EP4125451A1 - Filtermaterial für segmente für rauchartikel mit reduzierter kriechneigung - Google Patents

Filtermaterial für segmente für rauchartikel mit reduzierter kriechneigung

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EP4125451A1
EP4125451A1 EP22717538.7A EP22717538A EP4125451A1 EP 4125451 A1 EP4125451 A1 EP 4125451A1 EP 22717538 A EP22717538 A EP 22717538A EP 4125451 A1 EP4125451 A1 EP 4125451A1
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EP
European Patent Office
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filter material
segment
fibers
thickness
fibrous web
Prior art date
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Pending
Application number
EP22717538.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Volgger
Stefan Bachmann
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Delfortgroup AG
Original Assignee
Delfortgroup AG
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Filing date
Publication date
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    • D04H1/72—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged
    • D04H1/732—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of fibres the fibres being randomly arranged by fluid current, e.g. air-lay

Definitions

  • the invention relates to a filter material for a smoking article, a segment made therefrom for a smoking article and a smoking article made therefrom, the filter material having a structure which lends a segment made therefrom favorable properties with regard to the tendency to creep.
  • Smoking articles are typically rod-shaped articles consisting of at least two rod-shaped segments arranged one after the other.
  • a segment contains a material that is in the
  • the smoking article can be a filter cigarette in which a first segment contains the aerosol-forming material, in particular tobacco, and in which a further segment, which is designed as a filter, serves to filter the aerosol.
  • the aerosol is generated by burning the aerosol-forming material, and the filter primarily serves to filter the aerosol and to equip the filter cigarette with a defined draw resistance.
  • the smoking article can also be a so-called tobacco heater, in which the aerosol-forming material is only heated but not burned. This reduces the number and amount of harmful substances in the aerosol.
  • Such a smoking article also consists of at least two, but more often more, in particular four segments.
  • One segment contains the aerosol forming material, which typically comprises tobacco, reconstituted tobacco, tobacco processed by other processes, or nicotine, and glycerol or propylene glycol.
  • Other segments in the tobacco heater are used to direct the aerosol, cool the aerosol or filter the aerosol.
  • the segments are mostly encased by an encasing material. Paper is very often used as a wrapping material.
  • segment is understood to mean the segment of a smoking article that does not contain the aerosol-forming material but is used, for example, to convey, cool or filter the aerosol.
  • the object of the invention is to provide a filter material for a smoking article which allows segments to be produced therefrom which are superior to segments known from the prior art in terms of their resistance to deformation with similarly good biodegradability.
  • the filter material being hydroentangled and containing at least 50% and at most 100% cellulose fibers, each based on the mass of the filter material, the filter material having a basis weight of at least 15 g /m 2 and not more than 60 g/m 2 , the thickness of a layer of the filter material, measured according to ISO 534:2011, being at least 25 ⁇ m and not more than 400 ⁇ m, and the filter material having a tendency to creep in the direction of thickness of at most 10%, where the creep tendency is the relative decrease in the thickness of 5 layers of filter material, measured according to ISO 534:2011, within 20 s after the start of the thickness measurement.
  • the filter material is produced by hydroentanglement. This
  • Manufacturing processes give the filter material characteristic properties that distinguish it from other filter materials and in particular from paper and cannot be achieved in an identical manner by other manufacturing processes.
  • the strength of the hydroentangled filter material is achieved by the turbulence of the fibers. This creates a particularly porous structure that gives a segment made from this filter material a good balance between draw resistance and filtration efficiency.
  • such segments are often too soft, especially due to the porous structure.
  • the inventors have found that, with regard to the hardness in the perception of the consumer, it is not so important that the segment reacts to loading with only small deformations, but rather that a small but lasting load does not cause a large permanent deformation of the segment segments.
  • This is related to the use of smoking articles, in particular filter cigarettes, where the consumer pinches the cigarette in the area of the filter between his fingers and holds it in this position while gesturing with the same hand, for example, while constantly pressing on the filter area exercises In this case, the segment of the smoking article should not be deformed to any appreciable extent.
  • smoking articles for tobacco heating systems which require significantly more manipulation by the consumer than filter cigarettes due to their use in a mostly electrically operated heating device.
  • the hardness of smoking articles and smoking article segments is routinely measured by deflection under short but heavy loads. According to the discoveries of the inventors, what matters in the customer's perception is the deformation under longer but smaller loads.
  • the inventors have found that this problem can be solved by providing the hydroentangled filter material with a structure in which a larger proportion of the fibers of the filter material are oriented in the thickness direction.
  • the fibers aligned in the direction of thickness stabilize the porous structure of the filter material and allow greater resistance to deformation under sustained low loads.
  • the fibers arranged in the thickness direction can be influenced by the number and pressure of the water jets and the shape of the nozzles from which the water jets emerge.
  • the structure of the filter material obtained from this process can be characterized by the tendency to creep in the direction of thickness, which describes how much the filter material deforms under low but sustained stress.
  • the tendency to creep can be determined by measuring the thickness according to ISO 534:2011.
  • ISO 534:2011 When measuring the thickness, according to ISO 534:2011, a sample is placed on a flat surface and loaded with a defined but low force using a cylindrical stamp. The distance between the indenter face and the pad is the thickness and is determined according to ISO 534:2011 after the indenter has been placed on the specimen.
  • the tendency to creep can also be determined.
  • Five layers of the sample material are placed on the base and the thickness measurement is started in accordance with ISO 534:2011.
  • the value for the thickness of the five layers (d 0 ) displayed immediately after the start of the measurement is read and after 20 s another value for the thickness of the five layers (d 20 ) is read.
  • the creep tendency C is then the relative change in thickness over that 20 s and can be calculated by the following formula and expressed as a percentage.
  • the filter material according to the invention contains cellulose fibers.
  • the cellulose fibers are required to provide the filter material with sufficient strength so that it can be processed into a segment.
  • the proportion of cellulose fibers in the filter material is at least 50% and at most 100% of the mass of the filter material, but preferably at least 60% and at most 100% and particularly preferably at least 70% and at most 95%, in each case based on the mass of the filter material.
  • the cellulosic fibers may be wood pulp fibers or regenerated cellulosic fibers or mixtures thereof.
  • the cellulose fibers are preferably obtained from conifers, deciduous trees or other plants such as hemp, flax, jute, ramie, kenaf, kapok, coconut, abaca, sisal, bamboo, cotton or from esparto grass. Mixtures of cellulose fibers from different origins can also be used to produce the hydroentangled filter material.
  • the cellulose fibers are particularly preferably obtained from coniferous trees, because even a small proportion of such fibers give the filter material good strength.
  • the filter material according to the invention can contain fibers made from regenerated cellulose.
  • the proportion of fibers made from regenerated cellulose is preferably at least 5% and at most 50%, particularly preferably at least 10% and at most 45% and very particularly preferably at least 15% and at most 40%, in each case based on the mass of the filter material.
  • the fibers made of regenerated cellulose are preferably formed at least partially, in particular at least 70%, by viscose fibers, modal fibers, Lyocell® fibers, Tencel® fibers or mixtures thereof. These fibers have good biodegradability and can be used to optimize the strength of the filter material and adjust the filtration efficiency of the smoking article segment made from it. Due to their manufacturing process, they are less variable than pulp fibers obtained from natural sources and help to ensure that the properties of a segment made from the filter material vary less than when only pulp fibers are used. However, their production is more complex and they are usually more expensive than cellulose fibers.
  • the basis weight of the filter material is at least 15 g/m 2 and at most 60 g/m 2 , preferably at least 18 g/m 2 and at most 55 g/m 2 and particularly preferably at least 20 g/m 2 and at most 50 g/m 2 .
  • the basis weight influences the tensile strength of the filter material, with a higher basis weight generally leading to higher strength.
  • the basis weight should not be too high, because then the filter material can no longer be processed at high speed into segments for smoking articles.
  • the information relates to a basis weight measured according to ISO 536:2019.
  • the filter material has a tendency to creep in the thickness direction of at most 10%, preferably at least 0% and at most 9%, particularly preferably at least 0% and at most 8% and very particularly preferably at least 1% and at most 5%.
  • the tendency to creep should be as low as possible, but the filter material is deformed during processing into a segment of a smoking article and should not offer too much resistance to this deformation and should also retain a deformed position.
  • the preferred intervals are particularly favorable in this regard.
  • the tendency to creep in the direction of thickness is determined, as described above, based on ISO 534:2011.
  • the filter material according to the invention can contain additives such as alkyl ketene dimers (AKD), acid anhydrides such as alkenyl succinic anhydrides (ASA), polyvinyl alcohol, waxes, fatty acids, starch, starch derivatives, carboxymethyl cellulose, alginates, chitosan, wet strength agents or substances for adjusting the pH, such as contain organic or inorganic acids or bases to set specific properties.
  • additives such as alkyl ketene dimers (AKD), acid anhydrides such as alkenyl succinic anhydrides (ASA), polyvinyl alcohol, waxes, fatty acids, starch, starch derivatives, carboxymethyl cellulose, alginates, chitosan, wet strength agents or substances for adjusting the pH, such as contain organic or inorganic acids or bases to set specific properties.
  • additives such as alkyl ketene dimers (AKD), acid anhydrides such as alkenyl succinic anhydrides (ASA), poly
  • the filter material according to the invention can also contain one or more additives selected from the group consisting of citrates such as trisodium citrate or tripotassium citrate, malates, tartrates, acetates such as sodium acetate or potassium acetate, nitrates, succinates, fumarates, Gluconates, glycolates, lactates, oxylates, salicylates, a-hydroxycaprylates, phosphates, polyphosphates, chlorides and bicarbonates, and mixtures thereof.
  • citrates such as trisodium citrate or tripotassium citrate
  • malates tartrates
  • acetates such as sodium acetate or potassium acetate
  • nitrates succinates
  • fumarates Gluconates
  • glycolates lactates
  • oxylates oxylates
  • salicylates a-hydroxycaprylates
  • phosphates polyphosphates
  • chlorides and bicarbonates and mixtures thereof.
  • the filter material according to the invention can also comprise other substances which better match the filtration efficiency of the filter material to that of cellulose acetate.
  • the filter material comprises a substance selected from the group consisting of triacetin, propylene glycol, sorbitol, glycerol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyvinyl alcohol and triethyl citrate or mixtures thereof.
  • the cellulose fibers are loaded with a filler, the filler being particularly preferably formed by mineral particles and, in particular, calcium carbonate particles. Since the structure of the filter material is very porous, it cannot retain fillers, so it is beneficial to load the cellulose fibers with the fillers and thus fix them in the structure of the filter material. Fillers can be used to give the filter material special properties.
  • the thickness of a layer of the filter material measured according to ISO 534:2011, is at least 25 ⁇ m and at most 400 ⁇ m, preferably at least 30 ⁇ m and at most 350 ⁇ m and particularly preferably at least 35 ⁇ m and at most 300 ⁇ m.
  • Thickness affects the amount of filter material that can be packed into the segment of the smoking article and hence the segment's draw resistance and filtration efficiency, but also the processability of the filter material since it is often crimped or pleated to make a segment for a smoking article. Too great a thickness is unfavorable for such process steps, and thicknesses in the preferred and particularly preferred intervals allow the filter material according to the invention to be processed particularly well into a segment of a smoking article.
  • the mechanical properties of the filter material are important for processing the filter material according to the invention into a segment of a smoking article.
  • the broad-related tensile strength of the filter material is preferably at least 0.05 kN/m and at most 5 kN/m, particularly preferably at least 0.07 kN/m and at most 4 kN/m.
  • the elongation at break of the filter material is important because when the filter material according to the invention is processed into a segment of a smoking article, the filter material is often stretched or loaded in the running direction and a particularly high elongation at break is favorable.
  • the elongation at break of the filter material measured according to ISO 1924-2:2008, is therefore preferably at least 0.5% and at most 50% and particularly preferably at least 0.8% and at most 40%.
  • the elongation at break is mainly determined by the length of the fibers, with longer fibers leading to a higher elongation at break, and it can thus be adapted over a wide range to the specific requirements of the filter material.
  • Tensile strength and elongation at break can depend on the direction in which the sample was taken from the filter material for measurement. The specified characteristics of the filter material are met in each case if the tensile strength or elongation at break is in the preferred or particularly preferred ranges in at least one direction.
  • Segments for smoking articles according to the invention can be produced from the filter material according to the invention by methods known from the prior art. These methods include, for example, crimping or folding the filter material, forming an endless strand from the crimped or folded filter material, wrapping the endless strand with a wrapping material, and cutting the wrapped strand into individual rods of a defined length. In many cases the length of such a rod is an integer multiple of the length of the segment then to be used in the smoking article of the invention and therefore the rods are cut into segments of the desired length before or during manufacture of the smoking article.
  • the invention thus relates in a further aspect to a segment for a smoking article, comprising a filter material and a wrapping material, wherein the filter material contains at least 50% and at most ioo% cellulose fibers, based on the mass of the filter material, the filter material has a weight per unit area of at least 15 g/m 2 and at most 60 g/m 2 , the thickness of a layer of the filter material, measured according to ISO 534:2011, being at least 25 ⁇ m and at most 400 ⁇ m, and the filter material having a tendency to creep in the direction of thickness of at most 10%, the tendency to creep being the relative decrease in the thickness of 5 layers of filter material, measured according to ISO 534:2011, within 20 s after the start of the thickness measurement.
  • the tendency to creep can also be determined using the method described above on filter material that has been taken from one or more segments of the same type, provided that the area and shape of the spread out filter material is at least sufficient to cover the entire area of the stamp when measuring the thickness according to ISO 534:2011 to cover.
  • the segment for smoking articles according to the invention comprises the filter material according to the invention and a wrapping material.
  • the segment is cylindrical with a diameter of at least 3 mm and at most 10 mm, particularly preferably at least 4 mm and at most 9 mm and most preferably at least 5 mm and at most 8 mm. These diameters are favorable for the use of the segments according to the invention in smoking articles.
  • the segment has a length of at least 4 mm and at most 40 mm, particularly preferably at least 6 mm and at most 35 mm and very particularly preferably at least 10 mm and at most 28 mm.
  • the draw resistance of the segment determines, among other things, what pressure difference the consumer must apply when using the smoking article in order to generate a certain volume flow through the smoking article, and it therefore has a significant influence on the consumer's acceptance of the smoking article.
  • the draw resistance of the segment can be measured according to ISO 6565:2015 and is given in mm water column (mmWG).
  • mmWG mm water column
  • the tensile resistance of the segment is proportional to the length of the segment, so that the tensile resistance can also be measured on rods that differ from the segment only in length. From this, the drag resistance of the segment can be easily calculated.
  • the tensile resistance of the segment per length of the segment is preferably at least 1 mmWG/mm and at most 12 mmWG/mm and particularly preferably at least 2 mmWG/mm and at most 10 mmWG/mm.
  • the covering material of the segment according to the invention is preferably paper or foil.
  • the wrapping material of the segment according to the invention preferably has a basis weight according to ISO 536:2019 of at least 20 g/m 2 and at most 150 g/m 2 , particularly preferably at least 30 g/m 2 and at most 130 g/m 2 .
  • a covering material with this preferred or particularly preferred weight per unit area gives the segment according to the invention covered therewith a particularly advantageous hardness and favorably supports the low creep tendency of the filter material according to the invention.
  • Smoking articles according to the invention can be produced from the segment according to the invention by methods known in the art.
  • the smoking article of the invention comprises a segment containing an aerosol forming material and a segment comprising the filter material of the invention and a wrapper material.
  • the segment of the smoking article nearest the mouth end is a segment of the present invention.
  • the smoking article is a filter cigarette and the aerosol forming material comprises tobacco.
  • the smoking article is a smoking article in the intended use of which the aerosol-forming material is only heated but not burned and the aerosol-forming material comprises a material selected from the group consisting of tobacco, reconstituted tobacco, nicotine, glycerol, propylene glycol or mixtures thereof.
  • the aerosol-forming material can also be in liquid form and can be located in a suitable container in the smoking article.
  • the filter material according to the invention can be produced according to the following method according to the invention, which comprises steps A to C.
  • step B the number of water jets, the pressure of the water jets or the shape of the openings from which the water jets emerge are selected such that the filter material has a tendency to creep in the thickness direction of at most 10% after drying in step C, where the tendency to creep is the relative reduction in the thickness of 5 layers of filter material, measured according to ISO 534:2011, within 20 s after the start of the thickness measurement, and the filter material after drying in step C has a basis weight of at least 15 g/m 2 and at most 60 g/m 2 and the thickness of a layer of the filter material, measured according to ISO 534:2011, is at least 25 ⁇ m and at most 400 ⁇ m >
  • the water jets directed at the fibrous web in step B cause the cellulose fibers to swirl, with some of the fiber
  • the “pressure of the water jet” to mean the pressure that is used to generate the water jet, for example in a pressure chamber.
  • the proportion of fibers arranged in the thickness direction can be increased and thus the tendency of the filter material to creep can be reduced by selecting a large number of water jets and setting a relatively high pressure in the first one to three rows of water jets in the machine direction.
  • at least some of the nozzles from which the water jets emerge in step B are designed as round bores in a jet strip, with the diameter of the bores being different on the two sides of the jet strip.
  • the diameter of the bores in the nozzle strip facing the filter material is greater than the diameter of the bores facing away from the filter material and at most twice as large as the diameter of the bores facing away from the filter material.
  • the filter material made by this method is said to be suitable for use in segments for smoking articles. This means that it can in particular have all the features, individually or in combination, which have been described above in connection with the filter material and are defined in the claims directed to the filter material.
  • providing a fibrous web in step A comprises spinning a plurality of cellulose fibers, the cellulose fibers being formed by filaments of regenerated cellulose and at least 90% of the mass of the filter material after drying in step C the filaments of regenerated cellulose are formed.
  • the filaments are regenerated cellulose Lyocell® filaments.
  • the provision of a fibrous web in step A comprises the following steps Ai to A4.
  • the aqueous suspension in step Ai has a solids content of at most 3.0%, particularly preferably at most 1.0%, very particularly preferably at most 0.2% and in particular at most 0.05%.
  • the particularly low solids content of the suspension makes it possible to form a fibrous web with low density in step A3, which has a favorable effect on the filtration efficiency of a segment made from it.
  • the circulating screen of steps A2 and A3 is inclined upwards at an angle of at least 3 ° and at most 40° to the horizontal in the running direction of the fibrous web, particularly preferably by one
  • the method comprises a step in which a pressure difference is generated between the two sides of the rotating screen in order to support the dewatering of the suspension in step A3, with vacuum boxes or suitably shaped vanes particularly preferably generating the pressure difference.
  • a plurality of water jets are used to carry out the hydroentanglement in step B, where the water jets are arranged in at least one row transverse to the direction of travel of the fibrous web.
  • the hydroentanglement in step B is effected by at least four rows of water jets directed onto the fibrous web, with at least two rows of water jets particularly preferably acting on each of the two sides of the fibrous web.
  • the method comprises a further step in which one or more additives are applied to the fibrous web.
  • the additives are preferably selected from the group consisting of alkyl ketene dimers (AKD), acid anhydrides such as alkenylsuccinic anhydrides (ASA), polyvinyl alcohol, waxes, fatty acids, starch, starch derivatives, carboxymethylcellulose, alginates, chitosan, wet strength agents or substances for adjusting the pH -Werts, such as organic or inorganic acids or bases and mixtures thereof.
  • alkyl ketene dimers such as alkenylsuccinic anhydrides (ASA)
  • ASA alkenylsuccinic anhydrides
  • polyvinyl alcohol waxes
  • fatty acids starch, starch derivatives, carboxymethylcellulose, alginates, chitosan
  • wet strength agents or substances for adjusting the pH -Werts such as organic or inorganic acids or bases and mixtures thereof.
  • one or more additives can also be applied, which are selected from the group consisting of citrates such as trisodium citrate or tripotassium citrate, malates, tartrates, acetates such as sodium acetate or potassium acetate, nitrates, succinates, fumarates, gluconates, glycolates, lactates, oxylates, salicylates, ⁇ -hydroxycaprylates, phosphates, polyphosphates, chlorides and bicarbonates, and mixtures thereof.
  • citrates such as trisodium citrate or tripotassium citrate
  • malates tartrates
  • acetates such as sodium acetate or potassium acetate
  • succinates fumarates
  • gluconates glycolates
  • glycolates lactates
  • oxylates salicylates
  • ⁇ -hydroxycaprylates phosphates, polyphosphates, chlorides and bicarbonates, and mixtures thereof.
  • the application of the one additive or additives takes place between steps B and C of the method according to the invention.
  • the one additive or the additives are applied after step C, followed by a further step of drying the fibrous web.
  • the drying in step C is effected at least partially by contact with hot air, by infrared radiation or by microwave radiation. Drying by direct contact with a heated surface is also possible, but less preferred because the thickness of the water jet-compacted filter material can decrease.
  • FIG. 1 shows a device by means of which the method according to the invention for producing the filter material according to the invention can be carried out.
  • the device shown in FIG. 1 was used to produce the filter material.
  • a suspension 1 of pulp fibers and regenerated cellulose fibers was provided in a reservoir 2, step Ai, and pumped from there onto a revolving screen 3 inclined upwards to the horizontal, step A2, and dewatered through vacuum boxes 9, step A3, so that a fibrous web 4 formed on the screen, the general direction of movement of which is indicated by the arrow 10 .
  • the fibrous web 4 was removed from the wire 3 and transferred to a supporting wire 5, which is also rotating, step A4.
  • Vorrich lines 6 in several rows transverse to the direction of the fibrous web 4 arranged water rays 11 directed to the fibrous web 4 to swirl the fibers and the fibrous web 4 to to solidify a nonwoven fabric, step B.
  • step B water jets 12 were directed to the other side of the fibrous web 4 by additional devices 7 .
  • the nonwoven fabric which was still moist, then passed through a drying device 8 and was dried there, step C, in order to obtain the filter material.
  • a mixture of cellulose fibers from coniferous wood and Lyocell® fibers was used to produce the hydroentangled filter material, with the fiber quantities chosen so that the finished filter material consisted of 80% cellulose fibers and 20% Lyocell® fibers.
  • the finished filter material had a basis weight of 25 g/m 2 according to ISO 536:2019.
  • step B of the manufacturing process first three rows of water jets, 11 in Fig. 1, were directed at the first side of the fibrous web 4 and then two rows of water jets, 12 in Fig. 1, were directed at the second side of the fibrous web.
  • the pressure of the water jets in the first three rows was varied between about 3 MPa and about 8 MPa in three stages (low, medium, high) in order to obtain different filter materials A, B and C according to the invention.
  • the tendency to creep in the thickness direction of these filter materials was determined based on ISO 534:2011. 5 layers of each filter material were laid on top of each other and the thickness measurement according to ISO 534:2011 was started. The first value obtained for the thickness of the five layers (d 0 ) was taken and another value for the thickness of the five layers (d 20 ) was read 20 s after the first value. From this, the creep tendency C in the thickness direction was determined according to the following formula.
  • the thickness d of a single layer was determined from an average of 10 measurements. The results are given in Table 3, where d is the thickness of a single layer, d 0 is the thickness of the five layers at the start of the measurement, d 20 is the thickness of the five layers 20 seconds after the start of the measurement, and C is the creep tendency.
  • step B only one row of water jets and a lower pressure than in comparative example C were selected, while the basis weight was kept unchanged at 25 g/m 2 would.
  • the cigarettes were smoked according to the method specified in ISO 3308:2012 and the amount of nicotine-free dry condensate per cigarette was determined.
  • the filter segments of the cigarettes were removed and the amount of nicotine-free dry condensate contained in each filter segment was also determined and from this the filtration efficiency was calculated as a percentage, with the filtration efficiency expressing the proportion of the nicotine-free dry condensate flowing into the filter segment that is retained in the filter.
  • the filtration efficiency therefore depends not only on the properties of the filter material but also on the length and diameter of the filter segment.
  • the hardness of the filter rods was measured with a Borgwaldt KC DD60A gauge. Filter rods are loaded by a test body with a defined force and the deformation is measured and expressed as a percentage of the undeformed position.
  • the draw resistance (PD) of the filter rod, the filtration efficiency (FE) for nicotine-free dry condensate and the hardness (HD) of the filter segments are given in Table 3 for exemplary embodiments A to C and comparative example Z according to the invention.
  • the filter material according to the invention can be used to produce segments whose properties in terms of draw resistance, filtration efficiency and hardness correspond to conventional segments, but which also have other advantages in terms of the tendency to creep and are therefore closer to segments made of cellulose acetate than, for example, filter materials made of Paper.
  • the filter materials according to the invention and segments made from them are additionally superior to conventional segments made from cellulose acetate.

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Abstract

Gezeigt wird ein Filtermaterial zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel, 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 15 g/m² und höchstens 60 g/m² aufweist, wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 µm und höchstens 400 µm beträgt, und wobei das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist.

Description

FILTERMATERIAL FÜR SEGMENTE FÜR RAUCHARTIKEL MIT REDUZIERTER KRIECHNEIGUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial für einen Rauchartikel, ein daraus gefertigtes Segment für einen Rauchartikel und einen daraus gefertigten Rauchartikel, wobei das Filtermaterial eine Struktur aufweist, die einem daraus gefertigten Segment günstige Eigenschaften hinsicht- lieh der Kriechneigung verleiht.
HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK
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 bei der ein weiteres Segment, das als Filter ausgeführt ist, der Filtration des Aerosols dient. Das Aerosol wird dabei durch Verbrennen des aerosolbildenden Materials erzeugt, und der Filter dient primär dazu, das Ae rosol zu ültern 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 der artiger Rauchartikel besteht ebenfalls aus mindestens zwei, häufiger aber aus mehr, insbeson dere aus vier Segmenten. Ein Segment enthält das aerosolbildende Material, das typischer- weise Tabak, rekonstituierten Tabak, nach anderen Verfahren aufbereiteten Tabak oder Niko tin und Glycerol oder Propylenglykol umfasst. Weitere, teilweise optionale Segmente im Taba kerhitzer 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 Polylac- tiden 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 be- kannt, Segmente für Rauchartikel, insbesondere Filtersegmente, aus Papier herzustellen. Der artige 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 Kombi nation 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.
Es besteht daher ein Interesse in der Industrie, ein Filtermaterial zur Verfügung zu haben, das es erlaubt, Segmente für Rauchartikel zu fertigen, die einen günstigen Widerstand gegen Ver formung aufweisen, ohne dass bei Filtrationseffizienz, Zugwiderstand oder biologischer Ab baubarkeit besondere Nachteile entstehen.
In der nicht vorveröffentlichten internationalen Patentanmeldung PCT/EP2019/085125 der selben Erfinder ist ein wasserstrahlverfestigtes Filtermaterial beschrieben, das als Ausgangs punkt für das erfindungsgemäße Filtermaterial dienen kann. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial für einen Rauchartikel zur Ver fügung zu stellen, das es erlaubt, daraus Segmente zu fertigen, die bezüglich ihres Widerstand gegen Verformung bei ähnlich guter biologischer Abbaubarkeit aus dem Stand der Technik bekannten Segmenten überlegen sind.
Diese Aufgabe wird durch ein Filtermaterial nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials nach Anspruch 27, ein Segment eines Rauchartikels nach Anspruch 16, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Segments nach Anspruch 22 und einen Rauchartikel nach Anspruch 23 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfinder haben gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Filtermaterial gelöst werden kann, wobei das Filtermaterial wasserstrahlverfestigt ist und mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, wobei das Filter material ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist, wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 pm und höchstens 400 pm beträgt, und wobei das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist. 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 identi sche Weise durch andere Herstellungsverfahren erreicht werden können. Anders als beispiels weise bei Papier, bei dem die Festigkeit vornehmlich durch Wasserstoffbrückenbindungen be- wirkt 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 er reicht. Dadurch entsteht eine besonders poröse Struktur, die einem aus diesem Filtermaterial gefertigten Segment ein gutes Verhältnis von Zugwiderstand und Filtrationseffizienz verleiht. Besonders durch die poröse Struktur sind solche Segmente aber oft zu weich.
Die Erfinder haben gefunden, dass es bezüglich der Härte in der Wahrnehmung des Konsu menten nicht so sehr darauf ankommt, dass das Segment auf Belastung nur mit kleinen Ver formungen reagiert, sondern mehr darauf, dass eine geringe, aber andauernde Belastung keine große bleibende Verformung des Segments bewirkt. Dies hängt mit dem Gebrauch von Rauch- artikeln zusammen, insbesondere von Filterzigaretten, bei denen der Konsument die Zigarette im Bereich des Filters zwischen den Fingern einklemmt und in dieser Lage behält, während er beispielsweise mit derselben Hand gestikuliert und dabei dauernden Druck auf den Filterbe reich ausübt. In diesem Fall soll sich das Segment des Rauchartikels nicht nennenswert blei bend verformen. Dasselbe gilt auch für Rauchartikel für Tabakerhitzungssysteme, die durch die Verwendung in einem zumeist elektrisch betriebenen Heizgerät wesentlich mehr Manipu lation durch den Konsumenten erfordern als Filterzigaretten. Die Härte von Rauchartikeln und Segmenten von Rauchartikeln wird routinemäßig anhand der Verformung bei kurzer aber hoher Belastung gemessen. Nach den Erkenntnissen der Er finder kommt es in der Wahrnehmung des Kunden aber vielmehr auf die Verformung bei län ger andauernder aber kleiner Belastung an.
Gerade bei der Verwendung von wasserstrahlverfestigten Filtermaterialien tritt dieses Prob lem häufiger auf, weil die günstige poröse Struktur des Filtermaterials wenig Widerstand ge gen bleibende Verformungen bietet und sich insbesondere mehrere Lagen des Filtermaterials, wie sie typischerweise in einem Segment eines Rauchartikels durch das Crimpen oder Falten des Filtermaterials vorhanden sind, leicht zusammendrücken und bleibend verformen lassen.
Die Erfinder haben gefunden, dass sich dieses Problem lösen lässt, indem das wasserstrahl verfestigte Filtermaterial mit einer Struktur ausgestattet wird, in der ein größerer Anteil der Fasern des Filtermaterials in Dickenrichtung ausgerichtet ist. Die in Dickenrichtung ausge richteten Fasern stabilisieren dabei die poröse Struktur des Filtermaterials und erlauben einen höheren Widerstand gegen Verformung bei andauernder kleiner Belastung. Der Anteil der in
Dickenrichtung angeordneten Fasern kann dabei durch die Anzahl und den Druck der Was serstrahlen und die Form der Düsen, aus denen die Wasserstrahlen austreten, beeinflusst wer den. Die aus diesem Verfahren erhaltene Struktur des Filtermaterials lässt sich nach den Erkennt nissen der Erfinder durch die Kriechneigung in Dickenrichtung charakterisieren, die be schreibt, wie stark sich das Filtermaterial bei geringer aber andauernder Belastung verformt. Die Kriechneigung lässt sich aus der Messung der Dicke gemäß ISO 534:2011 bestimmen. Bei der Messung der Dicke, gemäß ISO 534:2011, wird eine Probe auf eine ebene Unterlage gelegt und durch einen zylindrischen Stempel mit einer definierten, aber geringen Kraft belastet. Der Abstand zwischen der Stempelfläche und der Unterlage ist die Dicke und wird gemäß ISO 534:2011 bestimmt, nachdem der Stempel auf die Probe aufgesetzt hat.
In einer geringfügigen Abwandlung dieses standardisierten Messverfahrens kann auch die Kriechneigung bestimmt werden. Dabei werden fünf Lagen des Probenmaterials auf die Un terlage gelegt und die Dickenmessung gemäß ISO 534:2011 gestartet. Der direkt nach dem Start der Messung angezeigte Wert für die Dicke der fünf Lagen (d0) wird abgelesen und nach 20 s wird ein weiterer Wert für die Dicke der fünf Lagen (d20) abgelesen. Die Kriechneigung C ist dann die relative Änderung der Dicke innerhalb dieser 20 s und kann durch die folgende Formel berechnet und als Prozentsatz ausgedrückt werden.
C = 100 Experimente an Rauchartikeln haben gezeigt, dass eine Kriechneigung von weniger als io% bereits Vorteile in der Wahrnehmung des Konsumenten bietet. Übliche wasserstrahlverfes tigte Filtermaterialien hingegen weisen eine Kriechneigung von typischerweise etwa 15% auf. Erfindungsgemäß wird daher das wasserstrahlverfestigte Filtermaterial so hergestellt, dass die Kriechneigung in Dickenrichtung höchstens 10% beträgt.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial enthält Cellulosefasern. Nach den Erkenntnissen der Er finder 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 Mischun gen daraus sein.
Die Zellstofffasern sind bevorzugt aus Nadelhölzern, Laubhölzern oder anderen Pflanzen wie Hanf, Flachs, Jute, Ramie, Kenaf, Kapok, Kokosnuss, Abaca, Sisal, Bambus, Baumwolle oder aus Espartogras gewonnen. Auch Mischungen aus Zellstofffasern verschiedener Herkunft kön nen für die Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials eingesetzt werden. Beson ders 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. Be vorzugt 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 zumindest teilweise, insbesondere zu mindest 70 % durch Viskosefasern, Modalfasern, Lyocell® Fasern, Tencel® Fasern oder Mi schungen daraus gebildet. Diese Fasern besitzen eine gute biologische Abbaubarkeit und kön nen dazu eingesetzt werden, die Festigkeit des Filtermaterials zu optimieren und die Filtrati onseffizienz des daraus gefertigten Segments für den Rauchartikel anzupassen. Aufgrund ihres Herstellungsverfahrens sind sie weniger variabel als die aus natürlichen Quellen gewonnenen Zellstofffasern und tragen dazu bei, dass die Eigenschaften eines aus dem Filtermaterial gefer tigten Segments weniger variieren, als wenn ausschließlich Zellstofffasern verwendet werden. Ihre Herstellung ist aber aufwändiger und sie sind üblicherweise auch teurer als Zellstofffa sern.
Das Flächengewicht des Filtermaterials beträgt erfindungsgemäß mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2, bevorzugt mindestens 18 g/m2 und höchstens 55 g/m2 und besonders bevorzugt mindestens 20 g/m2 und höchstens 50 g/m2. Das Flächengewicht beeinflusst die Zugfestigkeit des Filtermaterials, wobei ein höheres Flächengewicht generell zu höherer Fes tigkeit führt. Das Flächengewicht soll aber nicht zu hoch sein, weil dann das Filtermaterial nicht mehr mit hoher Geschwindigkeit zu Segmenten für Rauchartikeln verarbeitet werden kann. Die Angaben beziehen sich auf ein Flächengewicht, das nach ISO 536:2019 gemessen wird.
Erfindungsgemäß weist das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchs tens 10%, bevorzugt von mindestens 0% und höchstens 9%, besonders bevorzugt von mindes- tens 0% und höchstens 8% und ganz besonders bevorzugt von mindestens 1% und höchstens 5% auf. Im Allgemeinen soll die Kriechneigung möglichst gering sein, allerdings wird das Fil termaterial bei der Verarbeitung zu einem Segment eines Rauchartikels verformt und soll die ser Verformung nicht zu großen Widerstand entgegensetzen und eine verformte Lage auch beibehalten. Die bevorzugten Intervalle sind in dieser Hinsicht besonders günstig. Die Kriechneigung in Dickenrichtung wird dabei, wie oben beschrieben, in Anlehnung an ISO 534:2011 bestimmt.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann Zusatzstoffe, wie Alkylketendimere (AKD), Säure anhydride, wie Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA), Polyvinylalkohol, Wachse, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivate, Carboxymethylcellulose, Alginate, Chitosan, Nassfestmittel oder Sub stanzen zur Einstellung des pH-Werts, wie beispielsweise organische oder anorganische Säu ren oder Laugen zur Einstellung spezifischer Eigenschaften enthalten. Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann alternativ oder zusätzlich auch einen oder mehrere Zusatzstoffe enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, wie Trinatriumzitrat oder Trikali- umzitrat, Malaten, Tartraten, Acetaten, wie Natriumacetat oder Kaliumacetat, Nitraten, Suc- cinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, a-Hydro- xycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, und Mi schungen 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 Filterma terial eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Triacetin, Propylenglykol, Sor- bitol, Glycerol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyvinylalkohol und Tri-Ethlyzitrat o- der Mischungen daraus.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Filtermaterials ist mindestens ein Teil der Cellulo sefasern mit einem Füllstoff beladen, wobei der Füllstoff besonders bevorzugt durch minerali- sehe Partikel und insbesondere Calciumcarbonatpartikel gebildet ist. Da die Struktur des Fil termaterials sehr porös ist, kann sie Füllstoffe nicht festhalten, sodass es günstig ist, die Cellu losefasern mit den Füllstoffen zu beladen und sie so in der Struktur des Filtermaterials zu fi xieren. Füllstoffe können dazu dienen dem Filtermaterial spezielle Eigenschaften zu verleihen. Die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, beträgt mindestens 25 pm und höchstens 400 pm, bevorzugt mindestens 30 pm und höchstens 350 pm und beson ders bevorzugt mindestens 35 pm und höchstens 300 pm. Die Dicke beeinflusst die Menge an Filtermaterial, die in das Segment des Rauchartikels gepackt werden kann und damit Zugwi derstand und Filtrationseffizienz des Segments, aber auch die Verarbeitbarkeit des Filterma- terials, 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 bevorzug ten 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 erfindungs gemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels von Bedeutung. Die breiten bezogene Zugfestigkeit des Filtermaterials, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt bevor zugt 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 erfin dungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels 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 0,5% und höchstens 50% und besonders bevorzugt mindestens 0,8% und höchstens 40%. Die Bruchdehnung wird vor allem durch die Länge der Fasern be stimmt, wobei längere Fasern zu höherer Bruchdehnung führen, und sie kann so in einem wei ten Bereich an die spezifischen Anforderungen des Filtermaterials angepasst werden. Zugfestigkeit und Bruchdehnung können von der Richtung abhängen, in der die Probe für die Messung aus dem Filtermaterial entnommen wurde. Die genannten Merkmale des Filterma terials sind jeweils erfüllt, wenn Zugfestigkeit oder Bruchdehnung in mindestens einer Rich- tung in den bevorzugten oder besonders bevorzugten Intervallen liegt.
Aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial können nach aus dem Stand der Technik bekann ten Verfahren erfindungsgemäße Segmente für Rauchartikel hergestellt werden. Diese Verfah ren umfassen beispielsweise das Crimpen oder Falten des Filtermaterials, das Formen eines endlosen Strangs aus dem gecrimpten oder gefalteten Filtermaterial, das Umhüllen des endlo sen Strangs durch ein Umhüllungsmaterial und das Schneiden des umhüllten Strangs in ein zelne Stäbe definierter Länge. In vielen Fällen beträgt die Länge eines solchen Stabs ein ganz zahliges Vielfaches der Länge des Segments, das dann im erfindungsgemäßen Rauchartikel verwendet werden soll, und deshalb werden die Stäbe vor oder während der Herstellung des Rauchartikels in Segmente der gewünschten Länge geschnitten.
Die Erfindung betrifft somit in einem weiteren Aspekt ein Segment für einen Rauchartikel, umfassend ein Filtermaterial und ein Umhüllungsmaterial, wobei das Filtermaterial mindes tens 50% und höchstens ioo% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermate- rials, enthält, wobei das Filtermaterial ein Flächengewicht von mindestens 15 g/ m2 und höchs tens 60 g/m2 aufweist, wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 pm und höchstens 400 pm beträgt, und wobei das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist.
Die Kriechneigung kann nach dem oben beschriebenen Verfahren auch an Filtermaterial be stimmt werden, das aus einem oder mehreren gleichartigen Segmenten entnommen ist, sofern die Fläche und Form des ausgebreiteten Filtermaterials zumindest ausreichend ist, um die ge- samte Fläche des Stempels bei der Dickenmessung gemäß ISO 534:2011 zu überdecken.
Das erfindungsgemäße Segment für Rauchartikel umfasst das erfindungsgemäße Filtermate rial und ein Umhüllungsmaterial. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Segments ist das Segment zy lindrisch mit einem Durchmesser von mindestens 3 mm und höchstens 10 mm, besonders be- vorzugt von mindestens 4 mm und höchstens 9 mm und ganz besonders bevorzugt von min destens 5 mm und höchstens 8 mm. Diese Durchmesser sind für die Verwendung der erfin dungsgemäßen 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 höchs tens 28 mm.
Der Zugwiderstand des Segments bestimmt unter anderem, welche Druckdifferenz der Kon sument beim Gebrauch des Rauchartikels aufbringen muss, um einen bestimmten Volumen strom durch den Rauchartikel zu erzeugen, und er beeinflusst daher wesentlich die Akzeptanz des Rauchartikels beim Konsumenten. 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 gemäß ISO 536:2019 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 be vorzugten oder besonders bevorzugten Flächengewicht verleiht dem damit umhüllten, erfin dungsgemäßen Segment eine besonders vorteilhafte Härte und unterstützt in günstiger Weise die geringe Kriechneigung des erfindungsgemäßen Filtermaterials.
Aus dem erfindungsgemäßen Segment können nach den im Stand der Technik bekannten Ver fahren erfindungsgemäße Rauchartikel hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Rauchartikel umfasst ein Segment, das ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment, das das erfindungsgemäße Filtermaterial und ein Umhüllungsma terial 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 aero solbildende Material umfasst Tabak.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rauchartikel ein Rauchartikel, in dessen be stimmungsgemäßem Gebrauch das aerosolbildende Material nur aufgeheizt, aber nicht ver brannt wird und das aerosolbildende Material umfasst ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tabak, rekonstituiertem Tabak, Nikotin, Glycerol, Propylenglykol oder Mi schungen daraus. Das aerosolbildende Material kann dabei auch in flüssiger Form vorliegen und sich in einem geeigneten Behältnis im Rauchartikel befinden.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann nach dem folgenden erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellt werden, das die Schritte A bis C umfasst.
A - Bereitstellen einer Faserbahn umfassend Cellulosefasern,
B - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch auf die Faserbahn gerichtete Wasserstrah len, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,
C - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn, wobei in Schritt A die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern so gewählt ist, dass das Fil termaterial nach dem Trocknen in Schritt C mindestens 50% und höchstens 100% Cellulose fasern bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt B die Anzahl der Wasserstrahlen, der Druck der Wasserstrahlen oder die Form der Öffnungen, aus denen die Wasserstrahlen austreten, so gewählt sind, dass das Filtermate rial nach dem Trocknen in Schritt C eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filterma terials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist, und das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist und die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 pm und höchstens 400 pm beträgt. Die in Schritt B auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahlen bewirken eine Verwirbelung der Cellulosefasern, wobei ein Teil der Fasern in Dickenrichtung angeordnet wird und so zur Re duktion der Kriechneigung beiträgt. Unter dem „Druck des Wasserstrahls“ versteht dabei der Fachmann jenen Druck, der zur Erzeugung des Wasserstrahls, beispielsweise in einer Druck- kammer, aufgewendet wird. Generell kann der Anteil der in Dickenrichtung angeordneten Fa sern erhöht und somit die Kriechneigung des Filtermaterials reduziert werden, indem eine hohe Anzahl an Wasserstrahlen gewählt wird und bei den in Maschinenrichtung ersten ein bis drei Reihen der Wasserstrahlen ein verhältnismäßig hoher Druck eingestellt wird. In einer be sonders bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Düsen, aus denen die Was- serstrahlen in Schritt B austreten, als runde Bohrungen in einem Düsenstreifen ausgeführt, wobei der Durchmesser der Bohrungen auf den beiden Seiten des Düsenstreifens verschieden ist. In dieser Ausführungsform ist der dem Filtermaterial zugewandte Durchmesser der Boh rungen im Düsenstreifen größer als der dem Filtermaterial abgewandte Durchmesser der Boh rungen und höchstens doppelt so groß wie der dem Filtermaterial abgewandte Durchmesser der Bohrungen. Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist diese Düsenform besonders gut ge eignet, weil damit ein scharfer Wasserstrahl erzeugt wird, der in Verbindung mit dem höheren Druck stärker dazu beiträgt, die Fasern in Dickenrichtung auszurichten.
Das nach diesem Verfahren hergestellte Filtermaterial soll zur Verwendung in Segmenten für Rauchartikel geeignet sein. Dies bedeutet, dass es insbesondere sämtliche Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen kann, die oben im Zusammenhang mit dem Filtermaterial be schrieben wurden und in den auf das Filtermaterial gerichteten Ansprüchen definiert sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Be- reitstellen einer Faserbahn in Schritt A das Spinnen einer Vielzahl von Cellulosefasern, wobei die Cellulosefasern durch Filamente regenerierter Cellulose gebildet werden und wobei min destens 90% der Masse des Filtermaterials nach dem Trocknen in Schritt C durch die Fila mente regenerierter Cellulose gebildet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungs form dieses Verfahrens sind die Filamente regenerierter Cellulose Lyocell® Filamente.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen einer Faserbahn in Schritt A die folgenden Schritte Ai bis A4.
Ai - 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 Ai einen Feststoffgehalt von höchstens 3,0%, besonders bevorzugt höchstens i,o%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,2% und insbesondere höchstens 0,05%. Der besonders geringe Feststoffgehalt der Suspension erlaubt es, in Schritt A3 eine Fa- serbahn 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 30 und höchstens 40° aufwärts geneigt, besonders bevorzugt um einen
Winkel von mindestens 50 und höchstens 30° und ganz besonders bevorzugt um einen Winkel von mindestens 150 und höchstens 250.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des umlaufenden Siebs erzeugt wird, um das Ent wässern der Suspension in Schritt A3 zu unterstützen, wobei besonders bevorzugt Vakuum kästen 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, wo bei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe quer zur Laufrichtung der Faserbahn ange ordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wasser- strahlverfestigen in Schritt B durch mindestens vier Reihen von auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahlen bewirkt, wobei besonders bevorzugt auf jede der beiden Seiten der Faserbahn mindestens zwei Reihen der Wasserstrahlen wirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Ver- fahren einen weiteren Schritt, in dem ein oder mehrere Zusatzstoffe auf die Faserbahn aufge tragen werden. Die Zusatzstoffe sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al- kylketendimeren (AKD), Säureanhydriden, wie Alkenylbernsteinsäureanhydriden (ASA), Po lyvinylalkohol, Wachsen, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivaten, Carboxymethylcellulose, Algi naten, Chitosan, Nassfestmitteln oder Substanzen zur Einstellung des pH-Werts, wie beispiels- weise organischen oder anorganischen Säuren oder Laugen und Mischungen daraus. Alterna tiv oder zusätzlich können auch ein oder mehrere Zusatzstoffe aufgetragen werden, die ausge wählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, wie Trinatriumzitrat oder Trikaliumzitrat, Malaten, Tartraten, Acetaten, wie Natriumacetat oder Kaliumacetat, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, a-Hydroxycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, und Mischungen daraus.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufträ gen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe zwischen den Schritten B und C des erfin dungsgemäßen Verfahrens. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens erfolgt das Aufträgen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe nach dem Schritt C gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trocknen in Schritt C zumindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellenstrahlung bewirkt. Eine Trocknung durch direkten Kontakt mit einer be heizten Oberfläche ist ebenfalls möglich, aber weniger bevorzugt, weil dabei die Dicke des was serstrahlverfestigten Filtermaterials abnehmen kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUR
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung mittels der das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstel lung des erfindungsgemäßen Filtermaterials durchgeführt werden kann.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN UND EINES VERGLEICHSBEISPIELS
Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen des Filtermaterials, des Verfah rens zur Herstellung des Filtermaterials, des Segments für Rauchartikel und des Rauchartikels beschrieben. Ferner wird ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel 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 Ai, und von dort auf ein umlaufendes, gegen die Hori zontale 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 Bewegungsrich tung 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 Vorrich tungen 6 in mehreren Reihen quer zur Laufrichtung der Faserbahn 4 angeordnete Wasser strahlen 11 auf die Faserbahn 4 gerichtet, um die Fasern zu verwirbeln und die Faserbahn 4 zu einem Vliesstoff zu verfestigen, Schritt B. In Fortsetzung von Schritt B wurden durch zusätzli che Vorrichtungen 7 auch Wasserstrahlen 12 auf die andere Seite der Faserbahn 4 gerichtet. Danach durchlief der noch feuchte Vliesstoff eine Trocknungseinrichtung 8 und wurde dort getrocknet, Schritt C, um das Filtermaterial zu erhalten.
Ausführungsbeispiele
Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials wurde ein Gemisch aus Zellstoff fasern aus Nadelhölzern und Lyocell® Fasern verwendet, wobei die Fasermengen so gewählt wurden, dass das fertige Filtermaterial aus 80% Zellstofffasern und 20% Lyocell® Fasern be- stand. Das fertige Filtermaterial hatte ein Flächengewicht, gemäß ISO 536:2019, von 25 g/m2.
In Schritt B des Herstellungsprozesses wurden zunächst in drei Reihen Wasserstrahlen, 11 in Fig. 1, auf die erste Seite der Faserbahn 4 gerichtet und danach wurden in zwei Reihen Was serstrahlen, 12 in Fig. 1, auf die zweite Seite der Faserbahn gerichtet. Der Druck der Wasser- strahlen der ersten drei Reihen wurde dabei zwischen etwa 3 MPa und etwa 8 MPa in drei Stufen (niedrig, mittel, hoch) variiert, um unterschiedliche erfindungsgemäße Filtermateria len A, B und C zu erhalten.
Von diesen Filtermaterialien wurde in Anlehnung an ISO 534:2011 die Kriechneigung in Di- ckenrichtung bestimmt. Dabei wurden 5 Lagen jedes Filtermaterials Übereinandergel egt und die Messung der Dicke gemäß ISO 534:2011 gestartet. Der erste erhaltene Wert der Dicke der fünf Lagen (d0) wurde erfasst und ein weiterer Wert der Dicke der fünf Lagen (d20) wurde 20 s nach dem ersten Wert abgelesen. Daraus wurde die Kriechneigung C in Dickenrichtung gemäß der folgenden Formel bestimmt.
Für jedes der drei Filtermaterialien wurde die Messung drei Mal wiederholt. Ebenso wurde gemäß ISO 534:2011 die Dicke d einer einzelnen Lage aus einem Mittelwert von 10 Messungen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben, wobei d die Dicke einer einzelnen Lage, d0 die Dicke der fünf Lagen zu Beginn der Messung, d20 die Dicke der fünf Lagen 20 s nach dem Beginn der Messung und C die Kriechneigung sind.
Tabelle 1
Die Werte aus Tabelle 1 zeigen, dass die Bestimmung der Kriechneigung eine gute Wiederhol barkeit aufweist und somit eine zuverlässige Messmethode darstellt. Erkennbar ist auch, dass mit sinkendem Druck der Wasserstrahlen die Kriechneigung des Filtermaterials zunimmt.
Vergleichsbeispiel Z
Zur Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Filtermaterials wurde dasselbe Gemisch aus Fasern verwendet wie in den Ausführungsbeispielen A bis C. In Schritt B wurden aber nur eine Reihe Wasserstrahlen und ein geringerer Druck als bei Vergleichsbeispiel C gewählt, während das Flächengewicht unverändert bei 25 g/ m2 gehalten wurde.
Für das nicht erfindungsgemäße Filtermaterial Z wurden dieselben Messungen wie für die er findungsgemäßen Filtermaterialien A bis C durchgeführt und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben, wobei die Bedeutung der Formelzeichen zu Tabelle 1 identisch ist.
Tabelle 2
Man erkennt, dass die für das nicht erfindungsgemäße Filtermaterial gewählte geringere Zahl an Wasserstrahlen und der niedrigere aber durchaus übliche Druck der Wasserstrahlen zu ei ner deutlich höheren Kriechneigung in Dickenrichtung führen als bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen A bis C.
Des Weiteren erkennt man, dass in der Reihe der Ausführungsbeispiele A, B, C und Z mit ab nehmendem Druck der Wasserstrahlen auch die Dicke der einzelnen Lage abnimmt. Dies ist ein Hinweis, dass in den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen A bis C ein größerer An teil der Fasern in Dickenrichtung angeordnet ist als im Vergleichsbeispiel Z. WO 2022/263029 - l6 - PCT/EP2022/057367
Herstellung von Segmenten und Rauchartikeln
Aus j edem Filtermaterial der Ausführungsbeispiele A bis C und dem Vergleichsbeispiel Z wur den 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 ein Zugwiderstand von 420ÜO 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 herge stellt. Das mittlere Gewicht der Zigaretten betrug 925,8 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 nikotin freiem Trockenkondensat wurde ebenfalls bestimmt und daraus die Filtrationseffizienz in Pro zent berechnet, wobei die Filtrationseffizienz ausdrückt, welcher Anteil des in das Filterseg ment einströmenden nikotinfreien Trockenkondensats im Filter zurückgehalten wird. Die Filt rationseffizienz 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 belastet und die Verformung gemessen und als Prozentsatz bezogen auf die unverformte Lage ausgedrückt.
Der Zugwiderstand (PD) des Filterstabs, die Filtrationseffizienz (FE) für nikotinfreies Tro ckenkondensat und die Härte (HD) der Filtersegmente sind in Tabelle 3 für die erfindungsge mäßen Ausführungsbeispiele A bis C und das Vergleichsbeispiel Z angegeben.
Tabelle 3 Man erkennt aus Tabelle 3, dass sowohl die erfindungsgemäßen Segmente aus den Filterma terialien A bis C als auch das Segment aus dem nicht erfindungsgemäßen Filtermaterial Z ähn lichen Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Härte aufweisen, sodass die erfindungsgemä ßen Segmente die üblichen Anforderungen an Segmente für Rauchartikel gut erfüllen können.
Insbesondere bei der Härte der Segmente, die üblicherweise durch eine kurze aber hohe Be lastung gemessen wird, zeigen sich keine nennenswerten Unterschiede. Beim experimentellen Abrauchen der aus den Segmenten gefertigten Rauchartikel zeigte sich aber ein wahrnehmba rer Unterschied, wie sehr sich die Filtersegmente verformen, wenn sie der Konsument längere Zeit zwischen den Fingern hält. In dieser subjektiven Bewertung der Segmente zeigten sich für die erfindungsgemäßen Filtermaterialien und die daraus gefertigten Segmente deutliche Vor teile.
Es zeigt sich also, dass sich aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial Segmente fertigen las- sen, deren Eigenschaften bezüglich Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Härte herkömm lichen Segmenten entsprechen, die aber noch weitere Vorteile hinsichtlich der Kriechneigung aufweisen und so insgesamt Segmenten aus Celluloseacetat näherkommen als beispielsweise Filtermaterialien aus Papier. Hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit sind die erfindungs gemäßen Filtermaterialien und daraus gefertigten Segmente herkömmlichen Segmenten aus Celluloseacetat noch zusätzlich überlegen.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Filtermaterial zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel, wobei das Filter material wasserstrahlverfestigt ist und mindestens 50% und höchstens 100% Cellulose fasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, wobei das Filtermaterial ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist, wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 mih und höchstens 400 mih beträgt, und wobei das Filtermate rial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemes sen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist.
2. Filtermaterial nach Anspruch 1, bei dem der Anteil an Cellulosefasern im Filtermaterial mindestens 60% und höchstens 100%, bevorzugt mindestens 70% und höchstens 95% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.
3. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die Cellulosefasern durch Zellstofffasern, durch Fasern regenerierter Cellulose oder Mischungen daraus gebildet sind.
4. Filtermaterial nach Anspruch 3, bei dem die Zellstofffasern aus Nadelholz oder Nadel hölzern, Laubholz oder Laubhölzern oder anderen Pflanzen, insbesondere Hanf, Flachs, Jute, Ramie, Kenaf, Kapok, Kokosnuss, Abaca, Sisal, Bambus, Baumwolle oder aus Espartogras gewonnen sind; oder durch eine Mischung aus Zellstofffasern verschiedener dieser Herkunftsarten gebildet sind.
5. Filtermaterial nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Anteil an Fasern aus regenerierter Cellulose mindestens 5% und höchstens 50%, bevorzugt mindestens 10% und höchstens 45% und besonders bevorzugt mindestens 15% und höchstens 40% beträgt, jeweils be zogen auf die Masse des Filtermaterials.
6. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Fasern aus regenerierter Cellulose zumindest teilweise, insbesondere zu mindestens 70 % durch Viskosefasern, Modalfasern, Lyocell® Fasern, Tencel® Fasern oder Mischungen daraus gebildet sind. 2
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7. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Flächengewicht min destens 18 g/m2 und höchstens 55 g/m2, bevorzugt mindestens 20 g/m2 und höchstens 50 g/ m2 beträgt.
8. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von 0% und höchstens 9%, besonders bevorzugt von mindestens 0% und höchstens 8% und ganz besonders bevorzugt von mindestens 1% und höchstens 5% aufweist.
9. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mindestens einen Zusatzstoff enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylketendimeren (AKD), Säureanhydriden, insbesondere Alkenylbernsteinsäureanhydriden (ASA), Po lyvinylalkohol, Wachsen, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivaten, Carboxymethylcellulose, Alginaten, Chitosan, Nassfestmitteln oder Substanzen zur Einstellung des pH-Werts, insbesondere organischen oder anorganischen Säuren oder Laugen, oder eine Mischung aus zwei oder mehr dieser Zusatzstoffe enthält.
10. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mindestens einen Zusatzstoff enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, insbesondere Trinatriumzitrat oder Trikaliumzitrat, Malaten, Tartraten, Acetaten, insbesondere Nat riumacetat oder Kaliumacetat, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycola- ten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, a-Hydroxycaprylaten, Phosphaten, Polyphospha ten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, oder eine Mischung aus zwei oder mehr dieser Zusatzstoffe enthält.
11. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches mindestens eine Substanz enthält, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Triacetin, Propylenglykol, Sorbitol, Glycerol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyvinylalkohol und Tri-Eth- lyzitrat, oder eine Mischung aus zwei oder mehr dieser Substanzen enthält.
12. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Teil der Cellulosefasern mit einem Füllstoff beladen ist, wobei der Füllstoff vorzugsweise durch mineralische Partikel, insbesondere Calciumcarbonatpartikel gebildet ist.
13. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 30 pm und höchstens 350 pm und bevorzugt mindestens 35 pm und höchstens 300 pm beträgt. 3
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14. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die breitenbezogene Zugfestigkeit des Filtermaterials in Maschinenrichtung oder in Querrichtung, gemessen nach ISO 1924-2:2008, mindestens 0,05 kN/m und höchstens 5 kN/m, bevorzugt min destens 0,07 kN/m und höchstens 4 kN/m beträgt.
15. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bruchdehnung des Filtermaterials in Maschinenrichtung oder in Querrichtung, gemessen nach ISO 1924-2:2008, mindestens 0,5% und höchstens 50%, bevorzugt mindestens 0,8% und höchstens 40% beträgt.
16. Segment für einen Rauchartikel, umfassend ein Filtermaterial und ein Umhüllungsma terial, wobei das Filtermaterial mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, wobei das Filtermaterial ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist, wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 pm und höchstens 400 pm beträgt, und wobei das Filtermate rial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemes sen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist.
17. Segment nach Anspruch 16, bei dem das Filtermaterial eines oder mehrere der zusätzli chen Merkmale aufweist, die in Ansprüchen 2 bis 15 definiert sind.
18. Segment nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei das Segment zylindrisch ist mit einem Durchmesser von mindestens 3 mm und höchstens 10 mm, bevorzugt von min destens 4 mm und höchstens 9 mm und besonders bevorzugt von mindestens 5 mm und höchstens 8 mm, und/ oder wobei das Segment 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.
19. Segment nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Zugwiderstand des Segments nach ISO 6565:2015 pro Länge des Segments mindestens 1 mmWG/mm und höchstens 12 mmWG/mm, und bevorzugt mindestens 2 mmWG/mm und höchstens 10 mmWG/ mm beträgt. 4
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20. Segment nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dessen Umhüllungsmaterial durch ein Papier oder eine Folie gebildet wird.
21. Segment nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dessen Umhüllungsmaterial ein Flä chengewicht gemäß ISO 536:2019 von mindestens 20 g/m2 und höchstens 150 g/m2, bevorzugt von mindestens 30 g/ m2 und höchstens 130 g/ m2 hat.
22. Verfahren zum Herstellen eines Segments nach einem der Ansprüche 16 bis 21, bei dem ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 15 gecrimpt oder gefaltet wird, ein vorzugsweise endloser Strang aus gecrimptem oder gefaltetem Filtermaterial gebildet wird, der Strang aus gecrimptem oder gefaltetem Filtermaterial mit einem Umhül lungsmaterial umhüllt und der umhüllte Strang in einzelne Stäbe definierter Länge ge schnitten wird.
23. Rauchartikel, umfassend ein Segment, welches ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment nach einem der Ansprüche 16 bis 21, wobei das genannte Segment nach einem der Ansprüche 16 bis 21 vorzugsweise das dem Mundende am nächsten gelegene Segment des Rauchartikels bildet.
24. Rauchartikel nach Anspruch 23, wobei der Rauchartikel eine Filterzigarette ist und das aerosolbildende Material Tabak ist oder enthält.
25. Rauchartikel nach Anspruch 23, wobei der Rauchartikel ein Rauchartikel ist, bei dessen bestimmungsgemäßem Gebrauch das aerosolbildende Material nur aufgeheizt, aber nicht verbrannt wird, wobei das aerosolbildende Material vorzugsweise ein Material umfasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tabak, rekonstituiertem Ta bak, Nikotin, Glycerol, Propylenglykol oder Mischungen daraus.
26. Rauchartikel nach Anspruch 25, bei dem das aerosolerzeugende Material in flüssiger Form vorliegt und sich in einem zugehörigen Behältnis im Rauchartikel befindet.
27. Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
A - Bereitstellen einer Faserbahn umfassend Cellulosefasern,
B - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch auf die Faserbahn gerichtete Was serstrahlen, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,
C - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn, - 5 -
WO 2022/263029 PCT/EP2022/057367 wobei in Schritt A die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern so gewählt ist, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt B die Anzahl der Wasserstrahlen, der Druck der Wasserstrahlen oder die Form der Öffnungen, aus denen die Wasserstrahlen austreten, so gewählt sind, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C eine Kriechneigung in Dickenrich tung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist, und das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist und die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 mih und höchstens 400 mih beträgt.
28. Verfahren nach Anspruch 27, bei dem zumindest ein Teil der Düsen, aus denen die Wasserstrahlen in Schritt B austreten, als runde Bohrungen in einem Düsenstreifen ausgeführt sind, wobei der dem Filtermaterial zugewandte Durchmesser der Bohrun gen im Düsenstreifen größer ist als der dem Filtermaterial abgewandte Durchmesser der Bohrungen und höchstens doppelt so groß wie der dem Filtermaterial abgewandte Durchmesser der Bohrungen.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 oder 28, wobei das nach diesem Verfahren hergestellte Filtermaterial ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 15 ist.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, bei dem das Bereitstellen einer Faser bahn in 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 C durch die Filamente regenerierter Cellulose gebildet werden, wobei die Filamente regenerier ter Cellulose vorzugsweise Lyocell® Filamente sind.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 30, bei dem das Bereitstellen einer Faser bahn in Schritt A die folgenden Schritte Ai bis A4 umfasst:
Ai - 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. 6
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32. Verfahren nach Anspruch 31, bei dem die wässrige Suspension in Schritt Ai einen Fest stoffgehalt von höchstens 3,0%, besonders bevorzugt höchstens 1,0%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,2% und insbesondere höchstens 0,05% hat.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 oder 32, bei dem das umlaufende Sieb der Schritte A2 und A3 in Maschinenrichtung der Faserbahn gegen die Horizontale um ei nen Winkel von mindestens 30 und höchstens 40° aufwärts geneigt ist, bevorzugt um einen Winkel von mindestens 50 und höchstens 30° und besonders bevorzugt um einen Winkel von mindestens 150 und höchstens 250.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, das ferner einen Schritt umfasst, 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 besonders bevorzugt durch Vakuumkästen oder geeignet geformte Flü gel erzeugt wird.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 34, bei dem eine Vielzahl von Wasserstrah len verwendet wird, um das Wasserstrahlverfestigen in Schritt B auszuführen, wobei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe quer zur Laufrichtung der Faserbahn an geordnet sind.
36. Verfahren nach Anspruch 35, bei dem das Wasserstrahlverfestigen in Schritt B durch mindestens vier Reihen von auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahlen bewirkt wird, wobei bevorzugt auf jede der beiden Seiten der Faserbahn mindestens zwei Rei hen der Wasserstrahlen wirken.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 36, welches einen weiteren Schritt umfasst, in dem ein oder mehrere Zusatzstoffe auf die Faserbahn aufgetragen werden, wobei der eine oder die mehreren Zusatzstoffe ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Alkylketendimeren (AKD), Säureanhydriden, insbesondere Alkenylbernsteinsäu- reanhydriden (ASA), Polyvinylalkohol, Wachsen, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivaten, Carboxymethylcellulose, Alginaten, Chitosan, Nassfestmitteln und Substanzen zur Ein stellung des pH-Werts, insbesondere organischen oder anorganischen Säuren oder Laugen, und Mischungen daraus. - 7 -
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38. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 37, welches einen weiteren Schritt umfasst, in dem ein oder mehrere Zusatzstoffe auf die Faserbahn aufgetragen werden, wobei der eine oder die mehreren Zusatzstoffe ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, insbesondere Trinatriumzitrat oder Trikaliumzitrat, Malaten, Tartraten, Acetaten, insbesondere Natriumacetat oder Kaliumacetat, Nitraten, Succinaten, Fuma raten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, a-Hydroxycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, und Mischungen daraus.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 38, bei dem der eine oder die mehreren Zusatzstoffe zwischen den Schritten B und C aufgetragen werden, oder nach dem Schritt C, gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 39, bei dem das Trocknen in Schritt C zu mindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mik rowellenstrahlung bewirkt wird.
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