Фильтр для сигарет , также известный как фильтрующий наконечник , является компонентом сигареты , наряду с сигаретной бумагой , капсулами и клеем. Фильтры были введены в начале 1950-х годов. [3]
Фильтры могут быть изготовлены из пластикового ацетатцеллюлозного волокна, бумаги или активированного угля (либо в качестве полостного фильтра, либо встроенного в пластиковые ацетатцеллюлозные волокна). Также использовались макропористые фенолформальдегидные смолы и асбест . [4] [5] Пластиковый ацетатцеллюлозный фильтр и бумага изменяют фазу дыма в виде частиц путем удержания частиц ( фильтрация ), а мелкодисперсный углерод изменяет газообразную фазу ( адсорбция ). [6]
Фильтры предназначены для снижения вреда, наносимого курением , путем снижения количества вредных химических веществ, вдыхаемых курильщиками. В то время как лабораторные испытания показывают снижение содержания « смолы » и никотина в сигаретном дыме, фильтры неэффективны в удалении газов с низкой молекулярной массой, таких как оксид углерода . [7] Большинство из этих измеренных сокращений [ каких? ] происходит только тогда, когда сигарета курится на курительной машине; когда ее курит человек, соединения попадают в легкие независимо от того, используется ли фильтр. [2]
Большинство сигарет фабричного производства снабжены фильтром; те, кто скручивает их самостоятельно, могут купить их в табачной лавке. [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 разрабатывать машину, которая производила сигареты с фильтром с наконечником. Это считалось специальным товаром до 1954 года, когда производители представили машину более широко, после потока спекулятивных заявлений от 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]
В период с 1930-х по 1950-е годы большинство сигарет имели длину 70 миллиметров ( 2+3 ⁄ 4 дюйма ) в длину. Современный рынок сигарет в основном включает сигареты с фильтром длиной80, 85, 100 или 120 миллиметров ( 3+1 ⁄ 8 , 3+3 ⁄ 8 , 3+7 ⁄ 8 или 4+3 ⁄ 4 дюйма). [11]
Фильтры для сигарет изначально изготавливались из пробки и использовались для предотвращения попадания табачных хлопьев на язык курильщика. Многие из них до сих пор имеют узор, имитирующий пробку. [1]
Курильщики сигарет придают большое значение визуальному осмотру материала фильтра в сигаретах с фильтром после выкуривания сигарет. Обычно проводится визуальное сравнение до и после курения, и если материал фильтра после курения потемнел, то фильтр автоматически считается эффективным. Хотя использование такого материала, изменяющего цвет, вероятно, мало или совсем не повлияет на фактическую эффективность материала фильтра, преимущества для рекламы и продаж очевидны.
— Клод Тиг, изобретатель фильтра, меняющего цвет [2]
Фильтры для сигарет 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 производится путем этерификации отбеленного хлопка или древесной массы уксусной кислотой . Из трех гидроксильных групп целлюлозы, доступных для этерификации, от двух до трех этерифицируются путем контроля количества кислоты (степень замещения (DS) 2,35-2,55). Эфир прядут в волокна и формируют в пучки, называемые фильтрующим жгутом. Ароматизаторы ( ментол ), подсластители , смягчители ( триацетин ), антипирены ( вольфрамат натрия ), разрушаемые капсулы, выделяющие ароматизаторы по требованию, и добавки, окрашивающие табачный дым [ необходима ссылка ] могут быть добавлены в сигаретные фильтры. [12] [13] Пять крупнейших производителей фильтрующего жгута — это Celanese и Eastman Chemicals в США, Cerdia в Германии, Daicel и Mitsubishi Rayon в Японии.
Для склеивания швов сигарет используются крахмальные клеи или клеи на основе эмульсии. Для фильтров используются термоплавкие и эмульсионные клеи. Для приклеивания фильтров к сигаретам используются клеи на основе эмульсии. [14] Бумага для наконечника может быть покрыта поливинилалкоголем . [15]
Табачная промышленность определила, что иллюзия фильтрации важнее самой фильтрации. pH используемого ацетата целлюлозы изменяется, так что его цвет становится темнее при воздействии дыма (это было изобретено в 1953 году Клодом Тигом, работавшим в RJ Reynolds Tobacco Company ). [16] Индустрия хотела, чтобы фильтры считались эффективными по маркетинговым причинам, несмотря на то, что они не делают сигареты менее вредными . [3] [ проверка не удалась ]
В 1970-х годах эпидемиологические данные относительно рака, связанного с табаком, и данные по ишемической болезни сердца указывали на снижение риска этих заболеваний среди курильщиков с фильтром. [17] В период с 1970 по 1980 год некоторые исследования показали снижение риска рака легких на 20-50% для долгосрочных курильщиков сигарет с фильтром по сравнению с курильщиками сигарет без фильтра (IARC, 1986), но более поздние исследования показали аналогичный риск рака легких у курильщиков сигарет с фильтром и без фильтра. [18] Снижение риска зависит от различных аспектов, таких как пол или атлетичность человека, место проведения исследования, возраст человека и то, когда рассматривались только исследования, предоставляющие как нескорректированные, так и скорректированные оценки. Скорректированы ли относительные оценки риска с учетом потребления сигарет, не имеет решающего значения для вывода о явном преимуществе сигарет с фильтром и снижении содержания смол. [19]
Различные дополнительные фильтры для сигарет («Water Pik», «Venturi», «David Ross») продаются как устройства для прекращения курения или снижения содержания смол. Идея заключается в том, что фильтры снижают содержание смол и никотина, позволяя курильщику отвыкнуть от сигарет. [20]
Табачная промышленность снизила содержание смолы и никотина в сигаретном дыме с 1960-х годов. Это было достигнуто различными способами, включая использование выбранных штаммов табачного растения, изменения в сельскохозяйственных и сушёных процедурах, использование восстановленных листов (переработанных отходов табачного листа), включение табачных стеблей, уменьшение количества табака, необходимого для наполнения сигареты, путём его расширения (например, воздушной пшеницы) для увеличения его «наполняющей способности», а также путём использования фильтров и высокопористой оберточной бумаги. Однако, так же как пьющий человек склонен выпивать больший объём пива, чем вина или спиртных напитков, многие курильщики склонны обратно пропорционально изменять свой режим курения в зависимости от крепости выкуриваемой сигареты. В отличие от стандартизированного затягивания курительных машин, на которых основано содержание смолы и никотина, когда курильщик переходит на сигарету с низким содержанием смол и никотина, он выкуривает больше сигарет, делает больше затяжек и вдыхает глубже. И наоборот, при курении сигарет с высоким содержанием смол и никотина наблюдается тенденция к уменьшению количества выкуриваемого дыма и вдыхаемому дыму. [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; US Surgeon General, 2004). [22] Сдвиг с течением лет от сигарет с более высокой к более низкой производительностью может объяснить изменение патологии рака легких . То есть, процент рака легких, являющегося аденокарциномой, увеличился, в то время как процент плоскоклеточного рака снизился. Считается, что изменение типа опухоли отражает более высокую доставку нитрозаминов сигаретами с более низкой производительностью и увеличенную глубину или объем вдыхания сигарет с более низкой производительностью для компенсации более низких концентраций никотина в дыме. [23]
Ацетат целлюлозы — нетоксичный, без запаха, без вкуса и слабовоспламеняющийся пластик. Он устойчив к слабым кислотам и в значительной степени стабилен к минеральным и жирным маслам, а также к нефти. Выкуренные (т. е. использованные/выброшенные) окурки содержат 5–7 мг (~ 0,08–0,11 г) никотина (около 25% от общего содержания никотина в сигаретах). Ацетат целлюлозы гидрофильный и удерживает водорастворимые компоненты дыма (многие из которых раздражают, включая кислоты, щелочи, альдегиды и фенолы), пропуская при этом липофильные ароматические соединения.
Окурки являются наиболее замусоренным антропогенным (созданным человеком) отходом в мире. Ежегодно во всем мире выкуривается около 5,6 триллиона сигарет. [24] Из них, по оценкам, 4,5 триллиона окурков становятся мусором каждый год. [25] Пластиковый ацетат целлюлозы в окурках постепенно биоразлагается, проходя стадию микропластика . [26] Разложение выброшенных окурков в значительной степени зависит от условий окружающей среды. В обзорной статье 2021 года приводится эксперимент, в котором 45–50% массы ацетата целлюлозы полностью разложилось до CO2 после 55 дней контролируемого компостирования, и другой, в котором незначительная деградация имела место после 12 недель в опытно-промышленном компостировании. [27] [28] [29]
Во время курения пластиковые волокна ацетата целлюлозы и ободковая бумага поглощают широкий спектр химических веществ, которые присутствуют 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 показано, что выкуренные окурки и сигаретный табак в окурках токсичны для водных организмов, таких как морской корюшка ( 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 далее 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 и некоторых бактерий и грибов, у них отсутствуют целлюлолитические ферменты, такие как целлюлаза . [ необходима цитата ]
Многие правительства ввели жесткие штрафы за засорение сигаретными фильтрами; например, штат Вашингтон вводит штраф в размере 1025 долларов за засорение сигаретными фильтрами. [32] Другим вариантом является разработка более совершенных биоразлагаемых фильтров. Большая часть этой работы в значительной степени опирается на исследования вторичного механизма фотодеградации. Однако, делая продукт биоразлагаемым, вы делаете 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 выброшенных окурков, внедрение денежных залогов на фильтры, увеличение доступности контейнеров для сигарет и расширение общественного образования. Другие предлагают вообще запретить продажу сигарет с фильтром на основании их неблагоприятного 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 одношаговый процесс, который преобразует ацетат целлюлозы в выброшенных сигаретных фильтрах в высокопроизводительный материал для электродов суперконденсаторов. Эти материалы продемонстрировали превосходную производительность по сравнению с коммерчески доступными углеродными, графеновыми и углеродными нанотрубками . [33]
Другая группа исследователей предложила добавлять таблетки пищевой кислоты внутрь фильтров. После достаточного намокания таблетки будут выделять кислоту, которая ускоряет деградацию примерно до двух недель, вместо использования триацетата целлюлозы, и, кроме того, сигаретный дым является довольно кислым. [34]
Фильтр сигареты может включать в себя систему фильтрации активированного угля. Вместо ацетатных или картонных фильтров он состоит из двух керамических колпачков с обеих сторон, содержащих активированный уголь, который уменьшает содержание смолы и других токсинов в дыме. [35]