержания составляющих в дыме, как в абсолютных величинах, так и нормализованных к NFDPM (смолам) и никотину, при использовании режима прокуривания WG9, представлены в Таблице 10. В режиме WG9, благодаря использованию разделения ободковой обертки, снижается содержание компонентов дыма, получаемых от курительного изделия, предложенного в изобретении, по сравнению со сравнительным образцом.
Сравнительные данные испытательных и контрольных образцов: отрицательные значения (-) соответствуют снижению, положительные значения - увеличению.
Для рассмотрения различных аспектов заявляемого изобретения и его представления, настоящее описание показывает на частных примерах различных вариантов выполнения возможности реализации изобретения и получения высококачественных курительных изделий. Преимущества и признаки, приведенные в описании, относятся к вариантам выполнения и не являются исчерпывающими и(или) исключающими. Они представлены только для улучшения понимания и разъяснения заявленных признаков. Следует иметь в виду, что преимущества, варианты выполнения, примеры, функции, признаки, конструкции и(или) иные особенности изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение, определяемое формулой, или эквиваленты формулы, и что в рамках области притязаний и(или) существа изобретения могут быть использованы другие варианты выполнения и модификации. Различные варианты выполнения могут, соответственно, содержать, состоять из, или в основном состоять из различных комбинаций раскрытых элементов, компонентов, признаков, частей, шагов, средств и т.д. Кроме того, изобретение включает другие изобретения, не заявленные здесь, но которые могут быть заявлены в будущем.
Приведенное выше описание и примеры были представлены только для иллюстрации изобретения и не предназначены для его ограничения. Поскольку специалист может представить себе модификации описанных вариантов выполнения, содержащие дух и существо настоящего изобретения, оно должно истолковываться расширительно, включая все варианты в пределах области притязаний приложенной формулы и ее эквивалентов.