Сигаретний фільтр, що розкладається в навколишньому середовищі (варіанти)

Реферат: Заявлений сигаретний фільтр, що розкладається в навколишньому середовищі, містить фільтруючий елемент з пластифікованого джгута ацетату целюлози і обгортку заглушки, яка оточує вказаний фільтруючий елемент, який додатково включає слабку органічну кислоту і рНвідрегульовану сіль складного ефіру, інкапсульовані в матричному матеріалі, причому вказана рН-відрегульована сіль складного ефіру має рН, що менший або дорівнює 8. Вказаний матричний матеріал інкапсулює вказану слабку кислоту і вказану рН-відрегульовану сіль складного ефіру, знаходячись в контакті з джгутом. Заявлений сигаретний фільтр, що розкладається в навколишньому середовищі, включає фільтруючий елемент з пластифікованого джгута ацетату целюлози і обгортку заглушки, що оточує вказаний фільтруючий елемент, який додатково включає частинку, що включає слабку кислоту і рНвідрегульовану сіль складного ефіру. Вказана рН-відрегульована сіль складного ефіру має рН, що менший або дорівнює 8, оточені внутрішнім шаром з водорозчинного або водопроникного матеріалу, і зовнішнім шаром з ацетату целюлози, що має D.S. в діапазоні 2,0-2,6, що оточують вказаний внутрішній шар. UA 103728 C2 (12) UA 103728 C2 UA 103728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки Даний винахід спрямований на сигаретний фільтр, що розкладається в навколишньому середовищі. Рівень техніки Опублікована заявка США 2009/0151738, включена сюди шляхом посилання, розкриває сигаретний фільтр, що розкладається, який одержується за допомогою контактування сигаретного джгута з ацетату целюлози, в одному варіанті виконання, з сумішшю водорозчинного матричного матеріалу і комбінації слабкої органічної кислоти і сполука, яка може бути гідролізована до сильної кислоти. Сполуки, які можуть бути гідролізовані до сильної кислоти, ідентифіковані як: сульфат целюлози, додецилсульфат, аскорбіл-2-сульфат, аскорбіл-2-фосфат, пентаоксид фосфору, складний ефір на основі пентаоксиду фосфору, нітрат целюлози, 2-етилгексилфосфат, і їх комбінації. Ці сполуки являють собою складний ефір сильних кислот, і багато які є нестабільними (це означає, що вони будуть розкладатися за відносно короткий період часу, і тим самим робить їх непридатними до використання в багатьох варіантах застосування). Тому цей складний ефір звичайно постачається промисловістю у вигляді солі складного ефіру. Ці солі складного ефіру стійкі і не розкладаються з часом подібно до їх несольових варіантів. Однак їх стабільність не дозволяє використовувати їх в даній заявці. Відповідно цьому, вищезгадані сполуки, які можуть бути гідролізовані до сильних кислот, повинні бути модифіковані, щоб зробити їх дію в даній заявці більш активною (тобто, з гідролізом до сильних кислот, які, в свою чергу, каталізують розкладання ацетату целюлози). Суть винаходу Сигаретний фільтр, що розкладається в навколишньому середовищі включає фільтруючий елемент з пластифікованого джгута ацетату целюлози і обгортку заглушки, що оточує вказаний фільтруючий елемент. Слабку органічну кислоту і рН-відрегульовану сіль складного ефіру інкапсулюють в матричному матеріалі, який знаходиться в контакті з джгутом. рНвідрегульована сіль складного ефіру має рН, що менший або дорівнює 8. Коли сигаретний фільтр викидають в довкілля, вода вивільняє слабку кислоту і сіль складного ефіру з матричного матеріалу. Слабка кислота гідролізує складний ефір, вивільняючи сильну кислоту. Сильна кислота каталізує розкладання джгута ацетату целюлози. (Слабка кислота також гідролізує джгут ацетату целюлози, але після того, як генерується сильна кислота, сильна кислота стає домінуючим кислотним каталізатором для розкладання джгута з ацетату целюлози). Опис винаходу Сигаретний фільтр, що розкладається в навколишньому середовищі в основному включає фільтруючий елемент (або фільтруючу заглушку), виконаний з пластифікованого джгута ацетату целюлози, обгортку заглушки, яка оточує фільтруючий елемент, і слабку органічну кислоту і рН-відрегульовану сіль складного ефіру, інкапсульовані в матричному матеріалі. Інкапсульовані матеріали знаходяться в контакті з джгутом. Кожний з цих компонентів буде більш детально обговорений нижче. Сигаретний фільтр, що розкладається в навколишньому середовищі, як використано тут, стосується сигаретного фільтра, який буде розкладатися під впливом навколишнього середовища поза приміщенням (тобто, під впливом дощу, роси, або інших джерел води). Ступінь розкладання є, як мінімум, достатньою для перетворення всього ацетату целюлози або його частини (в сигаретних фільтрах ацетат целюлози в основному має Ступінь Заміщення (D.S.) 2,0-2,6) в целюлозу (D.S.=1,0), і, як максимум, достатньої для перетворення ацетату целюлози в глюкозу. Період часу для такого розкладання є меншим, ніж час для розкладання еквівалентної кількості необробленого ацетату целюлози, і звичайно може становити декілька місяців (наприклад, 2-6 місяців або менше). Фільтруючий елемент, виконаний з пластифікованого джгута ацетату целюлози, і обгортка заглушки є традиційними. Джгут ацетату целюлози являє собою діацетат целюлози з величиною D.S. в діапазоні від 2,0 до 2,6. З часом їх приєднують до тютюнового стрижня сигарети відомим способом. Слабкі органічні кислоти включають: аскорбінову кислоту, лимонну кислоту, молочну кислоту, нікотинову кислоту, гідроксибурштинову кислоту (яблучну кислоту), і їх комбінації. Переважними є аскорбінова кислота і лимонна кислота. РН-відрегульовані солі складного ефіру включають такі солі, як органічні сульфати і органічні фосфати. Складний ефір неорганічних сильних кислот може бути нестабільним і легко розкладається, так що їх застосовність в даній заявці може бути обмежена. Тому цей складний ефір стабілізують перетворенням в їх сольові форми. Однак ці неорганічні солі складного ефіру 1 UA 103728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 настільки стійкі, що вони можуть насилу піддаватися гідролізу і вивільняти відповідну сильну кислоту. Якщо ж регулювати рН неорганічної солі складного ефіру, то вона є трохи менш стабільною і гідролізується легше. Під регулюванням рН мається на увазі, що деяка частина металевого фрагмента (звичайно натрію або калію, але без обмеження цим) неорганічної солі складного ефіру, але не він весь, дисоціює (і тим самим величина рН неорганічної солі складного ефіру в розчині знижується, тобто, розчин стає більш кислим). рН потрібно встановлювати на рівні менше або, що дорівнює 8, або в діапазоні рН 2,5-8. У ще одному варіанті виконання діапазон рН може становити 3-7,5. У ще одному варіанті виконання діапазон рН може становити 4-7. У ще одному варіанті виконання діапазон рН може становити 5,3-7. Чим нижчий рН, тим швидше відбувається розкладання; однак, якщо рН є дуже низьким, нестабільність сполуки може впливати негативним чином. Додатково, переважні органічні сполуки, які містять численні фрагменти сильних кислот, оскільки, коли вони гідролізуються, вони будуть вивільняти більшу кількість сильної кислоти. Такі солі, як органічні сульфати, включають, але не обмежуються такими: гексанатрієву сіль гексасульфату інозиту; октанатрієву сіль октасульфату сахарози; такі солі, як сульфат целюлози; додецилсульфат; натрієва сіль сульфату глюкози; аскорбілсульфат натрію; лаурилсульфат натрію; натрієва сіль сульфату крохмалю; октилсульфат натрію; і їх комбінації. Такі солі, як органічні фосфати, включають, але не обмежуються такими: гексакалієву сіль гексафосфату інозиту; динатрієву сіль фосфату сахарози; динатрієву сіль фосфату глюкози; динатрієву сіль аскорбілфосфату; динатрієву сіль лаурилфосфату; натрієву сіль фосфату крохмалю; 2-етилгексилфосфат; динатрієву сіль октилфосфату; і їх комбінації. Кількість рН-відрегульованої солі складного ефіру повинна бути достатньою для стимулювання розкладання всього джгута ацетату целюлози або його частини з більшою швидкістю, ніж для еквівалентного необробленого фільтруючого елемента. Наприклад, в одному варіанті здійснення винаходу тривалість розкладання може становити 2-6 місяців. Кількість рН-відрегульованої солі складного ефіру буде залежати, наприклад, від: ваги ацетату целюлози в фільтруючому елементі, бажаній тривалості розкладання фільтруючого елемента, і вибраної рН-відрегульованої солі складного ефіру (названо лише декілька факторів). Наприклад, якщо намічена тривалість розкладання становить 2-6 місяців, то, в одному варіанті виконання, кількість кислоти, що виділяється з рН-відрегульованої солі складного ефіру, може варіювати в діапазоні 2-200 % по вазі від ацетату целюлози в фільтруючому елементі. У ще одному варіанті виконання, для досягнення таких же бажаних результатів, як указано вище, кількість кислоти, що виділяється з рН-відрегульованої солі складного ефіру, може варіювати в діапазоні 5-100 % по вазі від ацетату целюлози. У ще одному додатковому варіанті виконання кількість кислоти, що виділяється з рН-відрегульованої солі складного ефіру, може варіювати в діапазоні 10-50 % по вазі від ацетату целюлози. Матричний матеріал може являти собою будь-який водорозчинний і/або водопроникний матеріал, який може інкапсулювати (тобто, містити слабку органічну кислоту і рНвідрегульовану сіль складного ефіру); але в контакті з водою буде розчинятися і/або пропускати воду для змішування зі слабкою кислотою і рН-відрегульованою сіллю складного ефіру. При змішуванні починається каталізований кислотою гідроліз рН-відрегульованої солі складного ефіру. З часом каталізатор(и) мігрує(ють) в фільтр з ацетату целюлози або недопалок і стимулює(ють) гідроліз фільтра з ацетату целюлози або недопалка. Інкапсулювання є важливим щонайменше з двох міркувань: по-перше, інкапсулювання запобігає передчасний гідроліз, і, по-друге, зберігає термін придатності при зберіганні продукту (фільтра). Водорозчинний матричний матеріал може являти собою ацетат целюлози (D.S.=0,8±0,2), карбоксиметилцелюлозу (CMC), етилцелюлозу, гідроксипропілцелюлозу (НРС), гідроксипропілметилцелюлозу (НРМС), метилцелюлозу, поліетиленгліколь (PEG), полівінілацетат, полівініловий спирт, крохмаль, цукор, і їх комбінації. Цукор може являти собою глюкозу, сахарозу, лактозу, і їх комбінації. У багатьох варіантах виконання водорозчинний матричний матеріал може являти собою карбоксиметилцелюлозу, гідроксипропілцелюлозу, гідроксипропілметилцелюлозу, полівініловий спирт, поліетиленгліколь, і їх комбінації. Водопроникні матеріали можуть включати етилцелюлозу, шелак, зеїн (проламіновий білок, що знаходиться в кукурудзі), ацетат целюлози (D.S.=2,0-2,6), фталат целюлози, пористі силіконові еластомери (тобто, кремнійорганічні еластомери з додаванням PEG, де PEG вимивають розчиненням для формування пор), складний ефір акрилової кислоти (наприклад, що є в продажу на ринку під торговим найменуванням EUDRAGIT від фірми Evonik Degussa Corp., Піскатавей, Нью-Джерсі), і їх комбінації. Кількість матричного матеріалу повинна бути достатньою для повного інкапсулювання слабкої органічної кислоти і рН-відрегульованої солі складного ефіру. Повне інкапсулювання 2 UA 103728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стосується покриття та ізолювання слабкої органічної кислоти і рН-відрегульованої солі складного ефіру так, що вони не можуть каталізувати гідроліз, доки вода не розчинить щонайменше частину матричного матеріалу. В основному, вагове відношення слабкої органічної кислоти і рН-відрегульованої солі складного ефіру до водорозчинного матричного матеріалу може варіювати в діапазоні 0,75-4,0:1. В одному варіанті виконання співвідношення може становити 2:1. Слабка органічна кислота і рН-відрегульована сіль складного ефіру, і матричний матеріал можуть бути в формі покриття або частинки, що знаходиться в контакті з джгутом. Дивись публікацію патентного документа США № 2009/0151738, включену тут посиланням. Покриття може бути нанесене на джгут ацетату целюлози після виготовлення джгута (тобто, не додається в прядильний розчин), і/або на обгортку заглушки. В одному варіанті виконання суміш може бути нанесена у вигляді покриття на джгут до формування фільтруючого елемента. Наприклад, в традиційній машині для виготовлення заглушки розчин суміші може бути набризканий на пластифікований джгут перед проходженням джгута через гарнітуру або під час нього. В альтернативному варіанті, після формування фільтруючого елемента розчин суміші може бути вприснутий (наприклад, через шприц) в джгут. У ще одному варіанті виконання суміш може бути додана у вигляді покриття (або нанесена) як лінія на внутрішній поверхні обгортки заглушки. Частинка може бути додана в фільтруючий елемент під час виготовлення сигаретного фільтра. Частинка, як використано тут, може означати, наприклад: єдину частинку, що включає суміш (яка може бути взята в желатинову капсулу або покрита захисним бар'єрним покриттям, або без інкапсуляції або покриття), або гранулу з суміші, або порошок з суміші, або таблетку з суміші (наприклад, самої суміші окремо або з традиційним зв'язувальним агентом для таблеток). Частинка може бути додана до ацетату целюлози фільтруючого елемента до (або в ході) формування фільтруючого елемента. Наприклад, в традиційній машині для виготовлення заглушки частинка з суміші може бути введена в пластифікований джгут перед проходженням джгута через гарнітуру або під час нього. Альтернативно, частинка містить слабку кислоту і рН-відрегульовану сіль складного ефіру, оточені внутрішнім шаром водорозчинного або водопроникного матеріалу, і зовнішнім шаром з ацетату целюлози, що має D.S. в діапазоні 2,0-2,6, що оточує внутрішній шар. Ця конструкція частинки викладена в патентному документі США з серійним № 12/687912 поданому 15 січня 2010 року, включеному тут посиланням. Далі описані компоненти цього варіанта виконання. Слабка кислота і рН-відрегульована сіль складного ефіру є такими, як описано раніше. Внутрішній шар і зовнішній шар, який оточує та інкапсулює слабку кислоту і рНвідрегульовану сіль складного ефіру так, що 1) надлишок води не просто вимиває слабку кислоту і рН-відрегульовану сіль складного ефіру, і є достатня кількість слабкої кислоти і рНвідрегульованої солі складного ефіру протягом часу, щоб каталізувати гідроліз, 2) запобігає сприйняттю димом запаху слабкої кислоти і рН-відрегульованої солі складного ефіру, іншого, ніж ацетату целюлози, який може здійснювати шкідливий вплив на смакові якості диму, і 3) полегшує скріплення частинки з нитками в джгуті традиційними зв'язувальними матеріалами для джгута, наприклад, такими як триацетин, або триацетат гліцерину. Внутрішній і зовнішній шари можуть діяти спільно для регулювання вивільнення слабкої кислоти і рН-відрегульованої солі складного ефіру, і зовнішній шар діє для маскування смаку слабкої кислоти і рНвідрегульованої солі складного ефіру, і внутрішнього шару, і для полегшення скріплення. Внутрішній шар являє собою водорозчинний матеріал або водопроникний матеріал. Ці матеріали можуть являти собою будь-які матеріали, які можуть інкапсулювати (тобто, містити слабку кислоту і рН-відрегульовану сіль складного ефіру); але в контакті з водою будуть або розчинятися і тим самим дозволяти каталізувати гідроліз, або пропускати воду і після цього забезпечувати можливість вивільнення каталізатора. У випадку водорозчинного матеріалу вода буде перетворювати цей матеріал в гель, і гелеподібний матеріал потім може регулювати переміщення води в серцевину або вихід каталізатора з серцевини. Крім того, гелеподібний матеріал може набухати, чим потім може руйнувати зовнішній шар. Інкапсулювання є важливим щонайменше по двох причинах: по-перше, інкапсулювання запобігає передчасному гідролізу, і, по-друге, зберігає термін придатності при зберіганні продукту (фільтра). Водорозчинний матричний матеріал і водопроникний матеріал є такими, як описано вище. Зовнішній шар являє собою ацетат целюлози з D.S. 2,0-2,6. Ацетат целюлози з D.S. 2,0-2,6 є водопроникним. Цей ацетат целюлози переважно має таке ж або приблизно таке ж D.S., як і джгут волокон ("приблизно таке ж" означає, що D.S. знаходиться в межах ±25 % D.S. джгута волокон). 3 UA 103728 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Кількість внутрішнього шару і зовнішнього шару повинна бути достатньою для повного інкапсулювання (або оточення) слабкої кислоти і рН-відрегульованої солі складного ефіру. Повне інкапсулювання (або оточення) стосується покриття і ізолювання слабкої кислоти і рНвідрегульованої солі складного ефіру так, що вони не можуть каталізувати гідроліз, доки вода не проникне крізь зовнішній шар і не розчинить щонайменше частину водорозчинного матеріалу (або проникне крізь водопроникний матеріал) внутрішнього шару. Наприклад, внутрішній шар може варіювати в діапазоні 5-100 % по вазі від слабкої кислоти і рН-відрегульованої солі складного ефіру, або 5-30 % по вазі в ще одному варіанті виконання. Зовнішній шар може варіювати в діапазоні 5-100 % по вазі або 5-30 % по вазі в ще одному варіанті виконання. В альтернативному варіанті, кількість внутрішнього шару і зовнішнього шару може бути виконана порівнянною зі ступенем затримки, тобто, "періодом напівперетворення". Період напівперетворення являє собою час, необхідний для того, щоб каталітичний матеріал знизив величину рН розчину на Уг первинного рН. У наведених нижче даних 1 мл води приблизно еквівалентний об'єму стандартного сигаретного фільтра. У даному винаході період напівперетворення матеріалу повинен становити щонайменше 25 хвилин, або бути в діапазоні 25-1000 хвилин, або 50-500 хвилин, або 75-300 хвилин. ПРИКЛАДИ У нижченаведених прикладах досліджений вплив регулювання рН неорганічної солі складного ефіру і температури на швидкість розкладання сигаретних фільтрів з ацетату целюлози. рН-відрегульовану натрієву сіль сульфату целюлози одержали таким чином: 1. 2 грами натрієвої солі сульфату целюлози, придбаної в фірмі Fischer Scientific (Acros), розчинили в 200 мл демінералізованої води при перемішуванні. Тим самим приготували 1 %ний розчин. 2. Відразу після розчинення виміряли величину рН розчину за допомогою рН-метра, в той же час з безперервним перемішуванням розчину. рН розчину дорівнював 9. 3. Одномолярний розчин соляної кислоти додавали по краплинах з використанням шприца місткістю 1000 мікролітрів, доки не одержали рН=7. 4. Повторили стадії 1-3 для одержання 1 %-ного розчину сульфату целюлози з величиною рН 5 і 3. 5. Контрольний розчин мав 2 грами натрієвої солі сульфату целюлози, розчиненої в 200 мл де мінералізованої води при перемішуванні. 6. До кожного з чотирьох розчинів, маркованих "рН=9", "рН=7", "рН=5", "рН=3", додали 2 грами лимонної кислоти. Фільтрові стрижні обробили вищезгаданими розчинами таким чином: 1. Видалили папір з 80 пластифікованих фільтрових стрижнів (24,45 мм х 102 мм). 2. Ці стрижні розділили на 4 групи по 20. 3. 20 стрижнів завантажили в розчин з рН=9 і залишили до насичення. 4. Витягнули стрижні за допомогою пінцетів, залишили для стікання і вмістили на пластиковий лист для висихання на повітрі (3-4 дні). 5. Повторили стадії 3-4 для зразків "рН=7", "рН=5", "рН=3". 6. Потім сухі стрижні поділили на групи по 10 стрижнів і вмістили в банки. 7. Банки маркували таким чином: 21° Цельсію рН=9 30° Цельсію рН=9 21° Цельсію рН=7 30° Цельсію рН=7 21° Цельсію рН=5 30° Цельсію рН=5 21° Цельсію рН=3 30° Цельсію рН=3 Стрижні протестували на втрату ступеню заміщення (DS) з часом. Значення D.S. розрахували за часом утримування на основі відомих стандартних зразків ацетату целюлози. Використали метод високоефективної рідинної хроматографії (HPLC), оснований на роботі автора T.R. Floyd, а саме, Floyd, T.R. "Chemical Characterization of Cellulose Acetate by Nonexclusion Liquid Chromatography ("Хімічна характеристика ацетату целюлози за допомогою неексклюзійної рідинної хроматографії")", J. Chromatogr. 1993, тому 629, стор. 243-254. Перевага полягає в тому, що значення D.S. може бути розраховане за дрібнорозмірними зразками (