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滤嘴技术:减少卷烟有害物质的利器

2005年09月29日 来源:烟草在线据《亚洲烟草》报道 作者:
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  烟草在线据《亚洲烟草》报道  观察滤嘴在卷烟整个活动中的作用,尤其是滤嘴在消除烟气中有毒化合物方面的作用。   M J Taylor博士是Filtrona科技中心科技业务处主管。   最近几年人们对卷烟烟气中多种化学物质越来越关注,尤其关注有毒或致癌的化学物质。一些作者推测称,在卷烟烟气中减少这些化合物的数量可能生产这样的卷烟,即被认为是危险较少的产品。虽然没有什么是危险较少产品的明确定义,但是,预计这种产品可能产生较少的(或者根本不产生)有害化合物。这已导致人们越来越把侧重点放在滤嘴在卷烟中的综合作用上,尤其放在有选择地消除卷烟烟气中有毒化合物的能力上。   卷烟烟气能分为四个主要的阶段,所有阶段都包含有害的或有毒的化合物。这些就是气体、蒸汽、半挥发物和非挥发物。当前,减少卷烟化合物有三种主要的方法:采用纤维媒介体进行过滤作用,采用颗粒状添加物进行吸附作用和通风方法。每一种减少卷烟烟雾的方法都对烟雾不同阶段产生不同的效果。标准滤嘴往往能减少半挥发性和非挥发性化合物;而空气流通则在某种程度上减少所有化合物。   为了生产消费者能接受但危险性较少的产品,理想的解决办法就是能够有选择地减少烟气中的有害化合物,而允许使吸烟者感到满意的那些化合物通过滤嘴。卷烟的复杂性使得极难识别所有有害化合物,但是霍夫曼清单上已识别出来的那些化合物可以作为消除有害化合物的好起点。   为了做到有选择地消除,化合物必须处于允许有选择地消除的状态。有选择地消除个别化合物的唯一办法就是看这些化合物是否能够扩散到能消除的媒介体上,然后利用某种吸附作用,或者利用化学反应从烟气中消除掉。由于扩散起关键作用,因此采用有选择的过滤,能够有选择地消除挥发性和气体化合物,但不能消除非挥发性化合物。考虑到烟气的性质,就要在霍夫曼清单上把烟气中化合物的气体和蒸汽阶段与颗粒阶段分开。如所预料,数据通常表明,沸点越低,蒸汽阶段的部分越大,有选择地消除的可能性就越大。   大部分化合物都遵循预期中的分配方案。值得注意的例外情况是活性或者高度可溶性化合物如氨、甲醛或氰化氢,如果仅考虑其沸点,这些化合物有选择地消除的可能性就比较低了。一般来说,我们所关注的这些化合物中的许多个要么能全部被有选择地消除的,要么能有一部分被有选择地消除。重要的例外是非挥发性化合物,如芳香胺,烟草中特有的亚硝胺和苯[a]芘。这些都是不能有选择地消除的。   降低危害   既然已经确认哪些化合物能消除,如何用滤嘴技术来减少这些化合物而制造出危险较少的产品?滤嘴技术能向卷烟设计者们提供多种节约的解决方案。这些包括比标准的醋酸纤维滤嘴在每单位压力点能保留较高焦油和尼古丁含量的滤嘴,效力更大的碳滤嘴,交替使用吸附材料和化学吸附材料的滤嘴,允许使用空气流通的办法减少化合物中的气体和蒸汽。   滤嘴的选择方案之所以存在是为了在相同的压力点比标准滤嘴多减少一些焦油和尼古丁。中国的许多品牌使用同一种滤嘴,这就是CPF滤嘴。使用这种滤嘴也许是因为它与烟草的混合协调一致。这种滤嘴是醋酸纤维滤嘴,外面包上一种特别制作的纸,一部分带有褶纹。   这些褶纹能适应两种情况,要么在滤嘴靠近烟草那一头,要么在滤嘴靠近嘴的那一头。这种滤嘴的主要优点是这种具有特别褶纹的纸能起到一种交叉流动的过滤作用,与处在同一个压力点的醋酸纤维滤嘴相比,它能增加滤嘴的持续力,持续力能增加10%。这样的滤嘴能用在一个减少焦油的计划中,同时也能使卷烟保持相对始终如一的抗拉力。应当指出,为了使标准的醋酸纤维滤嘴能达到12毫克的目标,就要求卷烟的抗拉力增加到消费者难以接受的程度。   使褶纹靠近卷烟接近嘴的那一头,这样就使卷烟具有独特的外观,这类滤嘴是用来区别不同品牌,并具有防假冒的威慑力。要进一步增强这种独特的外观就要使用彩色内包装材料。这样做能大大增强外观,因此这种产品具有防假冒的好处。   最近制造的CPF滤嘴还具有送香味系统,能散发香味。这种滤嘴再次开发的结果就是把它用作双滤嘴产品的一部分。举例来说,这种滤嘴与传统的活性醋酸纤维双滤嘴结合在一起,使产品具有独特的外观,用来区别品牌,同时利用CPF滤嘴的碳性能和增强持续力的功效。这样的滤嘴更适合于可能减少危险的产品,因为碳能大大减少有毒化合物。   在减少有害化合物的产品中使用碳已得到了公认,因为碳能大大减少列入霍夫曼清单中的23种化合物。主要的缺点是目前的商业碳滤嘴在制造方面相对复杂。例如,要生产最常用的商业碳滤嘴,活性醋酸纤维嘴双滤嘴要求有三个生产程序。这些是生产醋酸纤维嘴尾基,生产含有碳的基棒,并把两个棒合并到最后完成的双滤嘴中。过去10年生产技术的进步已使得双棒生产速度从大约每分钟180米增加到每分钟最高达到500米。   绝佳作用   尽管生产技术进步了,但是能在单一生产进程中生产出一个碳产品是整个烟草工业极为关注的事情。现在已有可能做到这样的产品了。这就是活性贴滤嘴(Active Patch Filter,简称APF)。它由印在一元醋酸纤维滤嘴的一片标准滤棒卷纸内面上的一个碳贴片组成。这个滤嘴是一个单件滤嘴,用一片滤棒卷纸包装,而在滤棒卷纸上已经加了颗粒状活性碳。这个产品也有一个分离的贴片,能让空气在碳的缝隙中流通。目前,这种滤嘴只能用在线激光做成;不过,[在2005年]能通过多孔的包装材料做成。类似硅胶、海泡石或者选择性过滤媒介体这样的其他颗粒状吸附物质能加在滤棒卷纸上。更可取的添加物是标准的滤嘴棒纸上的活性碳。每毫米净长碳的重量是2.9毫克,而装炭量是由贴片长度控制。通常,每毫米净重5毫克的碳放置在靠近滤嘴的那头,而净重3毫克的碳放置在滤嘴中靠近烟草棒末尾的地方。因此,对于25毫克长度的滤嘴来说,一支空气不流通的卷烟能装碳50毫克。   这种滤嘴的主要好处是,同相当于一元醋酸纤维滤嘴相比,在蒸汽相和半挥发性成分减少得多。APF滤嘴也是清洁滤嘴,所以,在制造卷烟过程中,不含碳的滤嘴部分就被打通了。一个独特的性能就是,它的确能产生通常与碳滤嘴相关的同样的味道。据报道,这种产品的味道与一元醋酸纤维滤嘴相类似。这使得这种滤嘴成为理想的滤嘴,把活性碳滤嘴推向传统上的一元醋酸纤维市场,而不必要去适应碳味道,也不必要把复杂的加工程序加到现有的卷烟厂中。这种滤嘴在味道上的好处就是把碳加到主要使用弗吉尼亚烤烟的市场,而在这样的市场上,通过使用其他碳滤嘴可能对味道产生不利的影响。   在对活性贴滤嘴、活性醋酸纤维双滤嘴和一元醋酸纤维滤嘴的性能进行比较时,碳产品和一元醋酸纤维滤嘴之间的主要区别在于所滞留的氰化氢、挥发性乙醛、挥发性甲酮、挥发性碳氢化合物和半挥发性碱基增多。这些滞留物中的烟草专有的亚硝胺、芳香胺和苯[a]笓对这三种类型的滤嘴来说是类似的。显然,减少这些有害的气化合物只能有利于研发危险减少的产品。目前正进一步研究其他类型的一元碳滤嘴,可能在不久的将来问世。   卷烟工业历来所使用的碳都是用椰子壳制作的碳,它能大大减少多种被认为有害的化合物。但是,它们对任何一种个别的化合物或一组化合物都不能进行选择。真正的选择性可能被认为是从烟气中完全消除某种特别的化合物。当然,同消除数量广泛的有毒化合物相比较,只消除一种化合物可能被认为是对全面减少危险的贡献较少。一种理想的解决办法很可能被认为是把使用碳与针对某种化合物的添加物结合在一起,即把消除一系列化合物的全面消除与选择性消除成为靶子的化合物选择性消除结合起来。   虽然仍在努力扩大这些加强碳的范围,但是这类产品中的第一个滤嘴是在2003年推出的。这种材料使我们能有针对性地减少氰化氢,并可能用在任何类型的碳滤嘴上。每支空气不流通的卷烟所滞留的氰化氢通常在150毫克到400毫克之间,这取决于所使用的烟草混合方法。醋酸纤维滤嘴几乎不能过滤氰化氢。标准碳加剧了氰化氢的滞留,但是数量相对来说仍然很低,对陈年老卷烟来说尤其如此。   氰化氢是一种极具毒性的烦人毒气,在呼吸道引起纤毛中毒。在一些国家,氰化氢的含量要么在烟盒上或者在载体上公布。有选择地消除有毒化合物一直是卷烟工业的目标。通过使用一种特殊的饱和碳,达到了这个目标。这个选择性的碳增强了碳滤嘴所产生的整个蒸汽相。自然,这也包括高度消除半挥发性化合物。如果使用有效的碳,消除的氰化氢能增加到90%以上。经过时间的证明,这个性能是稳定的。拿高活性饱和碳与标准椰子壳碳消除某些蒸汽化合物的性能进行比较,这种高活性饱和碳能大量消除有毒化合物。尤其值得注意的是,消除氰化氢的程度更高,60毫克碳能消除80%的氰化氢,而同样重量的标准碳只能消除35%的氰化氢。这种消除的机理是化学反应,而不是物理的吸附作用,所以消除氰化氢的效能不会随着时间变化(即卷烟制造时间久远的时候)。结果,通过选择性碳消除老产品中氰化氢的时间相当于标准碳的四倍。   看一看范围更广的化合物,同时也把醋酸纤维加进来进行比较,在生产时间长达六个月的老卷烟中滞留了各种化合物。在一次实验中,碳滤嘴使用了60毫克碳,所有三种滤嘴滞留的焦油含量约为55%,最明显的区别是,同标准碳滤嘴或醋酸纤维滤嘴相比较,消除氰化氢的更多。对挥发性乙醛、甲酮和碳氢化合物来说,HCNR碳消除的量也很大。对于半挥发性化合物如吡啶和苯乙烯来说,也可以看出碳和HCNR碳的消除量很大。随着化合物沸点的增高,碳能消除的蒸汽减少,所以,就甲酚和(苯)酚而言,滞留量接近于醋酸纤维。就非挥发性化合物如烟草中专有的亚硝胺和苯(a)芘来说,所有滤嘴的滞留量与焦油滞留量非常相似。在使用温和的空气流通和滤嘴时,使用这种选择性碳大约100毫克,就有可能生产出基本上没有氰化氢、吡啶和苯乙烯的卷烟,这只能有助于设计者生产出危险降低的产品

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