Сигаретный фильтр , также известный как наконечник фильтра , является компонентом сигареты вместе с сигаретной бумагой , капсулами и клеями. Фильтры были представлены в начале 1950-х годов. [3]
Фильтры могут быть изготовлены из пластикового волокна ацетата целлюлозы , бумаги или активированного угля (либо в виде полостного фильтра, либо встроены в пластиковые волокна ацетата целлюлозы). Используются также макропористые фенолформальдегидные смолы и асбест . [4] [5] Пластиковый фильтр из ацетата целлюлозы и бумага модифицируют фазу твердых частиц дыма за счет удержания частиц ( фильтрация ), а мелкодисперсный уголь модифицирует газовую фазу ( адсорбция ). [6]
Фильтры предназначены для снижения вреда, причиняемого курением, за счет уменьшения количества вредных химических веществ, вдыхаемых курильщиками. Хотя лабораторные тесты показывают снижение содержания « смол » и никотина в сигаретном дыме, фильтры неэффективны при удалении газов с низкой молекулярной массой, таких как окись углерода . [7] Большинство из этих измеренных сокращений [ какие? ] возникают только при выкуривании сигареты на курительной машине; при курении человеком соединения попадают в легкие независимо от того, используется ли фильтр. [2]
Большинство сигарет фабричного производства оснащены фильтром; те, кто скручивает свои собственные, могут купить их в табачном киоске. [2]
В 1925 году венгерский изобретатель Борис Айваз запатентовал процесс изготовления сигаретного фильтра из гофрированной бумаги . [8]
С 1935 года британская компания Molins Machine Co Ltd [9] начала разработку машины для изготовления сигарет с фильтром на конце. Он считался специальным изделием до 1954 года, когда производители представили его более широко после волны спекулятивных заявлений врачей и исследователей относительно возможной связи между заболеваниями легких и курением. Поскольку сигареты с фильтром считались более безопасными, к 1960-м годам они доминировали на рынке. Производство сигарет с фильтром выросло с 0,5 процента в 1950 году до 87,7 процента к 1975 году. [10]
Между 1930-ми и 1950-ми годами большинство сигарет были диаметром 70 миллиметров ( 2+3 ⁄ дюйма ) в длину. Современный рынок сигарет представлен в основном сигаретами с фильтром диаметром80, 85, 100 или 120 миллиметров ( 3+1 ⁄ 8 , 3+3 ⁄ 8 , 3+7 ⁄ 8 или 4+3/4 дюйма ) . [11]
Сигаретные фильтры изначально изготавливались из пробки и использовались для предотвращения попадания табачных хлопьев на язык курильщика. Многие из них до сих пор имеют узор, напоминающий пробку. [1]
Курильщики сигарет придают большое значение визуальному осмотру фильтрующего материала в сигаретах с фильтром после курения сигарет. Обычно проводится визуальное сравнение до и после курения, и если материал наконечника фильтра после курения потемнел, наконечник автоматически считается эффективным. Хотя использование такого материала, меняющего цвет, вероятно, окажет незначительное влияние или вообще не повлияет на фактическую эффективность материала наконечника фильтра, преимущества в рекламе и продажах очевидны.
— Клод Тиг, изобретатель меняющего цвет фильтра [2]
Сигаретные фильтры обычно изготавливаются из пластикового волокна ацетата целлюлозы [3] , но иногда также из бумаги или активированного угля (либо в виде полостного фильтра, либо встроенного в ацетат целлюлозы).
Ацетат целлюлозы получают путем этерификации отбеленного хлопка или древесной массы уксусной кислотой . Из трех гидроксильных групп целлюлозы, доступных для этерификации, от двух до трех этерифицируют путем регулирования количества кислоты (степень замещения (СЗ) 2,35-2,55). Эфир скручивается в волокна и формируется в пучки, называемые фильтрующим жгутом. В сигаретные фильтры могут быть добавлены ароматизаторы ( ментол ), подсластители , смягчители ( триацетин ), антипирены ( вольфрамат натрия ), хрупкие капсулы , выделяющие ароматизаторы по требованию, а также добавки , окрашивающие табачный дым . [12] [13] Пятью крупнейшими производителями фильтровального жгута являются Celanese и Eastman Chemicals в США, Cerdia в Германии, Daicel и Mitsubishi Rayon в Японии.
Для склеивания швов сигарет используют крахмальные клеи или клеи на эмульсионной основе. Для фильтрующих швов используются клеи -расплавы и эмульсии. Для приклеивания фильтров к сигаретам используются клеи на основе эмульсии. [14] Бумага для наконечников может быть покрыта поливиниловым спиртом . [15]
Табачная промышленность пришла к выводу, что иллюзия фильтрации важнее самой фильтрации. pH используемого ацетата целлюлозы изменяется, так что его цвет становится темнее под воздействием дыма (это было изобретено в 1953 году Клодом Тигом, работавшим в табачной компании RJ Reynolds ). [16] Промышленность хотела, чтобы фильтры считались эффективными по маркетинговым причинам, несмотря на то, что они не делают сигареты менее вредными для здоровья . [3] [ не удалось проверить ]
В 1970-х годах эпидемиологические данные, касающиеся рака, связанного с табакокурением, и данные по ишемической болезни сердца указывали на снижение риска этих заболеваний среди курильщиков с фильтром. [17] Между 1970 и 1980 годами некоторые исследования показали снижение риска рака легких на 20-50% у курильщиков, длительное время курящих сигареты с фильтром, по сравнению с курильщиками сигарет без фильтра (IARC, 1986), но более поздние исследования показали аналогичный риск. при раке легких у курильщиков сигарет с фильтром и без фильтра. [18] Снижение риска зависит от различных аспектов, таких как пол или то, занимается ли человек спортом, место проведения исследования, возраст человека, а также от того, когда рассматривались только исследования, дающие как нескорректированные, так и скорректированные оценки. Независимо от того, скорректированы ли оценки относительного риска с учетом потребления сигарет, не имеет решающего значения для вывода о явном преимуществе сигарет с фильтром и снижения содержания смол. [19]
Различные дополнительные сигаретные фильтры («Water Pik», «Venturi», «David Ross») продаются как устройства для прекращения курения или снижения содержания смол. Идея состоит в том, что фильтры снижают уровень смол и никотина, позволяя курильщику отучиться от сигарет. [20]
Табачная промышленность снизила содержание смол и никотина в сигаретном дыме с 1960-х годов. Это было достигнуто различными способами, включая использование отобранных штаммов табачного растения, изменение методов ведения сельского хозяйства и обработки, использование восстановленных листов (переработанных отходов табачного листа), включение табачных стеблей, сокращение количества табака, необходимого для Наполняйте сигарету, расширяя ее (как воздушная пшеница), чтобы увеличить ее «наполняющую способность», а также используя фильтры и оберточную бумагу с высокой пористостью. Однако так же, как любитель пива склонен выпивать больший объем пива, чем вина или спиртных напитков, многие курильщики склонны обратно пропорционально изменять свой стиль курения в зависимости от крепости выкуриваемой сигареты. В отличие от стандартизированной затяжки курительных машин, на которой основано определение содержания смол и никотина, когда курильщик переключается на сигареты с низким содержанием смол и никотина, он выкуривает больше сигарет, делает больше затяжек и глубже вдыхает. И наоборот, при курении сигарет с высоким содержанием смол и никотина существует тенденция курить и меньше вдыхать. [21]
Несмотря на изменения в дизайне и производстве сигарет за последние пятьдесят лет, использование фильтров и «легких» сигарет не уменьшило потребление никотина на сигарету и не снизило заболеваемость раком легких ( NCI , 2001; IARC 83, 2004; Главный хирург США, 2004). [22] Переход с течением времени от сигарет с более высоким к более низким выходом может объяснить изменение патологии рака легких . То есть процент рака легких, который представляет собой аденокарциному, увеличился, а процент плоскоклеточного рака снизился. Считается, что изменение типа опухоли отражает более высокую доставку нитрозаминов сигаретами с более низким выходом и увеличение глубины или объема вдыхания сигарет с более низким выходом, чтобы компенсировать более низкие концентрации никотина в дыме. [23]
Ацетат целлюлозы – нетоксичный, без запаха, вкуса и слабогорючий пластик. Он устойчив к слабым кислотам и в значительной степени стабилен к минеральным и жирным маслам, а также нефти. Выкуренные (т.е. использованные/выброшенные) окурки содержат 5–7 мг (~ 0,08–0,11 г) никотина ( около 25% от общего содержания никотина в сигарете). Ацетат целлюлозы гидрофильен и удерживает водорастворимые компоненты дыма (многие из которых оказывают раздражающее действие, в том числе кислоты, щелочи, альдегиды и фенолы), пропуская при этом липофильные ароматические соединения.
Окурки являются самым засоряемым антропогенным (техногенным) отходом в мире. Ежегодно во всем мире выкуривается около 5,6 триллиона сигарет. [24] Из них, по оценкам, 4,5 триллиона сигаретных окурков ежегодно становятся мусором. [25] Пластиковый ацетат целлюлозы в окурках постепенно биоразлагается, проходя стадию микропластика . [26] Разрушение выброшенных окурков во многом зависит от условий окружающей среды. В обзорной статье 2021 года цитируется эксперимент, в котором 45-50% массы ацетата целлюлозы полностью разложился до CO 2 после 55 дней контролируемого компостирования, а также другой эксперимент, в котором незначительное разложение произошло через 12 недель компоста в пилотном масштабе. [27] [28] [29]
Во время курения пластиковые волокна ацетата целлюлозы и ободочная бумага поглощают широкий спектр химических веществ, присутствующих в табачном дыме. После того, как окурки выбрасываются, они могут выделять в окружающую среду токсины, включая никотин, мышьяк, полициклические ароматические углеводороды и тяжелые металлы. [30] Было доказано, что окурки сигарет и сигаретный табак в окурках токсичны для водных организмов, таких как морской плавун ( Atherinops affinis ) и пресноводный толстоголовый гольян ( Pimephales promelas ). [31]
Атмосферная влага, желудочная кислота , свет и ферменты гидролизуют ацетат целлюлозы до уксусной кислоты и целлюлозы . Целлюлоза может быть дополнительно гидролизована до целлобиозы или глюкозы в кислой среде. Люди не могут переваривать целлюлозу и выделять волокна с фекалиями, потому что, в отличие от жвачных животных, кроликов , грызунов , термитов , а также некоторых бактерий и грибов, у них отсутствуют целлюлолитические ферменты, такие как целлюлаза . [ нужна цитата ]
Многие правительства ввели жесткие штрафы за засорение сигаретных фильтров; например, штат Вашингтон налагает штраф в размере 1025 долларов США за мусор в сигаретных фильтрах. [32] Другой вариант — разработка более совершенных биоразлагаемых фильтров. Большая часть этой работы в значительной степени опирается на исследования вторичного механизма фотодеградации. Однако сделать продукт биоразлагаемым означает сделать его уязвимым к влажности и теплу, что не подходит для фильтров, предназначенных для горячего и влажного дыма. [16] Следующий вариант — использование сигаретных пачек с отделением для выбрасываемых окурков, внедрение денежных вкладов на фильтрах, увеличение доступности сигаретных пачек и расширение просвещения населения. Другие предложили вообще запретить продажу сигарет с фильтром из-за их негативного воздействия на окружающую среду. [24]
Недавние исследования были направлены на поиск способов использования отходов фильтров для разработки других продуктов. Одна исследовательская группа в Южной Корее разработала одностадийный процесс, который превращает ацетат целлюлозы из выброшенных сигаретных фильтров в высокопроизводительный материал для электродов суперконденсатора. Эти материалы продемонстрировали превосходные характеристики по сравнению с коммерчески доступными углеродными, графеновыми и углеродными нанотрубками . [33]
Другая группа исследователей предложила добавлять внутрь фильтров таблетки пищевой кислоты. Будучи достаточно влажными, таблетки выделяют кислоту, которая ускоряет разложение примерно до двух недель, вместо использования триацетата целлюлозы и, кроме того, сигаретного дыма, который является довольно кислым. [34]
Сигаретный фильтр может включать в себя систему фильтрации с активированным углем. Вместо ацетатных или картонных фильтров он состоит из двух керамических колпачков с обеих сторон, содержащих активированный уголь, который снижает содержание смол и других токсинов в дыме. [35]