EP4064883B1

EP4064883B1 - Strukturiertes filtermaterial für nikotinabgabeprodukte

Info

Publication number: EP4064883B1
Application number: EP22706576.0A
Authority: EP
Inventors: Stefan Bachmann
Original assignee: Delfortgroup AG
Current assignee: Delfortgroup AG
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2024-08-14
Anticipated expiration: 2042-02-15
Also published as: CN117119915A; DE102021104011A1; EP4064883A1; US20240114951A1; KR20230145571A; WO2022175261A1; JP7789792B2; ES2994434T3; JP2024506661A; DE102021104011B4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial für ein Nikotinabgabeprodukt, ein daraus gefertigtes Segment für einen Rauchartikel oder ein daraus gefertigtes orales Nikotinabgabeprodukt, wobei das Filtermaterial eine Struktur aufweist, die einem daraus gefertigten Nikotinabgabeprodukt günstige Eigenschaften beispielsweise hinsichtlich Härte, Zugwiderstand, Filtrationseffizienz, Optik oder biologischer Abbaubarkeit verleiht. Die Struktur des Filtermaterials ist dabei durch seine Transparenz charakterisiert.

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Nikotinabgabeprodukt können Rauchartikel sein. Rauchartikel sind typischerweise stabförmige Artikel, die aus mindestens zwei nacheinander angeordneten stabförmigen Segmenten bestehen. Ein Segment enthält ein Material, das in der Lage ist, beim Aufheizen ein Aerosol zu bilden, und mindestens ein weiteres Segment enthält ein Material, das dazu dient, Eigenschaften des Aerosols zu beeinflussen.
Bei dem Rauchartikel kann es sich um eine Filterzigarette handeln, bei der ein erstes Segment das aerosolbildende Material, insbesondere Tabak, enthält und ein weiteres Segment, das als Filter ausgeführt ist und der Filtration des Aerosols dient. Das Aerosol wird dabei durch Verbrennen des aerosolbildenden Materials erzeugt, und der Filter dient primär dazu, das Aerosol zu filtern und die Filterzigarette mit einem definierten Zugwiderstand auszustatten.
Bei dem Rauchartikel kann es sich aber auch um einen sogenannten Tabakerhitzer handeln, bei dem das aerosolbildende Material nur aufgeheizt aber nicht verbrannt wird. Dadurch wird die Zahl und Menge der gesundheitsschädlichen Substanzen im Aerosol vermindert. Ein derartiger Rauchartikel besteht ebenfalls aus mindestens zwei, häufiger aber aus mehr, insbesondere aus vier Segmenten. Ein Segment enthält das aerosolbildende Material, das typischerweise Tabak, rekonstituierten Tabak, nach anderen Verfahren aufbereiteten Tabak oder Nikotin und Glycerol oder Propylenglykol umfasst. Weitere, teilweise optionale Segmente im Tabakerhitzer dienen dazu, das Aerosol weiterzuleiten, das Aerosol abzukühlen oder das Aerosol zu filtern.
Die Segmente sind meistens von einem Umhüllungsmaterial umhüllt. Sehr oft wird Papier als Umhüllungsmaterial verwendet.
Im Folgenden wird, soweit nicht explizit darauf hingewiesen wird oder sich direkt aus dem Zusammenhang anderes ergibt, unter "Segment" das Segment eines Rauchartikels verstanden, das nicht das aerosolbildende Material enthält, sondern beispielsweise dazu dient, das Aerosol weiterzuleiten, abzukühlen oder zu filtern.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartige Segmente aus Celluloseacetat oder Polylactiden zu bilden. Da Celluloseacetat und Polylactide in der Umwelt nur sehr langsam biologisch abgebaut werden, hat die Industrie ein Interesse, die Segmente des Rauchartikels aus anderen Materialien zu fertigen, die besser biologisch abbaubar sind. Es ist im Stand der Technik bekannt, Segmente für Rauchartikel, insbesondere Filtersegmente, aus Papier herzustellen. Derartige Segmente sind zwar generell gut biologisch abbaubar, weisen aber auch Nachteile auf. Beispielsweise haben Filtersegmente aus Papier generell eine hohe Filtrationseffizienz und führen daher zu einem trockenen Aerosol, was den Geschmack des Aerosols verglichen mit Zigaretten mit den üblichen Filtersegmenten aus Celluloseacetat beeinträchtigt. Des Weiteren haben sie aber oft eine niedrigere Filtrationseffizienz für Phenole als Celluloseacetat. Zudem erweist es sich als schwierig, aus Papier ein Segment herzustellen, das hinsichtlich der Kombination aus Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Härte für den Konsumenten akzeptabel ist. Um die Filtrationseffizienz zu senken, verwendet man oft weniger Papier und das Segment wird weich und hat einen zu niedrigen Zugwiderstand.
Ein weiterer Grund dafür, dass Filtersegmente aus Papier noch keine weite Verbreitung gefunden haben liegt aber auch in ihrer optischen Erscheinung. Am Mundende des Rauchartikels ist oft die Schnittfläche des am Mundende gelegenen Segments sichtbar, und der Konsument ist von den üblichen Segmenten aus Celluloseacetat eine weiße homogene Fläche gewohnt, bei der die einzelnen geschnittenen Fasern kaum erkennbar sind. Segmente aus Papier hingegen haben eine grobe Struktur, was dem Konsumenten offenbar den Eindruck geringerer Qualität vermittelt. Daher werden Segmente aus Papier oft nur als ein Teilsegment in einem aus mehreren Segmenten bestehenden Filter eingesetzt, sodass der Konsument die Schnittfläche nicht sehen kann. Das am Mundende gelegene Segment besteht dann weiterhin oft aus Celluloseacetat. Wegen dieser optischen Mängel können die Vorteile der biologischen Abbaubarkeit eines Segments aus Papier nicht in vollem Umfang genutzt werden.
Bei dem Nikotinabgabeprodukt kann es sich aber auch um ein orales Nikotinabgabeprodukt handeln. Orale Nikotinabgabeprodukte sind typischerweise aus einem Vlies gebildete, kleine Behältnisse, die ein Nikotin enthaltendes Material, beispielsweise Tabak, enthalten. Beim Gebrauch bewahrt der Konsument das Behältnis einige Zeit im Mund auf, wobei Substanzen, insbesondere Nikotin, aus dem Nikotin enthaltenden Material herausgelöst werden können. Die das Behältnis bildenden Vliese enthalten aber zumeist Kunststoffe und sind daher biologisch nicht abbaubar. Beispiele für orale Nikotinabgabeprodukte sind in Behältnisse (pouches) verpackte Produkte wie Schweden Snus, white snus oder andere rauchfreie Tabakprodukte. Orale Nikotinabgabeprodukte ohne Tabak sind ebenfalls bekannt.
Es besteht daher ein Interesse in der Industrie, ein Filtermaterial zur Verfügung zu haben, das es erlaubt, Segmente für Rauchartikel zu fertigen, die eine günstige Kombination aus Filtrationseffizienz, Zugwiderstand, Härte und optischen Eigenschaften aufweisen oder das es erlaubt, Nikotinabgabeprodukte zu fertigen, die eine günstige biologische Abbaubarkeit aufweisen.
US 2015/0374030 A1 offenbart einen biologisch abbaubares Zigarettenfilter, der eine Mischung aus mindestens mindestens zwei oder mehr natürlichen Materialien enthält,die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Hanffasern, Flachsfasern, Abacafasern oder -zellstoff, Sisalfasern oder -zellstoff, Holzzellstoff und Baumwollfasern oder Baumwollflocken. Die Mischung kann auch regenerierte Zellulosefasern enthalten. Das Gemisch kann ein natürliches Bindemittel enthalten oder hydroverfilzt sein.
US 5,738,119 zeigt einen Zigarettenfilter, der wasserstrahlverfestigte Lyocell-Stapelfasern umfasst. Hohe Filterwirkungsgrade, guter Geschmack, gute Geschmackseigenschaften, gute Beständigkeit gegen Verschmutzung, gute physikalische Elastizität und gute Luftstromeigenschaften werden beobachtet, wenn Zigaretten mit solchen Filtern geraucht werden.
CN 110616505A betrifft ein Acetatfaservlies-Verbundmaterial, das für Zigarettenfilter geeignet ist, und ein Verfahren zur Herstellung des Acetatfaservlies-Verbundmaterials. Das Acetatfaservlies-Verbundmaterial wird durch Mischen von Acetatfasern und anderen Fasern hergestellt, wobei die anderen Fasern Polylaktatfasern, Metallfasern und/oder Kohlenstofffasern sind. Das zusammengesetzte Acetatfaservliesmaterial umfasst 5-99 Gew.-% Celluloseacetatfasern und 1-95 Gew.-% Nicht-Acetatfasermaterial. Das Acetatfaservlies hat einen gewissen Wärmeabsorptionseffekt und eine gewisse Filterleistung und kann die Rauchtemperatur senken und schädliche Komponenten im Rauch filtern. Nach dem Mischen der Fasern wird die Zugfestigkeit des Vliesstoffs erhöht, und die Anforderungen an die Festigkeit der Zigarettenfilter, die mit dem Vliesstoff hergestellt werden, können erfüllt werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial für einen Rauchartikel zur Verfügung zu stellen, das es erlaubt, daraus Segmente zu fertigen, die bezüglich Härte, Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Optik herkömmlichen Segmenten aus Celluloseacetat möglichst nahekommen, aber auch gut biologisch abbaubar sind.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Filtermaterial zur Verfügung zu stellen, aus dem orale Nikotinabgabeprodukte gefertigt werden können, die eine bessere biologische Abbaubarkeit aufweisen.
Diese Aufgaben werden durch ein Filtermaterial nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials nach Anspruch 12, ein Segment eines Rauchartikels nach Anspruch 6, einen Rauchartikel nach Anspruch 9 und ein orales Nikotinabgabeprodukt nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfinder haben gefunden, dass diese Aufgaben durch ein Filtermaterial gelöst werden können, wobei das Filtermaterial wasserstrahlverfestigt ist und mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält und wobei das Filtermaterial ein Flächengewicht von mindestens 25 g/m² und höchstens 60 g/m² aufweist und wobei das Filtermaterial eine Struktur aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dem Filtermaterial eine Transparenz verleiht, die gemessen nach DIN 53147:1993-01 mindestens 45% und höchstens 70% beträgt.
Das Filtermaterial wird erfindungsgemäß durch Wasserstrahlverfestigung hergestellt. Dieses Herstellungsverfahren verleiht dem Filtermaterial charakteristische Eigenschaften, die es von anderen Filtermaterialien und insbesondere von Papieren unterscheiden und nicht auf identische Weise durch andere Herstellungsverfahren erreicht werden können. Anders als beispielsweise bei Papier, bei dem die Festigkeit vornehmlich durch Wasserstoffbrückenbindungen bewirkt wird und die Fasern vor allem in der Ebene des Papiers angeordnet sind, wird bei dem wasserstrahlverfestigten Filtermaterial die Festigkeit durch die Verwirbelung der Fasern erreicht und dadurch sind die Fasern zu einem bedeutenden Teil auch in Dickenrichtung des Filtermaterials ausgerichtet. Diese Anordnung der Fasern ist unter anderem wesentlich dafür, dass ein daraus gefertigtes Segment günstige Eigenschaften bezüglich Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Härte aufweist.
Die Erfinder haben gefunden, dass Segmente aus wasserstrahlverfestigten Filtermaterialien gemäß der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zwar generell bessere Eigenschaften aufweisen als aus Papieren gefertigte Segmente, dass es aber noch Potenzial gibt, diese Eigenschaften weiter zu optimieren und an jene der Segmente aus Celluloseacetat noch besser anzupassen. Ähnlich wie bei Segmenten aus Papier, aber in geringerem Ausmaß, besteht ein Problem darin, dass bei guter Filtrationseffizienz nur wenig Filtermaterial verwendet werden darf, und daher der Zugwiderstand und insbesondere die Härte des Segments nicht ganz die Erwartungen des Konsumenten erfüllen. Gemäß den Erkenntnissen der Erfinder erlaubt eine spezielle Struktur des Filtermaterials dieses Problem zu lösen. Die Erfinder haben erkannt, dass es vorteilhaft ist, wenn das Filtermaterial nicht eine näherungsweise homogene Oberfläche aufweist wie ein Blatt Papier oder eine Kunststofffolie, sondern eine Vielzahl von über die gesamte Oberfläche verteilten Unregelmäßigkeiten in der Dicke oder dem Flächengewicht. Diese Unregelmäßigkeiten können beispielsweise Löcher oder dünnere Stellen sein, die regelmäßig oder unregelmäßig am Filtermaterial angeordnet sind. Nach Erkenntnissen der Erfinder ist es dabei vorteilhaft, wenn die Löcher oder dünneren Stellen nicht durch die Entfernung von Material erzeugt werden, sondern ganz oder teilweise durch eine Umverteilung und Änderung der Anordnung der Fasern im Filtermaterial. Dies kann durch ein weiter unten erläutertes, erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren geschehen.
Dabei kommt es auf die genaue Form und Anordnung der Unregelmäßigkeiten nicht an, sondern sie müssen nur über die Oberfläche annähernd gleichmäßig verteilt auftreten und ein gewisses Ausmaß überschreiten. Um diese Unregelmäßigkeiten und insbesondere deren Ausmaß zu charakterisieren, haben die Erfinder verschiedene Parameter in Betracht gezogen, wie beispielsweise die Dicke, das Flächengewicht oder die Luftdurchlässigkeit. Es hat sich aber gezeigt, dass diese Parameter nicht in einer hinreichend geringen örtlichen Auflösung gemessen werden können, um die Unregelmäßigkeiten zu erfassen.
Die Erfinder haben aber erkannt, dass sich durch die Umverteilung der Fasern die Transparenz des Filtermaterials ändert. Mit anderen Worten verleiht die besondere Struktur, durch die sich das erfindungsgemäße Filtermaterial auszeichnet, dem Filtermaterial eine charakteristische, erhöhte Transparenz, durch die sich das Filtermaterial von Filtermaterialien mit gleichem Flächengewicht und ähnlicher Zusammensetzung aber herkömmlicher Struktur unterscheidet. Insofern ist die Transparenz eine geeignete, eindeutig messbare Größe, die zur Charakterisierung der erwünschten Struktur des Filtermaterials herangezogen werden kann.
Die beobachtete Zunahme der Transparenz bei Filtermaterialien mit der erwünschten Struktur ist insofern überraschend, als man erwarten würde, dass bei einer Umverteilung der Fasern zwar die Löcher oder dünnen Stellen transparenter werden, aber die Bereiche zwischen den Löchern und dünnen Stellen, in denen sich dann mehr Fasern befinden, weniger transparent werden, sodass sich insgesamt im Mittel kein oder nur ein geringer Einfluss auf die Transparenz ergibt. Tatsächlich zeigen jedoch die Experimente, dass Filtermaterialien herkömmlicher Struktur selbst beim geringsten erfindungsgemäßen Flächengewicht von 25 g/m² eine Transparenz gemäß DIN 53147:1993-01 aufweisen, die einen Wert von 40% nicht überschreitet. Erst durch die Umverteilung der Fasern kann eine höhere Transparenz erzielt werden, die in unmittelbarem Zusammenhang mit den bei der Umverteilung der Fasern entstehenden Löchern und dünnen Stellen, also der Struktur des Filtermaterials, steht und damit auch mit den erfindungsgemäßen Vorteilen bezüglich Härte und Zugwiderstand eines daraus gefertigten Segments.
Nach den Erkenntnissen der Erfinder sind die Cellulosefasern erforderlich, um das Filtermaterial mit einer ausreichenden Festigkeit auszustatten, sodass es zu einem Segment verarbeitet werden kann. Der Anteil an Cellulosefasern im Filtermaterial beträgt erfindungsgemäß mindestens 50% und höchstens 100% der Masse des Filtermaterials, bevorzugt aber mindestens 60% und höchstens 100% und besonders bevorzugt mindestens 70% und höchstens 95%, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.
Die Cellulosefasern können Zellstofffasern oder Fasern regenerierter Cellulose oder Mischungen daraus sein.
Die Zellstofffasern sind bevorzugt aus Nadelhölzern, Laubhölzern oder anderen Pflanzen wie Hanf, Flachs, Jute, Ramie, Kenaf, Kapok, Kokosnuss, Abacä, Sisal, Bambus, Baumwolle oder aus Espartogras gewonnen. Auch Mischungen aus Zellstofffasern verschiedener Herkunft können für die Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind die Zellstofffasern aus Nadelhölzern gewonnen, weil solche Fasern schon in einem geringeren Anteil dem Filtermaterial eine gute Festigkeit verleihen.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann Fasern aus regenerierter Cellulose enthalten. Bevorzugt beträgt der Anteil an Fasern aus regenerierter Cellulose mindestens 5% und höchstens 50%, besonders bevorzugt mindestens 10% und höchstens 45% und ganz besonders bevorzugt mindestens 15% und höchstens 40%, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.
Die Fasern aus regenerierter Cellulose sind bevorzugt Viskosefasern, Modalfasern, Lyocell^®, Tencel^® oder Mischungen daraus. Diese Fasern besitzen eine gute biologische Abbaubarkeit und können dazu eingesetzt werden, die Festigkeit des Filtermaterials zu optimieren und die Filtrationseffizienz des daraus gefertigten Segments für den Rauchartikel anzupassen. Aufgrund ihres Herstellungsverfahrens sind sie weniger variabel als die aus natürlichen Quellen gewonnen Zellstofffasern und tragen dazu bei, dass die Eigenschaften eines aus dem Filtermaterial gefertigten Segments weniger variieren als wenn ausschließlich Zellstofffasern verwendet werden.
Das Flächengewicht des Filtermaterials beträgt erfindungsgemäß mindestens 25 g/m² und höchstens 60 g/m², bevorzugt mindestens 28 g/m² und höchstens 55 g/m² und besonders bevorzugt mindestens 30 g/m² und höchstens 55 g/m². Das Flächengewicht beeinflusst die Zugfestigkeit des Filtermaterials, wobei ein höheres Flächengewicht zu höherer Festigkeit führen kann. Die Angaben beziehen sich auf ein Flächengewicht, das nach ISO 536:2012 gemessen wird.
Erfindungsgemäß beträgt die Transparenz des Filtermaterials gemessen nach DIN 53147:1993-01 mindestens 45% und höchstens 70%, bevorzugt mindestens 50% und höchstens 66%. Ab einer durch die Umverteilung der Fasern bewirkten Transparenz von mindestens 45% zeigen sich positive Effekte bezüglich Härte und Zugwiderstand eines aus dem Filtermaterial gefertigten Segments. Die Transparenz soll aber nicht zu hoch sein, weil dann die dünnen Stellen und Löcher in einem solchen Ausmaß überwiegen, dass die Festigkeit des Filtermaterials nicht mehr günstig ist, um daraus Segmente herzustellen.
Zwar lassen sich Form und Größe der Unregelmäßigkeiten nicht genau spezifizieren, zumal sie nicht genau gegenüber dem umgebenden Filtermaterial abgegrenzt werden können, selbstverständlich muss aber jede einzelne Unregelmäßigkeit viel kleiner sein als die für die Herstellung des Segments benötigte Fläche des Filtermaterials. Sofern die besondere Struktur des Filtermaterials auch durch Löcher gebildet wird, beträgt die Fläche eines Großteils der Löcher, beispielsweise von mehr als 90 % der Löcher, bevorzugt weniger als 10 mm². Bei diesen Größenverhältnissen eignet sich die Transparenz als die Struktur des Filtermaterials charakterisierender Parameter besonders gut, weil die Messfläche bei der Messung der Transparenz gemäß DIN 53147:1993-01 etwa 2,5 cm² beträgt und so im Allgemeinen Löcher oder dünne Stellen als auch die umgebenden Bereiche repräsentativ erfasst werden. Ausführungsbeispiele, die diese Unregelmäßigkeiten beispielhaft veranschaulichen, sind in Fig. 2 dargestellt, und weiter unten erläutert. Die Erfindung beschränkt sich aber nicht auf Unregelmäßigkeiten der in Fig. 2 dargestellten Geometrie.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann Zusatzstoffe, wie Alkylketendimere (AKD), Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA), Fettsäuren, Stärke, Stärkederivate, Carboxymethylcellulose, Alginate, Nassfestmittel oder Substanzen zur Einstellung des pH-Werts, wie beispielsweise organische oder anorganische Säuren oder Laugen zur Einstellung spezifischer Eigenschaften enthalten. Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann als Zusatzstoffe auch eines oder mehrere Brandsalze enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, Malaten, Tartraten, Acetaten, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, α-Hydroxycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, und Mischungen daraus und besonders bevorzugt aus der Gruppe bestehend aus Trinatriumzitrat, Trikaliumzitrat und Mischungen daraus.
Der Fachmann ist in der Lage Art und Menge solcher Zusatzstoffe aus seiner Erfahrung zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann auch noch andere Substanzen umfassen, die die Filtrationseffizienz des Filtermaterials besser an jene von Celluloseacetat anpassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials umfasst das Filtermaterial eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Triacetin, Propylenglykol, Sorbitol, Glycerol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyvinylalkohol und Tri-Ethlyzitrat oder Mischungen daraus.
Die Dicke des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, beträgt mindestens 70 µm und höchstens 1000 µm, bevorzugt mindestens 100 µm und höchstens 800 µm und besonders bevorzugt mindestens 150 µm und höchstens 750 µm. Die Dicke beeinflusst die Menge an Filtermaterial, die in das Segment des Rauchartikels gepackt werden kann und damit Zugwiderstand und Filtrationseffizienz des Segments, aber auch die Verarbeitbarkeit des Filtermaterials, da es zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel oft gecrimpt oder gefaltet wird. Für solche Prozessschritte ist eine zu hohe Dicke ungünstig und Dicken in den bevorzugten und besonders bevorzugten Intervallen erlauben eine besonders gute Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels.
Die mechanischen Eigenschaften des Filtermaterials sind für die Verarbeitung des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Nikotinabgabeprodukt von Bedeutung. Insbesondere sollen Löcher oder dünne Stellen die Festigkeit des Filtermaterials nicht zu sehr reduzieren. Die breitenbezogene Zugfestigkeit des Filtermaterials, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt bevorzugt mindestens 0,05 kN/m und höchstens 5 kN/m, besonders bevorzugt mindestens 0,07 kN/m und höchstens 4 kN/m.
Die Bruchdehnung des Filtermaterials ist von Bedeutung, weil bei der Verarbeitung des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Nikotinabgabeprodukt das Filtermaterial oft gedehnt oder in Laufrichtung belastet wird und dabei eine besonders hohe Bruchdehnung günstig ist. Die Bruchdehnung des Filtermaterials, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt daher bevorzugt mindestens 1% und höchstens 50% und besonders bevorzugt mindestens 3% und höchstens 40%.
Zugfestigkeit und Bruchdehnung können von der Richtung abhängen, in der die Probe für die Messung aus dem Filtermaterial entnommen wurde. Die genannten Merkmale des Filtermaterials sind jeweils erfüllt, wenn Zugfestigkeit oder Bruchdehnung in mindestens einer Richtung in den bevorzugten oder besonders bevorzugten Intervallen liegt.
Aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial können nach aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren erfindungsgemäße Segmente für Rauchartikel hergestellt werden. Diese Verfahren umfassen beispielsweise das Crimpen oder Falten des Filtermaterials, das Formen eines endlosen Strangs aus dem gecrimpten oder gefalteten Filtermaterial, das Umhüllen des endlosen Strangs durch ein Umhüllungsmaterial und das Schneiden des umhüllten Strangs in einzelne Stäbe definierter Länge. In vielen Fällen beträgt die Länge eines solchen Stabs ein ganzzahliges Vielfaches der Länge des Segments, das dann im erfindungsgemäßen Rauchartikel verwendet werden soll, und deshalb werden die Stäbe dann vor oder während der Herstellung des Rauchartikels in Segmente der gewünschten Länge geschnitten.
Das erfindungsgemäße Segment für Rauchartikel umfasst das erfindungsgemäße Filtermaterial und ein Umhüllungsmaterial.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Segments ist das Segment zylindrisch mit einem Durchmesser von mindestens 3 mm und höchstens 10 mm, besonders bevorzugt von mindestens 4 mm und höchstens 9 mm und ganz besonders bevorzugt von mindestens 5 mm und höchstens 8 mm. Diese Durchmesser sind für die Verwendung der erfindungsgemäßen Segmente in Rauchartikeln günstig.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Segments hat das Segment eine Länge von mindestens 4 mm und höchstens 40 mm, besonders bevorzugt von mindestens 6 mm und höchstens 35 mm und ganz besonders bevorzugt von mindestens 10 mm und höchstens 28 mm.
Der Zugwiderstand des Segments bestimmt unter anderem, welche Druckdifferenz der Raucher beim Konsum des Rauchartikels aufbringen muss, um einen bestimmten Volumenstrom durch den Rauchartikel zu erzeugen, und er beeinflusst daher wesentlich die Akzeptanz des Rauchartikels beim Raucher. Der Zugwiderstand des Segments kann nach ISO 6565:2015 gemessen werden und wird in mm Wassersäule (mmWG) angegeben. In sehr guter Näherung ist der Zugwiderstand des Segments proportional zur Länge des Segments, sodass die Messung des Zugwiderstands auch an Stäben erfolgen kann, die sich vom Segment nur in der Länge unterscheiden. Daraus kann der Zugwiderstand des Segments einfach berechnet werden.
Der Zugwiderstand des Segments pro Länge des Segments beträgt bevorzugt mindestens 1 mmWG/mm und höchstens 12 mmWG/mm und besonders bevorzugt mindestens 2 mmWG/mm und höchstens 10 mmWG/mm.
Das Umhüllungsmaterial des erfindungsgemäßen Segments ist bevorzugt ein Papier oder eine Folie.
Das Umhüllungsmaterial des erfindungsgemäßen Segments hat bevorzugt ein Flächengewicht von mindestens 20 g/m² und höchstens 150 g/m², besonders bevorzugt von mindestens 30 g/m² und höchstens 130 g/m². Ein Umhüllungsmaterial mit diesem bevorzugten oder besonders bevorzugten Flächengewicht verleiht dem damit umhüllten, erfindungsgemäßen Segment eine besonders vorteilhafte Härte. Damit kann der Raucher das im Rauchartikel befindliche Segment nicht versehentlich zusammendrücken.
Aus dem erfindungsgemäßen Segment können nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren erfindungsgemäße Rauchartikel hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Rauchartikel umfasst ein Segment, das ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment, das das erfindungsgemäße Filtermaterial und ein Umhüllungsmaterial umfasst.
Da die Schnittfläche des erfindungsgemäßen Segments der eines Segments aus Celluloseacetat optisch sehr ähnlich ist, ist in einer bevorzugten Ausführungsform das dem Mundende am nächsten gelegene Segment des Rauchartikels ein erfindungsgemäßes Segment.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rauchartikel eine Filterzigarette und das aerosolbildende Material umfasst Tabak.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rauchartikel ein Rauchartikel, in dessen bestimmungsgemäßem Gebrauch das aerosolbildende Material nur aufgeheizt, aber nicht verbrannt wird und das aerosolbildende Material umfasst Tabak, rekonstituierten Tabak, Nikotin, Glycerol, Propylenglykol oder Mischungen daraus.
Die durch die spezielle Struktur des Filtermaterials bewirkte hohe Transparenz erlaubt noch weitere Vorteile. Manche Rauchartikel sind so konstruiert, dass der Raucher in das Innere des Rauchartikels sehen kann. Bei solchen Rauchartikeln sind die Umhüllungsmaterialien teilweise transparent oder es sind Löcher vorgesehen, die einen direkten Blick auf das Filtermaterial erlauben. Aus dem Stand der Technik bekannte Filter erlauben es wegen ihrer geringen Transparenz aber nicht, noch weiter in den Filter zu sehen. Wenn das erfindungsgemäße Filtermaterial aber eine Transparenz von mehr als 50% aufweist, ist es möglich, beispielsweise im Filter befindliche zerbrechbare, mit Aromastoffen gefüllte Kapseln zu erkennen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Rauchartikels umfasst der Rauchartikel daher ein Segment, das ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment, das das erfindungsgemäße Filtermaterial und ein Umhüllungsmaterial umfasst, wobei das Umhüllungsmaterial mindestens teilweise transparent ist oder Löcher aufweist und das Filtermaterial eine Transparenz gemessen nach DIN 53147:1993-01 von mindestens 50% aufweist.
Die Erfinder haben überraschend gefunden, dass sich das Filtermaterial auch für orale Nikotinabgabeprodukte eignet. Die Erfinder haben festgestellt, dass das erfindungsgemäße Filtermaterial wegen seine Zusammensetzung eine gute biologische Abbaubarkeit aufweist und durch die spezielle Struktur, die durch die Transparenz charakterisiert wird, auch eine gute Durchlässigkeit für die aus dem Nikotin enthaltenden Material des oralen Nikotinabgabeprodukts beim Gebrauch gelösten Substanzen aufweist, sodass es für Nikotinabgabeprodukte besonders gut geeignet ist.
Ein erfindungsgemäßes orales Nikotinabgabeprodukt umfasst daher ein Behältnis, das durch das erfindungsgemäße Filtermaterial gebildet wird und das ein Nikotin enthaltendes Material enthält. Bevorzugt weist das Filtermaterial eine Transparenz gemessen nach DIN 53147:1993-01 von mindestens 50% und höchstens 70% auf.
Das Nikotin enthaltende Material kann bevorzugt Tabak sein.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann nach dem folgenden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, das die Schritte A bis D umfasst.

A - Bereitstellen einer Faserbahn umfassend Cellulosefasern,
B - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch mindestens einen auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahl, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,
C - Erzeugen einer Struktur in der wasserstrahlverfestigten Faserbahn,
D - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn,

wobei die Menge der Cellulosefasern in Schritt A so gewählt ist, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt D mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und
das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt D ein Flächengewicht von mindestens 25 g/m² und höchstens 60 g/m² aufweist, und
das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt D eine Struktur aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dem Filtermaterial eine Transparenz, gemessen nach DIN 53147:1993-01 von mindestens 45% und höchstens 70% verleiht, und
das Erzeugen einer Struktur in Schritt C erfolgt, indem mindestens ein Wasserstrahl auf die wasserstrahlverfestigte Faserbahn gerichtet wird, während die Faserbahn durch eine Oberfläche unterstützt wird, die eine Vielzahl von Erhöhungen aufweist.

Der in Schritt C auf die Faserbahn gerichtete mindestens eine Wasserstrahl bewirkt eine Umverteilung der Fasern, sodass sie sich um die Erhöhungen herum anordnen und von den Erhöhungen verdrängt werden. Die Erhöhungen erzeugen daher je nach Druck des Wasserstrahls und der anfänglich im Bereich der Erhöhung vorhandenen Fasermenge Löcher oder dünne Stellen. Diese Struktur verleiht dem Fasermaterial die eingangs genannte, charakteristisch erhöhte Transparenz. Im Allgemeinen wird aber die Form der Erhöhungen nur ungenau auf die Faserbahn übertragen, sodass, selbst wenn die Erhöhungen alle die gleiche Form aufweisen, die Löcher oder dünnen Stellen in der Faserbahn und im Filtermaterial hinsichtlich ihrer Form und Größe unregelmäßig sind. Die Erhöhung der Transparenz lässt sich aber zuverlässig nachweisen. Dünnere Stellen und insbesondere Löcher könnten grundsätzlich auch durch Prägen oder Stanzen erzeugt werden, dabei werden aber die Fasern zusammengedrückt oder abgeschnitten und nicht anders angeordnet. Durch das hier beschriebene erfindungsgemäße Herstellungsverfahren werden die Fasern jedoch rund um die Löcher oder dünnen Stellen herum angeordnet und ergeben so eine netzartige Struktur. Diese netzartige Struktur erlaubt es, dass bei gegebener Materialmenge die Härte des daraus gefertigten Segments höher und der Zugwiderstand geringer ist, als bei einem Filtermaterial mit näherungsweise homogener Oberfläche oder einem Filtermaterial, das durch Prägen oder Stanzen erzeugt wurde.
Das nach diesem Verfahren hergestellte Filtermaterial soll zur Verwendung in Nikotinabgabeprodukt geeignet sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen einer Faserbahn in Schritt A das Spinnen einer Vielzahl von Cellulosefasern, wobei die Cellulosefasern durch Filamente regenerierter Cellulose gebildet werden und wobei mindestens 90% der Masse des Filtermaterials nach dem Trocknen in Schritt D durch die Filamente regenerierter Cellulose gebildet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens sind die Filamente regenerierter Cellulose Lyocell^®.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen einer Faserbahn in Schritt A die folgenden Schritte A1 bis A4.

A1 - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Cellulosefasern,
A2 - Aufbringen der Suspension aus Schritt A auf ein umlaufendes Sieb,
A3 - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um eine Faserbahn zu bilden,
A4 - Überführen der Faserbahn aus Schritt A3 auf ein Stützsieb.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die wässrige Suspension in Schritt A1 einen Feststoffgehalt von höchstens 3,0%, besonders bevorzugt höchstens 1,0%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,2% und insbesondere höchstens 0,05%. Der besonders geringe Feststoffgehalt der Suspension erlaubt es, in Schritt A3 eine Faserbahn mit geringer Dichte zu bilden, was sich günstig auf die Filtrationseffizienz eines daraus gefertigten Segments auswirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das umlaufende Sieb der Schritte A2 und A3 in Laufrichtung der Faserbahn gegen die Horizontale um einen Winkel von mindestens 3° und höchstens 40° aufwärts geneigt, besonders bevorzugt um einen Winkel von mindestens 5° und höchstens 30° und ganz besonders bevorzugt um einen Winkel von mindestens 15° und höchstens 25°.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des umlaufenden Siebs erzeugt wird, um das Entwässern der Suspension in Schritt A3 zu unterstützen, wobei besonders bevorzugt Vakuumkästen oder geeignet geformte Flügel die Druckdifferenz erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Wasserstrahlen verwendet, um das Wasserstrahlverfestigen in Schritt B auszuführen, wobei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe quer zur Laufrichtung der Faserbahn angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wasserstrahlverfestigen in Schritt B durch mindestens zwei auf die Faserbahn gerichtete Wasserstrahlen bewirkt, wobei besonders bevorzugt die mindestens zwei Wasserstrahlen auf verschiedene Seiten der Faserbahn wirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Faserbahn in Schritt C durch einen Zylinder unterstützt, auf dessen Oberfläche sich die Vielzahl der Erhöhungen befindet.
Bevorzugt beträgt die Fläche jeder Erhöhung, projiziert auf die Oberfläche, die die Faserbahn in Schritt C unterstützt, mindestens 0,1 mm² und höchstens 15 mm², besonders bevorzugt mindestens 0,25 mm² und höchstens 10 mm².
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt, in dem ein oder mehrere Zusatzstoffe auf die Faserbahn aufgetragen werden. Die Zusatzstoffe sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylketendimeren (AKD), Alkenylbernsteinsäureanhydriden (ASA), Fettsäuren, Stärke, Stärkederivaten, Carboxymethylcellulose, Alginaten, Nassfestmittel, Substanzen zur Einstellung des pH-Werts, wie beispielsweise organische oder anorganische Säuren oder Laugen und Mischungen daraus oder die Zusatzstoffe sind Brandsalze, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, Malaten, Tartraten, Acetaten, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, α-Hydroxycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, und Mischungen daraus.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auftragen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe zwischen den Schritten C und D des erfindunsgemäßen Verfahrens. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Auftragen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe nach dem Schritt D gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trocknen in Schritt D zumindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellenstrahlung bewirkt. Eine Trocknung durch direkten Kontakt mit einer beheizten Oberfläche ist ebenfalls möglich, aber weniger bevorzugt, weil dabei die Dicke des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials abnehmen kann.
In einem anderen Verfahren kann das erfindungsgemäße Filtermaterial auch durch die Schritte A, B und D hergestellt werden. Man verzichtet dabei auf den Schritt C, sodass das Verfahren nicht erfindungsgemäß ist. In Schritt B wählt man bei einem Teil der Wasserstrahlen einen hohen Druck, sodass die Wasserstrahlen in der vom Stützsieb unterstützen Faserbahn Löcher oder dünne Stellen erzeugen. Bei einem durch dieses Verfahren erzeugten Filtermaterial können die Unregelmäßigkeiten räumlich viel weniger ausgedehnt sein, sodass das Filtermaterial eben nur dann erfindungsgemäß ist, wenn die Maschineneinstellungen, beispielsweise der Druck der Wasserstrahlen, so gewählt sind, dass die Transparenz des Filtermaterials mindestens 45% und höchstens 70% beträgt.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Figur 1: zeigt eine Vorrichtung mittels der das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filtermaterials durchgeführt werden kann.
Figur 2: zeigt beispielhafte erfindungsgemäße und nicht erfindungsgemäße Filtermaterialien.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN UND EINIGER VERGLEICHSBEISPIELE

Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen des Filtermaterials, des Verfahrens zur Herstellung des Filtermaterials, des Segments für Rauchartikel und des Rauchartikels beschrieben. Ferner werden nicht erfindungsgemäße Vergleichsbeispiele beschrieben.
Zur Herstellung des Filtermaterials wurde die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verwendet.
Eine Suspension 1 aus Zellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose wurde in einem Vorratsbehälter 2 bereitgestellt, Schritt A1, und von dort auf ein umlaufendes, gegen die Horizontale aufwärts geneigtes Sieb 3 gepumpt, Schritt A2, und durch Vakuumkästen 9 entwässert, Schritt A3, sodass sich auf dem Sieb eine Faserbahn 4 bildete, deren generelle Bewegungsrichtung durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Die Faserbahn 4 wurde vom Sieb 3 abgenommen und auf ein ebenfalls umlaufendes Stützsieb 5 übergeführt, Schritt A4. Dort wurden aus Vorrichtungen 6 in mehreren Reihen quer zur Laufrichtung der Faserbahn 4 angeordnete Wasserstrahlen 11 auf die Faserbahn 4 gerichtet, um die Fasern zu verwirbeln und die Faserbahn 4 zu einem Vliesstoff zu verfestigen, Schritt B. In einem weiteren Schritt wurden durch zusätzliche Vorrichtungen 7 auch Wasserstrahlen 12 auf die andere Seite der Faserbahn 4 gerichtet, wobei die Faserbahn 4 durch eine zylindrische Walze 13 unterstützt wurde, auf deren Oberfläche eine Vielzahl von Erhöhungen vorgesehen war, Schritt C. Danach durchlief der noch feuchte Vliesstoff eine Trocknungseinrichtung 8 und wurde dort getrocknet, Schritt D, um das Filtermaterial zu erhalten.

Ausführungsbeispiel 1

Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials wurde ein Gemisch aus Zellstofffasern aus Nadelhölzern und Lyocell^® Fasern verwendet, wobei die Fasermengen so gewählt wurden, dass das fertige Filtermaterial aus 65% Zellstofffasern und 35% Lyocell^® Fasern bestand. Das fertige Filtermaterial hatte ein Flächengewicht von 55 g/m² und eine Dicke von 330 µm.
In Schritt C des Herstellungsprozesses wurde eine Reihe von Wasserstrahlen, 12 in Fig. 1, auf die Faserbahn 4 gerichtet, während die Faserbahn 4 durch eine Walze, 13 in Fig.1, unterstützt war. Die Walze wies nebeneinander angeordnete, prismatische Erhöhungen (in Fig. 1 nicht gezeigt) mit einer quadratischen Grundfläche von 1 mm × 1 mm auf. Die Erhöhungen waren in Reihen angeordnet, wobei zwischen benachbarten Reihen und zwischen den Erhöhungen in jeder Reihe ein Abstand von 1 mm vorgesehen war.
Durch die Erhöhungen und die Wirkung der Wasserstrahlen wurden im Filtermaterial dünne Stellen aber auch Löcher erzeugt, die dem Filtermaterial insgesamt eine unregelmäßige Struktur verliehen. Die Transparenz des Filtermaterials wurde nach DIN 53147:1993-01 an mehreren zufällig ausgewählten Stellen gemessen und ein Wert von 49,1% bei einer Standardabweichung von 0,76% (absolut) wurde erhalten. Fig. 2 zeigt das Filtermaterial des Ausführungsbeispiels 1 bezeichnet mit 1, wobei die Linie 4 etwa 1 cm lang ist.

Ausführungsbeispiel 2

Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials wurde ein Gemisch aus Zellstofffasern aus Nadelhölzern und Viskosefasern verwendet, wobei die Fasermengen so gewählt wurden, dass das fertige Filtermaterial aus 80% Zellstofffasern und 20% Viskosefasern bestand. Das fertige Filtermaterial hatte ein Flächengewicht von 50 g/m² und eine Dicke von 290 µm.
In Schritt C des Herstellungsprozesses wurde eine Reihe von Wasserstrahlen, 12 in Fig. 1, auf die Faserbahn gerichtet, während das Filtermaterial durch eine Walze, 13 in Fig.1, unterstützt war. Die Walze, 13 in Fig. 1, war wie in Ausführungsbeispiel 1 gestaltet, aber der Druck der Wasserstrahlen, 12 in Fig. 1, wurde höher gewählt.
Durch die Erhöhungen und die Wirkung der Wasserstrahlen wurden im Filtermaterial dünne Stellen erzeugt, wegen des höheren Drucks wurden aber mehr Löcher erzeugt als im Filtermaterial des Ausführungsbeispiels 1. Die Transparenz des Filtermaterials wurde nach DIN 53147:1993-01 an mehreren zufällig ausgewählten Stellen gemessen und ein Wert von 55,7% bei einer Standardabweichung von 1,62% (absolut) wurde erhalten. Fig. 2 zeigt das Filtermaterial des Ausführungsbeispiels 2 bezeichnet mit 2, wobei die Linie 4 etwa 1 cm lang ist.

Ausführungsbeispiel 3

Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials wurde dasselbe Gemisch aus Fasern verwendet wie in Ausführungsbeispiel 2. Das fertige Filtermaterial hatte ein Flächengewicht von 35 g/m² und eine Dicke von 200 µm.
Abweichend vom erfindungsgemäßen Verfahren wurde auf Schritt C verzichtet und der Druck der Wasserstrahlen in Schritt B so hoch gewählt, dass in sehr unregelmäßiger Anordnung dünne Stellen und Löcher im Filtermaterial entstanden.
Die Transparenz des Filtermaterials wurde nach DIN 53147:1993-01 an mehreren zufällig ausgewählten Stellen gemessen und ein Wert von 52,3% bei einer Standardabweichung von 2,47% (absolut) wurde erhalten. Fig. 2 zeigt das Filtermaterial des Ausführungsbeispiels 3 bezeichnet mit 3, wobei die Linie 4 etwa 1 cm lang ist.

Vergleichsbeispiel A

Zur Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Filtermaterials wurde dasselbe Gemisch aus Fasern verwendet wie in Ausführungsbeispiel 1. Das Flächengewicht wurde aber besonders niedrig gewählt und betrug im fertigen Filtermaterial nur 25,8 g/m².
Das Filtermaterial wurde nach den Schritten A, B und D des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt, auf das Erzeugen einer Struktur in Schritt C wurde aber verzichtet. Die Oberfläche des Filtermaterials war augenscheinlich viel homogener als jene der Ausführungsbeispiele 1 bis 3.
Die Transparenz des nicht erfindungsgemäßen Filtermaterials wurde nach DIN 53147:1993-01 an mehreren zufällig ausgewählten Stellen gemessen und ein Wert von 38,2% bei einer Standardabweichung von 0,53% (absolut) wurde erhalten. Fig. 2 zeigt das Filtermaterial des nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiels bezeichnet mit A, wobei die Linie 4 etwa 1 cm lang ist.
Aus jedem Filtermaterial der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 und dem Vergleichsbeispiel wurden mit Papier umhüllte Filterstäbe mit einer Länge von 100 mm und einem Durchmesser von 7,85 mm gefertigt. Die Bahnbreite des Filtermaterials und die Maschineneinstellungen bei der Filterherstellung wurden dabei so gewählt, dass sich für jeden Filterstab ein ähnlicher Zugwiderstand von 440±15 mmWG ergab. Aus den Filterstäben wurden Segmente mit einer Länge von 20 mm geschnitten und daraus American Blend Zigaretten mit einer Länge von 83 mm ohne Filterventilation hergestellt. Das mittlere Gewicht der Zigaretten betrug 932,7 mg.
Die Zigaretten wurden nach dem in ISO 3308:2012 spezifizierten Verfahren abgeraucht und die Menge an nikotinfreiem Trockenkondensat pro Zigarette bestimmt. Die Filtersegmente der Zigaretten wurden entnommen und die in jedem Filtersegment enthaltene Menge an nikotinfreiem Trockenkondensat wurde ebenfalls bestimmt und daraus die Filtrationseffizienz in Prozent berechnet, wobei die Filtrationseffizienz ausdrückt, welcher Anteil des in das Filtersegment einströmenden nikotinfreien Trockenkondensats im Filter zurückgehalten wird. Die Filtrationseffizienz hängt daher neben den Eigenschaften des Filtermaterials auch von der Länge und dem Durchmesser des Filtersegments ab.
Die Härte der Filterstäbe wurde mit einem Messgerät DD60A von Borgwaldt KC gemessen. Dabei werden Filterstäbe durch einen Prüfkörper mit einer definierten Kraft für eine definierte Zeit belastet und die Verformung gemessen und als Prozentsatz bezogen auf die unverformte Lage ausgedrückt.
Der Zugwiderstand (PD) des Filterstabs, die Filtrationseffizienz (FE) für nikotinfreies Trockenkondensat und die Härte (HD) des Filtersegments sind in Tabelle 1 angegeben. Ebenso ist in Tabelle 1 die Transparenz (TR) des Filtermaterials nach DIN 53147:1993-01 angegeben. Neben den Ausführungsbeispielen 1-3 und dem Vergleichsbeispiel A sind als Vergleichsbeispiel B auch die Daten eines Filters aus Celluloseacetat angegeben. Für das Vergleichsbeispiel B kann keine Transparenz gemessen werden, weil das Filtermaterial nicht als Faserbahn vorliegt. Tabelle 1

TR PD FE HD

Bsp. % mmWG % %

1 49,1 443 67,3 78

2 55,7 445 65,0 80

3 52,3 429 62,8 77

A 38,2 438 75,3 81

B 440 54,1 84
Man erkennt aus Tabelle 1, dass bei vergleichbarem Zugwiderstand die Filtrationseffizienz der Segmente aus den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 deutlich näher an der Filtrationseffizienz eines Filters aus Celluloseacetat, Vergleichsbeispiel B, liegt als das Segment des nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiels A. Die netzartige Struktur der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 erlaubt offenbar trotz des ähnlichen Zugwiderstands einen besseren Strom des Aerosols durch das Segment, sodass weniger nikotinfreies Trockenkondensat aus dem Aerosol gefiltert wird. Man erkennt auch, dass diese Reduktion der Filtrationseffizienz mit der Erhöhung der Transparenz einhergeht, sodass die Transparenz tatsächlich ein geeigneter Parameter ist, um die Unregelmäßigkeiten des Filtermaterials zu charakterisieren und eine Verbindung zur Filtrationseffizienz herzustellen.
Die Härte der Segmente aus den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen 1 bis 3 ist etwas geringer als jene der Vergleichsbeispiele A und B. Dies ist aber von untergeordneter Bedeutung, weil ein so geringer Unterschied in der Härte auch durch die Wahl eines steiferen Umhüllungsmaterials für das Segment kompensiert werden kann.
Eine subjektive Beurteilung der Optik des am Mundende sichtbaren Filterquerschnitts der Zigaretten aus den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 mit dem Filter aus Celluloseacetat, Vergleichsbeispiel B, zeigt, dass sie sich nur wenig unterscheiden und in dieser Hinsicht jedenfalls dem Vergleichsbeispiel B deutlich ähnlicher sind als herkömmliche Papierfilter.
Es zeigt sich also, dass sich aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial Segmente fertigen lassen, deren Eigenschaften bezüglich Zugwiderstand, Filtrationseffizienz, Härte und Optik, insgesamt näher an Filtern aus Celluloseacetat liegen als Filtermaterialien aus Papier oder nicht erfindungsgemäßen wasserstrahlverfestigten Filtermaterialien. Die biologische Abbaubarkeit der erfindungsgemäßen Filtermaterialien ist aber deutlich besser als jene von Celluloseacetat.
Aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial von Ausführungsbeispiel 2 wurde ein orales Nikotinabgabeprodukt in Form eines mit aufbereitetem Tabak gefüllten Behältnisses hergestellt, wobei sich hinsichtlich des Gebrauchs keine Unterschiede zu herkömmlichen oralen Nikotinabgabeprodukten ergaben. Das Behältnis weist aber eine bessere biologische Abbaubarkeit auf als herkömmliche Behältnisse.

Claims

Filtermaterial zur Herstellung eines Nikotinabgabeprodukts, wobei das Filtermaterial wasserstrahlverfestigt ist und mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält,
wobei das Filtermaterial ein Flächengewicht von mindestens 25 g/m² und höchstens 60 g/m² aufweist, und wobei das Filtermaterial eine Struktur aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dem Filtermaterial eine Transparenz verleiht, die gemessen nach DIN 53147:1993-01 mindestens 45% und höchstens 70% beträgt.
Filtermaterial nach Anspruch 1, bei dem der Anteil an Cellulosefasern im Filtermaterial mindestens 60% und höchstens 100% und bevorzugt mindestens 70% und höchstens 95% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.
Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Cellulosefasern durch Zellstofffasern, Fasern regenerierter Cellulose oder Mischungen daraus gebildet sind, wobei die Zellstofffasern vorzugsweise aus Nadelhölzern, Laubhölzern, Hanf, Flachs, Jute, Ramie, Kenaf, Kapok, Kokosnuss, Abacä, Sisal, Bambus, Baumwolle oder Espartogras gewonnen sind, oder durch eine Mischung aus Zellstofffasern von zwei oder mehr dieser Herkünfte gebildet sind, und/oder
bei dem der Anteil an Fasern aus regenerierter Cellulose vorzugsweise mindestens 5% und höchstens 50%, bevorzugt mindestens 10% und höchstens 45% und besonders bevorzugt mindestens 15% und höchstens 40% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Flächengewicht nach ISO 536:2012 mindestens 28 g/m² und höchstens 55 g/m², bevorzugt mindestens 30 g/m² und höchstens 55 g/m² beträgt, und/oder
dessen Transparenz gemessen nach DIN 53147:1993-01 mindestens 50% und höchstens 66% beträgt, und/oder

bei dem die genannte Struktur eine Vielzahl von Löchern in dem Filtermaterial umfasst, wobei bei mindestens 90 % der Löcher eine Fläche von weniger als 10 mm² haben.
Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Dicke nach ISO 534:2011 mindestens 70 µm und höchstens 1000 µm, bevorzugt mindestens 100 µm und höchstens 800 µm und besonders bevorzugt mindestens 150 µm und höchstens 750 µm beträgt, und/oder
dessen breitenbezogene Zugfestigkeit, gemessen nach ISO 1924-2:2008, in mindestens einer Richtung mindestens 0,05 kN/m und höchstens 5 kN/m, bevorzugt mindestens 0,07 kN/m und höchstens 4 kN/m beträgt, und/oder

dessen Bruchdehnung, gemessen nach ISO 1924-2:2008, in mindestens einer Richtung mindestens 1% und höchstens 50%, bevorzugt mindestens 3% und höchstens 40% beträgt.
Segment für ein Nikotinabgabeprodukt, wobei das Nikotinabgabeprodukt ein Rauchartikel ist, umfassend ein Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Umhüllungsmaterial, welches das Filtermaterial umhüllt.
Segment nach Anspruch 6, wobei das Segment die Form eines Zylinders mit kreisförmiger Grundfläche hat, wobei die kreisförmige Grundfläche einen Durchmesser von mindestens 3 mm und höchstens 10 mm, bevorzugt von mindestens 4 mm und höchstens 9 mm und besonders bevorzugt von mindestens 5 mm und höchstens 8 mm hat, und/oder
das eine Länge von mindestens 4 mm und höchstens 40 mm, bevorzugt von mindestens 6 mm und höchstens 35 mm und besonders bevorzugt von mindestens 10 mm und höchstens 28 mm hat.
Segment nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dessen Zugwiderstand pro Länge des Segments, nach ISO 6565:2015 gemessen, mindestens 1 mmWG/mm und höchstens 12 mmWG/mm, bevorzugt mindestens 2 mmWG/mm und höchstens 10 mmWG/mm beträgt, und/oder
bei dem das Umhüllungsmaterial ein Papier oder eine Folie ist, und/oder bei dem das Umhüllungsmaterial ein Flächengewicht von mindestens 20 g/m² und höchstens 150 g/m², bevorzugt von mindestens 30 g/m² und höchstens 130 g/m² hat.
Rauchartikel, umfassend ein Segment, das ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment nach einem der Ansprüche 6 bis 8.
Rauchartikel nach Anspruch 9, bei dem das Segment nach einem der Ansprüche 6 bis 8 ein dem Mundende des Rauchartikels am nächsten gelegenes Segment des Rauchartikels ist, und/oder
bei dem der Rauchartikel eine Filterzigarette ist und das aerosolbildende Material Tabak umfasst,

und/oder in dessen bestimmungsgemäßem Gebrauch das aerosolbildende Material nur aufgeheizt, aber nicht verbrannt wird, und das aerosolbildende Material Tabak, rekonstituierten Tabak, Nikotin, Glycerol, Propylenglykol oder Mischungen von zwei oder mehr dieser Bestandteile umfasst, und/oder

bei dem das Umhüllungsmaterial des genannten Segments nach einem der Ansprüche 6 bis 8 mindestens teilweise transparent ist oder Löcher aufweist und das Filtermaterial eine Transparenz gemessen nach DIN 53147:1993-01 von mindestens 50% aufweist.
Orales Nikotinabgabeprodukt umfassend ein Behältnis, das durch ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5 gebildet wird und ein Nikotin enthaltendes Material enthält, wobei das Filtermaterial bevorzugt eine Transparenz gemessen nach DIN 53147:1993-01 von mindestens 50% und höchstens 70% aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Filtermaterials, das die Schritte A bis D umfasst:
A - Bereitstellen einer Faserbahn umfassend Cellulosefasern,

B - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch mindestens einen auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahl, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,

C - Erzeugen einer Struktur in der wasserstrahlverfestigten Faserbahn,

D - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn,

wobei die Menge der Cellulosefasern in Schritt A so gewählt ist, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt D mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und

das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt D ein Flächengewicht von mindestens 25 g/m² und höchstens 60 g/m² aufweist, und

das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt D eine Struktur aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie dem Filtermaterial eine Transparenz, gemessen nach DIN 53147:1993-01 von mindestens 45% und höchstens 70% verleiht, und

das Erzeugen einer Struktur in Schritt C erfolgt, indem mindestens ein Wasserstrahl auf die wasserstrahlverfestigte Faserbahn gerichtet wird, während die Faserbahn durch eine Oberfläche unterstützt wird, die eine Vielzahl von Erhöhungen aufweist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt A das Spinnen einer Vielzahl von Cellulosefasern umfasst, wobei die Cellulosefasern durch Filamente regenerierter Cellulose gebildet werden und wobei mindestens 90% der Masse des Filtermaterials nach dem Trocknen in Schritt D durch die Filamente regenerierter Cellulose gebildet werden und wobei bevorzugt die Filamente regenerierter Cellulose durch Lyocell^® gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt A die Schritte A1 bis A4 umfasst:
A1 - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Cellulosefasern,

A2 - Aufbringen der Suspension aus Schritt A auf ein umlaufendes Sieb,

A3 - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um eine Faserbahn zu bilden,

A4 - Überführen der Faserbahn aus Schritt A3 auf ein Stützsieb,

wobei die wässrige Suspension in Schritt A1 vorzugsweise einen Feststoffgehalt von höchstens 3,0%, bevorzugt von höchstens 1,0%, besonders bevorzugt von höchstens 0,2% und insbesondere von höchstens 0,05% hat, und/oder

bei dem das umlaufende Sieb der Schritte A2 und A3 in Laufrichtung der Faserbahn gegen die Horizontale um einen Winkel von mindestens 3° und höchstens 40°, bevorzugt um einen Winkel von mindestens 5° und höchstens 30° und besonders bevorzugt um einen Winkel von mindestens 15° und höchstens 25° aufwärts geneigt ist, und/oder ferner umfassend einen Schritt, in dem eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des umlaufenden Siebs erzeugt wird, um das Entwässern der Suspension in Schritt A3 zu unterstützen, wobei die Druckdifferenz vorzugsweise durch Vakuumkästen oder geeignet geformte Flügel erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem eine Vielzahl von Wasserstrahlen verwendet wird, um das Wasserstrahlverfestigen in Schritt B auszuführen, wobei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe quer zur Laufrichtung der Faserbahn angeordnet sind, und/oder
bei dem das Wasserstrahlverfestigen in Schritt B durch mindestens zwei auf die Faserbahn gerichtete Wasserstrahlen bewirkt wird, wobei die mindestens zwei Wasserstrahlen vorzugsweise auf verschiedene Seiten der Faserbahn wirken, und/oder bei dem die Faserbahn in Schritt C durch einen Zylinder unterstützt wird, auf dessen Oberfläche sich die Vielzahl der Erhöhungen befindet, und/oder bei dem die Fläche jeder Erhöhung, projiziert auf die Oberfläche, die die Faserbahn in Schritt C unterstützt, mindestens 0,1 mm² und höchstens 15 mm², bevorzugt mindestens 0,25 mm² und höchstens 10 mm² beträgt, und/oder

bei dem das Trocknen in Schritt D zumindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellenstrahlung bewirkt wird, und/oder bei dem das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt D ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.