WO2022263030A1 - Filtermaterial für rauchartikel mit verbessertem dehnungsverhalten - Google Patents

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WO2022263030A1
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Dietmar Volgger
Stefan Bachmann
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Definitions

  • the invention relates to a filter material suitable for producing a segment in a smoking article, which has favorable plastic expansion behavior in the transverse direction, so that segments for smoking articles can be produced from it in an efficient manner.
  • the invention also relates to a segment for a smoking article made from this filter material.
  • Smoking articles are typically rod-shaped articles consisting of at least two rod-shaped segments arranged one after the other.
  • One segment contains a material that is capable of forming an aerosol when heated, and at least one other segment is used to influence the properties of the aerosol.
  • 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 is designed as a filter and is used 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.
  • 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, or tobacco processed by other processes.
  • Other segments in the smoking article are used to forward the aerosol, to cool the aerosol or to filter the aerosol.
  • 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 web When crimping the web, the web may be passed through two patterned rollers which imprint that pattern on the web.
  • this pattern can be a line pattern oriented in the machine direction of the web.
  • embossed lines stretch and deform the web in the direction orthogonal to the machine direction, the cross direction, so that thereafter a continuous strand can more easily be formed by collapsing the web in the cross direction.
  • the invention is based on the object of providing a web-shaped filter material for a smoking article which can be processed with high productivity into a segment of a smoking article and which is otherwise as similar as possible to preferred filter materials in terms of its properties.
  • a filter material for producing a segment for a smoking article the filter material being in the form of a web and containing at least 50% and at most 100% cellulose fibers, based in each case on the mass of the filter material, and with the Filter material has a basis weight of at least 15 g/m 2 and at most 60 g/m 2 .
  • the thickness of a layer of filter material is a minimum of 25 ⁇ m and a maximum of 1000 ⁇ m.
  • the thickness affects the amount of filter material that can be packed into the segment of the smoking article and thus the draw resistance and filtration efficiency of the segment. but also the processability of the filter material, particularly when crimped or pleated to form a segment for a smoking article. Too great a thickness is unfavorable for such process steps, and thicknesses in the interval mentioned allow the filter material according to the invention to be processed particularly well into a segment of a smoking article.
  • the filter material has a machine direction and a transverse direction orthogonal thereto in the plane of the web of filter material. Furthermore, the filter material has a characteristic plastic deformability in the transverse direction, which is characterized in that in a tensile test in the transverse direction according to ISO 1924-2:2008, the non-linear portion of the deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break was at least 10% and at most 50%. is the total deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break. This characteristic plastic deformability is more pronounced than is the case with conventional filter materials.
  • the filter material runs through the machine in one direction, the so-called machine direction, and the filter material has a direction orthogonal to the machine direction, lying in the web plane of the filter material, the transverse direction.
  • the filter material When processing a filter material into a segment of a smoking article, the filter material is preferably crimped.
  • the filter material is passed through two rollers provided with a pattern, for example, which emboss this pattern on the web.
  • this pattern is a line pattern oriented in the machine direction of the web.
  • the embossed lines stretch and deform the filter material in the direction orthogonal to the machine direction, the cross direction. A filter material deformed in this way can be pushed together more easily in the transverse direction and an endless strand can thus be produced for the production of the segments.
  • a problem with this method is that the two rollers must exert a high transverse stretch on the web in order to cause a desired deformation of the filter material, and that there is therefore a risk of the filter material tearing in the transverse direction .
  • the person skilled in the art could now be tempted to increase the elongation at break of the filter material in the transverse direction, so that the filter material can tolerate larger deformations without tearing.
  • the inventors have recognized that this does not solve the problem, because in order to achieve permanent deformation in the transverse direction, the elongation must then be increased even further, so that the risk of exceeding the breaking load in the transverse direction increases even more.
  • the filter material can be provided with a structure that allows good plastic deformability in the transverse direction and thus simplifies crimping. Methods suitable for this are explained further below.
  • This plastic deformability in the transverse direction can be characterized by a tensile test according to ISO 1924-2:2008. In this tensile test, a strip with 15 mm Width in the transverse direction taken from the sample and stretched at a rate of 20 mm/min to break. The strain e and the force F applied are recorded, resulting in a force-strain curve F( ). Elongation at break 8 b and tensile strength F( b ) are also recorded. The deformation energy E absorbed by the filter material up to half the elongation at break 8 b / 2 is then given by where in practice the integral is calculated numerically.
  • This deformation energy consists of an elastic and a plastic part.
  • the elastic deformation decreases after relief, so that it does not contribute to the result of the crimping.
  • the plastic deformation is irreversible, so that a good crimping result can be expected even with slight stretching by the two rollers if the proportion of plastic deformation energy in the total deformation energy is higher than with comparable filter materials from the prior art.
  • Elastic deformation is generally associated with a proportionality between strain and force. Under the fictitious assumption that the filter material behaves ideally linearly elastic up to half the elongation at break, the deformation energy Ei m can be transmitted up to half the elongation at break be calculated.
  • the elongation e is increased at a rate of 20 mm/min and at the same time the force F(c) is measured, with the force-elongation curve 13 being produced.
  • the elongation is increased until the sample breaks in state 14, and from this the elongation at break C b and the tensile strength F(c b ) are determined.
  • the filter material can be loaded with the associated force F( c /2) up to approximately half the elongation at break Cb/2, point 15, so that state 16 is reached.
  • the line 17 connecting points 12 and 16 would represent a notional linear elastic behavior and the linear strain energy Ei m corresponds to the area of the triangle formed by points 12, 16 and 15.
  • the total deformation energy E corresponds to the area enclosed by the lines from point 12 to point 15, from point 15 to point 16 and the line 13 from point 16 to point 12.
  • the non-linear component E ni of the deformation energy which is used within the scope of the invention to characterize the filter material according to the invention, corresponds to that area which is delimited by lines 17 and 13, between points 12 and 16 in each case. The more the force-strain curve bends upwards and the more it deviates from a fictitious linear elastic behavior, the greater the potential for plastic and thus irreversible deformation.
  • the stretching in the transverse direction during crimping can of course deviate from half the elongation at break, but the non-linear proportion of the deformation energy up to half the elongation at break has changed independently of the elongation actually used and the actual elastic-plastic rule Behavior identified as a suitable parameter to characterize the structure of the filter material according to the invention and to predict the behavior of the filter material during crimping.
  • FIG. 2 shows the behavior of a typical conventional and non-invention filter material.
  • a tensile test according to ISO 1924-2:2008 is carried out on a sample in the transverse direction.
  • the elongation e is plotted on the x-axis 20, while the force F(c) required to produce this elongation is plotted on the y-axis 21.
  • FIG. Starting from an unloaded state of 22, the strain e increases at a rate of 20 mm/min is increased and at the same time the force F( ) is measured, with the force-strain curve 23 being produced.
  • the filter material can be loaded with the associated force F( b /2) up to approximately half the elongation at break b /2, point 25, so that state 26 is reached.
  • Line 27 connecting points 22 and 26 would represent linear elastic behavior and the associated strain energy Ei m corresponds to the area of the triangle formed by points 22, 26 and 25.
  • the total deformation energy E corresponds to the area enclosed by the lines from point 22 to point 25, from point 25 to point 26 and the line 23 from point 26 to point 22.
  • the non-linear component E ni of the deformation energy corresponds to that area which is delimited by the lines 27 and 23 between the points 22 and 26, respectively. It can be seen that with a very similar elongation at break and a very similar linear portion of the deformation energy, the portion of the non-linear deformation energy is significantly lower.
  • Such a filter material will therefore primarily react elastically to the deformation and, after the load has been relieved, essentially recover from the entire deformation.
  • the filter material would have to be stretched to point 29.
  • the elongation required for this is significantly higher and, above all, the force required comes close to the breaking load in the transverse direction.
  • the filter material can therefore tear in the transverse direction.
  • the filter material according to the invention from FIG. 1, has a structure that allows a permanent deformation in the transverse direction even with low elongation, which is why segments for smoking articles can be produced more reliably from it.
  • the filter material according to the invention is in the form of a web so that it is well suited for crimping.
  • the filter material is a hydroentangled fleece or paper. In a preferred embodiment of the filter material, the filter material is a hydroentangled fleece. In a preferred embodiment of the filter material, the filter material is paper.
  • hydroentangled initially refers to the underlying manufacturing process
  • a hydroentangled nonwoven has characteristic structural properties which distinguish it from other nonwovens and which, to the inventors' knowledge, are not produced in an identical manner by a different manufacturing process can be enough.
  • the strength of the hydroentangled nonwoven is achieved by the entanglement of the fibers.
  • a hydroentangled fleece has a particularly porous structure, which makes it particularly suitable as a filter material for segments of smoking articles.
  • the filter material is paper
  • a similar porous structure can preferably be produced by means of an inclined wire paper machine.
  • the properties of the filter material according to the invention described below, the segments according to the invention made from the filter material and the smoking articles according to the invention made from the segment therefore apply regardless of whether the filter material according to the invention is a hydroentangled fleece or paper.
  • 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 from regenerated cellulose are preferably formed at least partially, in particular more than 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 non-linear component of the deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break is at least 10% and at most 50% of the total deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break.
  • the non-linear component of the deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break is preferably at least 15% and at most 40% of the total deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break, and the non-linear component is particularly preferably at least 15% and at most 35%, and in particular at least 18% and at most 32%.
  • a very good crimping result can be achieved with moderate stretching, and the risk of the filter material tearing in the transverse direction is particularly low.
  • 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,
  • additives such as alkyl ketene dimers (AKD), acid anhydrides such as alkenyl succinic anhydrides (ASA), polyvinyl alcohol, waxes, fatty acids,
  • 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 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.
  • at least some of the cellulosic fibers are loaded with a filler, the filler being particularly preferably formed by mineral particles and in particular calcium carbonate particles.
  • the thickness of a layer of the filter material is at least 25 mih and at most 1000 mih, preferably at least 30 mih and at most 800 mih and particularly preferably at least 35 mih and at most 600 mih.
  • the mechanical properties of the filter material are for the processing of the filter material according to the invention to form a segment of a smoking article.
  • the width-related tensile strength of the filter material in the transverse direction 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 in the transverse direction 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 primarily determined by the length of the fibers, with longer fibers leading to a higher elongation at break, and it can thus be adjusted over a wide range to the specific requirements of the filter material.
  • Segments according to the invention for smoking articles can be produced from the filter material according to the invention by methods known per se from the prior art. These methods include, for example, crimping the filter material, forming an endless strand from the crimped filter material, encasing the endless strand with a encasing material and cutting the encased strand into individual rods of a defined length.
  • the length of such a rod is an integral multiple of the length of the segment then to be used in the smoking article of the present invention, and therefore the rods are cut into segments of the desired length before or during manufacture of the smoking article.
  • the segment for smoking articles according to the invention comprises the filter material according to the invention and a wrapping material.
  • the segment comprises a filter material pushed together in the transverse direction and a wrapping material, the filter material containing at least 50% and at most 100% cellulosic fibers, each based on the mass of the filter material.
  • the filter material 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 filter material, measured according to ISO 534:2011, is at least 25 ⁇ m and at most 1000 ⁇ m.
  • the basis for determining the weight per unit area is the area of the filter material when it is spread out (i.e. no longer pushed together), and the thickness of such a layer naturally also refers to the spread out Filter material.
  • the filter material has a transverse direction in which the filter material is collapsed. To make it easier to push the filter material together, it can be preformed by crimping or folding.
  • push is to be interpreted broadly, and the verb "push” it contains is not intended to suggest any particular mechanical way in which the "pushed” condition is produced.
  • a “gathered” state is also, for example, a “pushed together” state within the meaning of the present disclosure, regardless of the mechanical way in which the gathering or the shortening in the transverse direction is produced.
  • the filter material has a characteristic plastic deformability in the transverse direction in the non-compacted state, which is characterized by the fact that in a tensile test in the transverse direction according to ISO 1924-2:2008, the non-linear part of the deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break is at least 10 % and at most 50% of the total deformation energy absorbed by the filter material up to half the elongation at break.
  • 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 very particularly 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 strength 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 basis weight gives the segment according to the invention covered therewith a particularly advantageous hardness.
  • 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 whose intended use the aerosol-forming material is only heated but not burned, and the aerosol-forming material preferably comprises a material selected from the group consisting of tobacco, reconstituted tobacco, nicotine, glycerol, propylene glycol kol 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 by a first method according to the invention, which comprises the following steps Ai to A3.
  • Ai - providing a fibrous web comprising cellulose fibers which has a machine direction and a transverse direction orthogonal thereto in the plane of the web
  • step A3 drying of the hydroentangled fibrous web, with the amount or proportion of cellulose fibers in the fibrous web being selected in step Ai such that the filter material after drying in step A3 contains at least 50% and at most 100% cellulose fibers based on the mass of the filter material , and wherein in step A2 the number, pressure or arrangement of the water jets are selected in such a way that the filter material is given a characteristic plastic deformability in the transverse direction, which is characterized in that in a transverse tensile test carried out on the filter material after drying in step A3 according to ISO 1924-2:2008 the non-linear part of the deformation energy absorbed by the filter material up to half elongation at break is at least 10% and at most 50% of the total deformation energy absorbed by the filter material up to half elongation at break, where the filter material after drying in step A3 Basis weight of at least ns 15 g/m 2 and at most 60 g/m 2 and wherein the thickness of a layer of the filter material, measured according to
  • the water jets directed at the fibrous web in step A2 cause the cellulose fibers to swirl, whereby the structure conducive to the favorable plastic behavior in the transverse direction can be produced.
  • the expert understands 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 water jets in order to achieve favorable plastic behavior of the filter material, it is important that the proportion of fibers oriented in the transverse direction in the filter material is low and that the fibers are aligned more in the machine direction and thickness direction.
  • the water jets should be arranged close to one another in the transverse direction. Due to the proximity of the water jets hitting the fibrous web at the same time the water deflects in the machine direction rather than the cross direction and orients the fibers along that direction.
  • the pressure of the water jets can be reduced compared to the pressure usually used.
  • the distance and the pressure of the water jets also depend significantly on the size of the openings from which the water jets emerge and, above all, on the speed of the fiber web, so that the specialist can determine the specific value based on experience, based on the specific exemplary embodiments and can choose by simple experiments.
  • a plurality of water jets are used to carry out the hydroentanglement in step A2, the water jets being arranged in at least one row in the cross-machine direction of the fibrous web.
  • the hydroentanglement in step A2 is effected by at least two rows of water jets aimed at the fibrous web, with at least one row of the water jets particularly preferably acting on each of the two sides of the fibrous web.
  • the filter material produced by this first method is said to be suitable for use in smoking article segments. 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.
  • the filter material according to the invention can be produced by a second method according to the invention, which comprises steps B1 to B4.
  • step B3 dewatering of the suspension through the circulating wire to form a fibrous web, B4 - drying of the fibrous web from step B3, wherein in step Bi the amount or proportion of cellulose fibers is selected such that the filter material after drying in step B4 at least 50% and at most 100% cellulose fibers based on the mass of the filter material, and wherein in step B3 a machine direction of the fibrous web is defined by the running direction of the wire and a transverse direction is defined by the direction orthogonal thereto in the plane of the fibrous web, and wherein in step B2 the suspension is applied to the circulating wire at a speed , which is lower than the speed of the rotating wire, and the difference between these speeds is chosen so as to give the filter material a characteristic plastic deformability in the transverse direction, which is characterized in that in a performed on the filter material after drying in step B4 Tensile test in the transverse direction according to ISO 1924-2:2008 the non-linear part of the deformation energy absorbed by the filter material up to half the
  • the speeds of the circulating screen and the suspension are to be understood in relation to the same reference system, so that speeds which differ from one another lead to a relative speed between the suspension and the circulating screen, which is used in this embodiment of the method.
  • the filter material produced by this second 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.
  • the fibrous web is given the desired structure by suitably matching the speed at which the suspension flows onto the circulating wire in step B2 and the speed of the circulating wire in step B2.
  • the speed at which the suspension flows onto the circulating screen in step B2 should be lower than the speed of the circulating screen. Due to the difference in speed, the suspension is carried along by the screen and shearing forces arise in the suspension which align the cellulose fibers in the machine direction and thus contribute to a structure of the filter material which leads to the inventive plastic deformability in the transverse direction.
  • the person skilled in the art can determine the magnitude of the speed difference based on his experience and on the basis of the exemplary embodiments or by means of simple experiments.
  • a structure with the desired plastic deformability in the transverse direction can be achieved in many cases if, in step B2, the suspension is applied to the rotating wire at a speed that is only about 90% of the speed of the rotating wire, for example is between 88% and 93% of the speed of the rotating screen.
  • this information only serves as a guide, a suitable numerical value of the differential speed will depend at least in part on the other process parameters, and the person skilled in the art will therefore determine it experimentally in practice, using the obtained characteristic plastic deformability of the so manufactured filter material characterized as described above with reference to the transverse tensile test according to ISO 1924-2:2008.
  • the filter material according to the invention can also be produced in a third method according to the invention, which is a combination of the first and the second method according to the invention and has steps Ci to C6.
  • Ci - preparing an aqueous suspension comprising cellulose fibers
  • step C6 drying of the hydroentangled fibrous web, the amount or proportion of cellulose fibers in step Ci being chosen such that the filter material after drying in step C6 contains at least 50% and at most 100% cellulose fibers based on the mass of the filter material, and wherein in step C3 a machine direction of the fibrous web is defined by the running direction of the wire and a transverse direction is defined by the direction orthogonal thereto in the plane of the fibrous web, wherein the filter material after drying in step C6 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, after drying in step C6, is at least 25 ⁇ m and at most 1000 ⁇ m, with the suspension in step C2 a speed is brought up on the rotating wire, which is less than the speed of the rotating wire, and wherein the Differ ence of these speeds in step C2 and the number, pressure and/or arrangement of the Water jets in step C5 are selected in such
  • the aqueous suspension in step Bi or Ci 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 allows a low-density fiber web to be formed in step B3, which has a favorable effect on the filtration efficiency of a segment made from it.
  • the circulating screen of steps B2 and B3 or C2 and C3 is inclined upwards in the machine direction of the fibrous web by an angle of at least 30 and at most 40°, particularly preferably by an angle of at least 5 ° and at most 30° and most preferably at an angle of at least 15 ° and at most 25 ° .
  • 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 B3 or C3, the pressure difference being particularly preferred generated by vacuum boxes or suitably shaped vanes.
  • the drying in step A3, B4 or C6 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 filter material can decrease.
  • the preferred embodiments of the first method according to the invention are also applicable to the third method according to the invention, with step A2 corresponding to step C5 and step A3 to step C6.
  • the preferred embodiments of second method according to the invention can also be applied to the third method according to the invention, step Bi corresponding to step Ci, step B2 to step C2, step B3 to step C3 and step B4 to step C6.
  • 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 alkenyl acid anhydrides (ASA), polyvinyl alcohol, waxes, fatty acids, starch, starch derivatives, carboxymethyl cellulose, alginates, chitosan, wet strength agents or substances for adjustment pH, 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
  • nitrates succinates
  • fumarates gluconates
  • Glycolates lactates
  • lactates oxylates
  • salicylates ⁇ -hydroxycaprylates
  • phosphates polyphosphates
  • chlorides and bicarbonates and mixtures thereof.
  • the one additive or the additives are applied between steps A2 and A3 of the method according to the invention or after step A3, followed by a further step of drying the fibrous web.
  • the one additive or the additives are applied between steps B3 and B4 of the method according to the invention or after step B4, followed by a further step of drying the fibrous web.
  • the application of the one additive or additives takes place between steps C3 and C4 or C4 and C5 or C5 and C6 or after step C6 followed by a further step of drying the fibrous web.
  • FIG. 1 shows an exemplary force-elongation diagram of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows an exemplary force-strain diagram of a filter material not according to the invention.
  • FIG. 3 shows a device by means of which the third method according to the invention for producing a filter material according to the invention can be carried out.
  • FIG. 4 shows force-elongation curves measured in the transverse direction on the exemplary embodiments A, B and C according to the invention.
  • FIG. 5 shows force-strain curves measured in the transverse direction on comparative example Z, which is not according to the invention.
  • the methods of manufacturing the filter material, the smoking article segment and the smoking article are described. Furthermore, a comparative example not according to the invention will be described.
  • the device shown in FIG. 3 was used to produce the exemplary embodiments A, B and C according to the invention.
  • a suspension 31 of pulp fibers and fibers of regenerated cellulose was provided in a reservoir 32, step Ci, and pumped from there onto a revolving screen 33 inclined upwards relative to the horizontal, step C2, and dewatered through vacuum boxes 39, step C3. so that a fiber web 34 formed on the screen, the general direction of movement of which is indicated by the arrow 310 .
  • the speed at which the screen 33 moves was chosen to be about 10% higher than the speed of the suspension 31 flowing out of the storage tank 32 in order to orient the fibers primarily in the machine direction.
  • the fibrous web 34 was removed from the wire 33 and transferred to a supporting wire 35 which is also rotating, step C4.
  • water jets 311 arranged in multiple rows in the cross-machine direction of the fibrous web 34 were directed at the fibrous web 34 from devices 36 to entangle the fibers and consolidate the fibrous web 34 into a nonwoven fabric, step C5.
  • water jets 312 were also directed onto the other side of the fibrous web 34 by additional devices 37.
  • a mixture of cellulose fibers from coniferous wood and Lyocell® fibers was used to produce the filter material, with the fiber quantities being chosen such that the finished filter material consisted of 65% cellulose fibers and 35% Lyocell® fibers.
  • the finished filter material had a basis weight of 55 g/m 2 according to ISO 536:2019.
  • step C5 of the manufacturing process three rows of water jets, 311 in FIG.
  • the pressure of the water jets was varied between 2 MPa and 40 MPa in three stages (low, medium, high) in order to obtain different filter materials A, B and C according to the invention.
  • the diameter of the openings from which the water jets emerged differed in the rows and were chosen between 80 ⁇ m and 120 ⁇ m, the distance between the openings from center to center was 0.3 mm.
  • the associated force F( b/ 2) is determined and the linear component of the deformation energy Ei m can be calculated from this be calculated.
  • the determination of the strain energies up to half elongation at break was carried out for all three filter materials A, B and C and the results are given in Table 1, where E is the total strain energy, E m the linear part of the strain energy and E ni the non-linear part of the strain energy, respectively mean in the transverse direction up to half the elongation at break.
  • the deformation energies were determined numerically from the force-strain curve and formally have the unit N%. In order to arrive at the usual unit J/m 2 , the sample geometry must also be taken into account. However, since only the relationships to one another are important here and the sample geometries are identical, this is not done.
  • the elongation at break 8 b and the force at half elongation at break F( b / 2) are also given.
  • the second process according to the invention was chosen to include steps B1 to B4.
  • a mixture of cellulose fibers from coniferous wood and Lyocell® fibers was used to produce the filter material, with the fiber quantities being chosen such that the finished filter material consisted of 80% cellulose fibers and 20% Lyocell® fibers.
  • the finished filter material had a basis weight of 15 g/m 2 according to ISO 536:2019.
  • step B2 of the method according to the invention the speed of the outflowing suspension was chosen to be about 10% lower than the speed of the circulating screen.
  • Four samples were taken in the transverse direction from the filter material D obtained in this way and the force-elongation diagram was recorded in a tensile test according to ISO 1924-2:2008.
  • the force-strain diagrams were evaluated analogously to exemplary embodiments A to C. The results of the four measurements are listed in Table 2.
  • step C2 (with reduced application speed of the suspension) used in the exemplary embodiments A to C is not necessary in order to obtain the inventive characteristic plastic deformability in the transverse direction in the hydroentangled nonwoven.
  • step C2 with reduced application speed of the suspension
  • a mixture of cellulose fibers from coniferous wood and Lyocell® fibers was used to produce the hydroentangled filter material in exemplary embodiment E, with the fiber quantities being selected such that the finished filter material consisted of 80% cellulose fibers and 20% Lyocell® fibers.
  • Step Ai was carried out without first giving the cellulose fibers in the fibrous web a preferred direction transverse to the machine direction by reducing the application speed of the suspension, as in steps B2 or C2 of the second or third method.
  • the finished filter material had a basis weight of 15 g/m 2 according to ISO 536:2019.
  • Step A2 of hydroentanglement takes place like step C5 of example B.
  • Two samples were taken in the transverse direction from the filter material E obtained in this way and the force-elongation diagram was recorded in a tensile test according to ISO 1924-2:2008.
  • the force-strain diagrams were evaluated analogously to exemplary embodiments A to C. The results of the two measurements are listed in Table 3.
  • Comparative Example Z To produce a filter material not according to the invention, the same mixture of fibers was used as in Example D. The weight per unit area was still 15 g/m 2 , but only machine settings were used as are customary in the production of conventional filter papers. Three samples were taken from the filter material of Comparative Example Z in the transverse direction and the force-elongation diagram was recorded in a tensile test according to ISO 1924-2:2008. The force-strain diagrams were evaluated in the same way as in exemplary embodiments A to C. The results of the three measurements are listed in Table 4.
  • Paper-coated filter rods with a length of 100 mm and a diameter of 7.85 mm were made from each filter material of the exemplary embodiments Abis E and the comparative example Z.
  • the web width of the filter material and the machine settings during filter production were selected in such a way that a draw resistance of 45000 mmWG resulted.
  • Filter cigarettes were produced from the segments of exemplary embodiments A to E and comparative example Z using a conventional method from the prior art. This manufacturing process went smoothly.
  • segments and smoking articles can be manufactured more reliably and easily from the filter material according to the invention than from conventional water jet-reinforced nonwovens or papers and that a better result can be achieved when crimping due to the favorable plastic expansion behavior.

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Abstract

Gezeigt wird ein Filtermaterial zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel, wobei das Filtermaterial bahnförmig 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 1000 µm beträgt, wobei das Filtermaterial eine Maschinenrichtung und eine dazu in der Ebene der Bahn des Filtermaterials orthogonal liegende Querrichtung aufweist, und wobei das Filtermaterial eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung aufweist, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtlineare Anteil der Verformungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt.

Description

FILTERMATERIAL FÜR RAUCHARTIKEL MIT VERBESSERTEM DEHNUNGSVERHALTEN
GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial geeignet zur Herstellung eines Segments in einem Rauchartikel, das ein günstiges plastisches Dehnungsverhalten in Querrichtung aufweist, so- dass daraus in effizienter Weise Segmente für Rauchartikel hergestellt werden können. Die Erfindung betrifft auch ein Segment für einen Rauchartikel, hergestellt aus diesem Filterma terial.
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 dient dazu, die 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 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 Ae rosol 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 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 oder nach anderen Verfahren aufbereiteten Tabak um fasst. Weitere, teilweise optionale Segmente im Rauchartikel dienen dazu, das Aerosol weiter zuleiten, 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 Polymeren wie Celluloseacetat oder Polylactiden zu bilden. Nach dem Konsum des Rauchartikels muss der Rauchartikel ge eignet entsorgt werden. In vielen Fällen wirft der Konsument aber den konsumierten Rauch- artikel einfach in der Umwelt weg und Versuche, dieses Verhalten durch Information oder Strafen einzuschränken, waren wenig erfolgreich.
Da Celluloseacetat und Polylactide in der Umwelt nur sehr langsam biologisch abgebaut wer den, haben Papier und cellulosebasierte Vliese an Bedeutung gewonnen.
Beispielsweise ist es bei der Herstellung eines Segments möglich, eine Bahn aus Papier oder einem cellulosebasierten Vlies zunächst in Längsrichtung zu crimpen, bevor es zu einem end losen Strang geformt und mit einem Umhüllungsmaterial umhüllt wird. Abschließend kann der endlose Strang in für die weitere Verarbeitung geeignete Stücke geschnitten werden.
Beim Crimpen der Bahn kann die Bahn durch zwei mit einem Muster versehene Rollen durch geführt werden, die dieses Muster auf die Bahn einprägen. Beispielsweise kann dieses Muster ein in Maschinenrichtung der Bahn orientiertes Linienmuster sein. Derartige eingeprägte Li nien dehnen und verformen die Bahn in der zur Maschinenrichtung orthogonalen Richtung, der Querrichtung, sodass danach ein endloser Strang durch Zusammenschieben der Bahn in Querrichtung einfacher gebildet werden kann.
Bei der beschriebenen Art des Crimpens kann es allerdings Vorkommen, dass die Bahn in Qu errichtung reißt. Es besteht daher ein Bedarf an einem Filtermaterial, das diesen Nachteil nicht oder nur in einem geringeren Ausmaß aufweist, aber ansonsten den bevorzugten Filtermateri alien soweit wie möglich identisch ist.
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 bahnförmiges Filtermaterial für einen Rauch artikel zur Verfügung zu stellen, das sich mit hoher Produktivität zu einem Segment eines Rauchartikels verarbeiten lässt und ansonsten hinsichtlich seiner Eigenschaften bevorzugten Filtermateriahen möglichst ähnlich ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Filtermaterial nach Anspruch l, ein Segment für einen Rauchar tikel nach Anspruch 17, und einen Rauchartikel nach Anspruch 24 gelöst, sowie durch ein Ver fahren zur Herstellung eines Segments nach Anspruch 23 und ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filtermaterials nach Ansprüchen 28, 31 und 32. Vorteilhafte Weiter bildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfinder haben gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Filtermaterial zur Herstellung ei nes Segments für einen Rauchartikel gelöst werden kann, wobei das Filtermaterial bahnförmig ist und mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält und wobei das Filtermaterial ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist.
Die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, beträgt mindestens 25 pm und höchstens 1000 pm .Die Dicke beeinflusst die Menge an Filtermaterial, die in das Seg ment des Rauchartikels gepackt werden kann und damit Zugwiderstand und Filtrationseffizi enz des Segments, aber auch die Verarbeitbarkeit des Filtermaterials, insbesondere wenn es zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel gecrimpt oder gefaltet wird. Für solche Prozessschritte ist eine zu hohe Dicke ungünstig und Dicken in dem genannten Intervall erlau- ben eine besonders gute Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels.
Ferner weist das Filtermaterial eine Maschinenrichtung und eine dazu in der Ebene der Bahn des Filtermaterials orthogonal hegende Querrichtung auf. Ferner weist das Filtermaterial eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung auf, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtlineare Anteil der Verformungsener gie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt. Diese charakteristische plastische Verformbarkeit ist stärker ausgeprägt, als dies bei herkömmlichen Filtermateriahen der Fall ist. Bei der Herstellung und Weiterverarbeitung des Filtermaterials läuft das Filtermaterial in ei ner Richtung, der sogenannten Maschinenrichtung durch die Maschine und das Filtermaterial besitzt eine zur Maschinenrichtung orthogonale, in der Bahnebene des Filtermaterials lie gende Richtung, die Querrichtung.
Bei der Verarbeitung eines Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels wird das Fil termaterial vorzugsweise gecrimpt. Dazu wird das Filtermaterial beispielsweise durch zwei mit einem Muster versehenen Rollen durchgeführt, die dieses Muster auf die Bahn einprägen. Vor zugsweise ist dieses Muster ein in Maschinenrichtung der Bahn orientiertes Linienmuster. Die eingeprägten Linien dehnen und verformen das Filtermaterial in der zur Maschinenrichtung orthogonalen Richtung, der Querrichtung. Ein auf diese Weise verformtes Filtermaterial kann einfacher in Querrichtung zusammengeschoben und so ein endloser Strang zur Herstellung der Segmente erzeugt werden. Ein Problem bei diesem Verfahren besteht allerdings darin, dass durch die beiden Rollen eine hohe Dehnung in Querrichtung auf die Bahn ausgeübt werden muss, um eine erwünschte Ver formung des Filtermaterials zu bewirken, und dass deshalb die Gefahr besteht, dass das Filter material in Querrichtung reißt. Der Fachmann könnte nun versucht sein, die Bruchdehnung des Filtermaterials in Querrichtung zu erhöhen, sodass das Filtermaterial größere Verformun- gen toleriert ohne zu reißen. Die Erfinder haben aber erkannt, dass dies das Problem nicht löst, denn um eine bleibende Verformung in Querrichtung zu erreichen, muss dann die Dehnung noch weiter erhöht werden, sodass die Gefahr noch weiter steigt, die Bruchlast in Querrichtung zu überschreiten. Nach den Erkenntnissen der Erfinder kommt es vielmehr darauf an, dass bei der Dehnung in Querrichtung, der das Filtermaterial beim Crimpen ausgesetzt ist, eine bleibende, plastische und keine elastische Verformung bewirkt wird. Wenn eine solche plastische Verformung be reits mit höherem Abstand der Rollen beim Crimpen erreicht werden kann, reduziert sich die Gefahr, dass das Filtermaterial bei der Verarbeitung in Querrichtung reißt. Generell sollte es dabei ausreichen, das Filtermaterial in Querrichtung bis etwa zur Hälfte seiner Bruchdehnung zu dehnen.
Die Erfinder haben nun gefunden, dass durch geeignete Verfahren das Filtermaterial mit einer Struktur ausgestattet werden kann, die eine gute plastische Verformbarkeit in Querrichtung erlaubt und so das Crimpen vereinfacht. Dazu geeignete Verfahren sind weiter unten erläutert. Diese plastische Verformbarkeit in Querrichtung kann dabei durch einen Zugversuch gemäß ISO 1924-2:2008 charakterisiert werden. In diesem Zugversuch wird ein Streifen mit 15 mm Breite in Querrichtung aus der Probe entnommen und mit einer Geschwindigkeit von 20 mm/ min bis zum Bruch gedehnt. Dabei werden die Dehnung e und die aufgewendete Kraft F erfasst, sodass sich eine Kraft-Dehnungs-Kurve F( ) ergibt. Ebenso werden die Bruchdehnung 8b und die Zugfestigkeit F( b) erfasst. Die bis zur halben Bruchdehnung 8b/ 2 vom Filtermaterial aufgenommene Verformungsenergie E ergibt sich dann aus
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wobei in der Praxis das Integral numerisch berechnet wird.
Diese Verformungsenergie besteht aus einem elastischen und einem plastischen Anteil. Die elastische Verformung geht nach Entlastung zurück, sodass sie nichts zum Ergebnis des Crim pens beiträgt. Die plastische Verformung hingegen ist irreversibel, sodass schon bei geringer Dehnung durch die beiden Rollen ein gutes Ergebnis beim Crimpen erwartet werden kann, wenn der Anteil der plastischen Verformungsenergie an der gesamten Verformungsenergie höher ist als bei vergleichbaren Filtermaterialien aus dem Stand der Technik.
Eine elastische Verformung ist generell mit einer Proportionalität zwischen Dehnung und Kraft assoziiert. Unter der fiktiven Annahme, dass sich das Filtermaterial bis zur halben Bruch dehnung ideal linear elastisch verhält, kann die Verformungsenergie Eim bis zur halben Bruch dehnung durch
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berechnet werden.
Der über diese Verformungsenergie hinausgehende nichtlineare Anteil Eni der in das Filterma terial bis zur halben Bruchdehnung eingebrachten Verformungsenergie ist dann
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Nach den Erkenntnissen der Erfinder lassen sich sehr gute Ergebnisse beim Crimpen erzielen, wenn der bis zur halben Bruchdehnung in Querrichtung aufgenommene nichtlineare Anteil der Verformungsenergie mindestens 10% der gesamten bis zur halben Bruchdehnung in Qu- errichtung aufgenommenen Verformungsenergie beträgt, also
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gilt. Diese Überlegungen zur Quantifizierung des plastischen Verhaltens können durch das in Fig. l dargestellte Diagramm illustriert werden, wie es beispielsweise bei der Durchführung eines Zugversuchs gemäß ISO 1924-2:2008 entstehen kann. Auf der x-Achse 10 ist die Dehnung e aufgetragen, während auf der y- Achse 11 die zur Erzeugung dieser Dehnung nötige Kraft F( ) aufgetragen ist. Ausgehend von einem unbelasteten Zustand 12 wird die Dehnung e mit einer Rate von 20 mm/min erhöht und gleichzeitig die Kraft F(c) gemessen, wobei die Kraft-Deh- nungs-Kurve 13 entsteht. Die Dehnung wird dabei so weit gesteigert, bis die Probe im Zustand 14 reißt, und daraus werden die Bruchdehnung Cb und die Zugfestigkeit F(cb) bestimmt. Bei der Herstellung eines Segments aus dem Filtermaterial kann das Filtermaterial stellen weise beispielsweise in etwa bis zur halben Bruchdehnung Cb/ 2, Punkt 15, mit der zugehörigen Kraft F(c /2) belastet werden, sodass man den Zustand 16 erreicht.
Die Linie 17, die die Punkte 12 und 16 verbindet, würde ein fiktives linear elastisches Verhalten repräsentieren und die lineare Verformungsenergie Eim entspricht der Fläche des von den Punkten 12, 16 und 15 gebildeten Dreiecks. Die gesamte Verformungsenergie E hingegen ent spricht der durch die Linien von Punkt 12 bis Punkt 15, von Punkt 15 bis Punkt 16 und der Linie 13 von Punkt 16 bis Punkt 12 eingeschlossenen Fläche. Der nichtlineare Anteil Eni der Verfor mungsenergie, der im Rahmen der Erfindung zur Charakterisierung des erfindungsgemäßen Filtermaterials herangezogen wird, entspricht jener Fläche, die von den Linien 17 und 13, je weils zwischen den Punkten 12 und 16 begrenzt wird. Je stärker sich also die Kraft-Dehnungs- Kurve nach oben durchbiegt und je mehr sie von einem fiktiven linear elastischen Verhalten abweicht, umso größer ist das Potenzial für plastische und damit irreversible Verformung. Bei der Herstellung von Segmenten aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial kann die Deh nung in Querrichtung beim Crimpen natürlich von der halben Bruchdehnung abweichen, der nichtlineare Anteil der Verformungsenergie bis zur halben Bruchdehnung hat sich aber unab hängig von der tatsächlich aufgewendeten Dehnung und dem tatsächlichen elastisch-plasti schen Verhalten als geeigneter Parameter herausgestellt, um die Struktur des erfindungsge- mäßen Filtermaterials zu charakterisieren und das Verhalten des Filtermaterials beim Crim pen vorherzusagen.
Zum Vergleich zeigt Fig. 2 das Verhalten eines typischen herkömmlichen und nicht erfin dungsgemäßen Filtermaterials. Auch hier wird ein Zugversuch gemäß ISO 1924-2:2008 an ei- ner Probe in Querrichtung durchgeführt. Auf der x-Achse 20 ist die Dehnung e aufgetragen, während auf der y-Achse 21 die zur Erzeugung dieser Dehnung nötige Kraft F(c) aufgetragen ist. Ausgehend von einem unbelasteten Zustand 22 wird die Dehnung e mit einer Rate von 20 mm/ min erhöht und gleichzeitig die Kraft F( ) gemessen, wobei die Kraft-Dehnungs-Kurve 23 entsteht. Die Dehnung wird dabei so weit gesteigert, bis die Probe im Zustand 24 reißt und daraus werden die Bruchdehnung 8b und die Zugfestigkeit F( b) bestimmt. Bei der Herstellung eines Segments aus dem Filtermaterial kann das Filtermaterial beispiels weise in etwa bis zur halben Bruchdehnung b/2, Punkt 25, mit der zugehörigen Kraft F( b/2) belastet werden, sodass man den Zustand 26 erreicht.
Die Linie 27, die die Punkte 22 und 26 verbindet würde ein linear elastisches Verhalten reprä- sentieren und die zugehörige Verformungsenergie Eim entspricht der Fläche des von den Punk ten 22, 26 und 25 gebildeten Dreiecks. Die gesamte Verformungsenergie E hingegen entspricht der durch die Linien von Punkt 22 bis Punkt 25, von Punkt 25 bis Punkt 26 und der Linie 23 von Punkt 26 bis Punkt 22 eingeschlossenen Fläche. Der nichtlineare Anteil Eni der Verfor mungsenergie entspricht jener Fläche, die von den Linien 27 und 23, jeweils zwischen den Punkten 22 und 26 begrenzt wird. Man erkennt, dass bei sehr ähnlicher Bruchdehnung und sehr ähnlichem linearen Anteil der Verformungsenergie der Anteil der nichtlinearen Verfor mungsenergie wesentlich geringer ist. Ein solches Filtermaterial wird daher auf die Verfor mung vor allem elastisch reagieren und nach Entlastung im Wesentlichen die gesamte Verfor mung zurückbilden. Um eine ähnliche plastische Verformungsenergie wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Filtermaterial einzubringen, angedeutet durch die Linie 28, müsste das Filter material bis zum Punkt 29 gedehnt werden. Die dazu nötige Dehnung ist deutlich höher und vor allem kommt die erforderliche Kraft nahe an die Bruchlast in Querrichtung. Bei kleinen Störungen der Maschine oder Schwankungen in der Qualität des Filtermaterials kann das Fil termaterial daher in Querrichtung reißen. Das erfindungsgemäße Filtermaterial aus Fig. 1 hin- gegen hat eine Struktur, die bereits bei geringer Dehnung eine bleibende Verformung in Quer richtung erlaubt, weshalb sich daraus Segmente für Rauchartikel zuverlässiger herstellen las sen.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial ist bahnförmig, damit es für das Crimpen gut geeignet ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Filtermaterials ist das Filtermaterial ein wasser strahlverfestigtes Vlies oder ein Papier. In einer bevorzugten Ausführungsform des Filtermaterials ist das Filtermaterial ein wasser strahlverfestigtes Vlies. In einer bevorzugten Ausführungsform des Filtermaterials ist das Filtermaterial ein Papier.
Obwohl der Begriff „wasserstrahlverfestigt“ zunächst auf das zugrundeliegende Herstellungs verfahren hinweist, ist zu berücksichtigen, dass ein wasserstrahlverfestigtes Vlies charakteris tische strukturelle Eigenschaften hat, die es von anderen Vliesen unterscheidet, und die nach Wissen der Erfinder nicht auf identische Weise durch ein anderes Herstellungsverfahren er reicht werden können. Anders als beispielsweise bei Papier, bei dem die Festigkeit vornehm lich durch Wasserstoffbrücken bewirkt wird und die Fasern vor allem in der Ebene des Papiers angeordnet sind, wird bei dem wasserstrahlverfestigten Vlies die Festigkeit durch die Verwir belung der Fasern erreicht. Ein wasserstrahlverfestigtes Vlies weist eine besonders poröse Struktur auf, die es als Filtermaterial für Segmente von Rauchartikeln besonders gut geeignet macht.
Im Fall, dass das Filtermaterial ein Papier ist, lässt sich eine ähnliche poröse Struktur bevor zugt mittels einer Schrägsiebpapiermaschine erzeugen. Die im folgenden beschriebenen Ei genschaften des erfindungsgemäßen Filtermaterials, der aus dem Filtermaterial gefertigten er findungsgemäßen Segmente und der aus dem Segment gefertigten erfindungsgemäßen Rauch artikel gelten daher unabhängig davon, ob es sich bei dem erfindungsgemäßen Filtermaterial um ein wasserstrahlverfestigtes Vlies oder ein Papier handelt.
Insbesondere umfasst das weiter unten erläuterte dritte eründungsgemäße Verfahren zur Her stellung des erfindungsgemäßen Filtermaterials eine Kombination aus Papierherstellung und Wasserstrahlverfestigung, sodass das so erhaltene Filtermaterial nicht eindeutig als Papier o- der wasserstrahlverfestigtes Vlies bezeichnet werden kann.
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 mehr als 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 Rauchartikel verarbeitet werden kann. Die Angaben beziehen sich auf ein Flächengewicht, das nach ISO 536:2019 gemessen wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Filtermaterial beträgt in einem Zugversuch in Querrichtung ge mäß ISO 1924-2:2008 der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtlineare Anteil der Verformungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie. Bevorzugt beträgt der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nicht lineare Anteil der Verformungsenergie mindestens 15% und höchstens 40% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie und be sonders bevorzugt beträgt der nichtlineare Anteil mindestens 15% und höchstens 35%, und insbesondere mindestens 18% und höchstens 32%. In den bevorzugten und besonders bevor zugten Intervallen lässt sich bei moderater Dehnung ein sehr gutes Ergebnis beim Crimpen erzielen und das Risiko, dass das Filtermaterial in Querrichtung reißt ist besonders gering.
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 0- 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 sche Partikel und insbesondere Calciumcarbonatpartikel gebildet ist. Da die Struktur des Fil termaterials sehr porös ist, ist sie nicht dafür geeignet, Füllstoffe festzuhalten, sodass es güns tig ist, die Cellulosefasern mit den Füllstoffen zu beladen und sie so in der Struktur des Filter- materials zu fixieren. Füllstoffe können dazu dienen, dem Filtermaterial spezielle Eigenschaf ten zu verleihen. Die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, beträgt mindestens 25 mih und höchstens 1000 mih, bevorzugt mindestens 30 mih und höchstens 800 mih und beson ders bevorzugt mindestens 35 mih und höchstens 600 mih.. 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 in Querrichtung, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt bevorzugt mindestens 0,05 kN/m und höchstens 5 kN/m, besonders bevorzugt min destens 0,07 kN/m und höchstens 4 kN/m.
Die Bruchdehnung des Filtermaterials in Querrichtung, gemessen nach ISO 1924-2:2008, be trägt daher bevorzugt mindestens 0,5% und höchstens 50% und besonders bevorzugt mindes tens 0,8% und höchstens 40%. Die Bruchdehnung wird vor allem durch die Länge der Fasern bestimmt, wobei längere Fasern zu höherer Bruchdehnung führen, und sie kann so in einem weiten Bereich an die spezifischen Anforderungen des Filtermaterials angepasst werden.
Aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial können nach aus dem Stand der Technik an sich bekannten Verfahren erfindungsgemäße Segmente für Rauchartikel hergestellt werden. Diese Verfahren umfassen beispielsweise das Crimpen des Filtermaterials, das Formen eines endlo- sen Strangs aus dem gecrimpten 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 vor oder während der Herstellung des Rauchartikels in Seg- mente der gewünschten Länge geschnitten.
Das erfindungsgemäße Segment für Rauchartikel umfasst das erfindungsgemäße Filtermate rial und ein Umhüllungsmaterial. Konkret umfasst das Segment ein in Querrichtung zusammengeschobenes Filtermaterial und ein Umhüllungsmaterial, wobei das Filtermaterial mindestens 50% und höchstens 100% Cel lulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält. Dabei weist das Filter material ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 auf, und die Di cke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, beträgt mindestens 25 pm und höchstens 1000 pm. Zur Bestimmung des Flächengewichts wird die Fläche des Filterma terials zugrunde gelegt, wenn dieses ausgebreitet (also nicht mehr zusammengeschoben) ist, und auch die Dicke einer solchen Lage bezieht sich selbstverständlich auf das ausgebreitete Filtermaterial.Das Filtermaterial weist eine Querrichtung auf, in der das Filtermaterial zu sammengeschoben ist. Um das Zusammenschieben des Filtermaterials zu erleichtern, kann dieses durch Crimpen oder Falten vorgeformt werden. Der Begriff „Zusammenschieben“ ist hierbei weit zu verstehen, und das darin enthaltene Verb „schieben“ soll keine bestimmte me chanische Art suggerieren, auf die der „zusammengeschobene“ Zustand hergestellt wird. Auch ein „geraffter“ Zustand ist beispielsweise ein „zusammengeschobener“ Zustand im Sinne der vorliegenden Offenbarung, unabhängig davon, auf welche mechanische Weise die Raffung o- der Verkürzung in Querrichtung erzeugt wird. Ferner weist das Filtermaterial im nicht zusam mengeschobenen Zustand eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung auf, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtline are Anteil der Verformungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt.
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.
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 vorzugsweise ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tabak, rekonstituiertem Tabak, Nikotin, Glycerol, Propylengly kol oder Mischungen daraus. Das aerosolbildende Material kann dabei auch in flüssiger Form vorhegen und sich in einem geeigneten Behältnis im Rauchartikel befinden. Nach den Erkenntnissen der Erfinder kann der erfindungsgemäße nichtlineare Anteil der Ver formungsenergie dadurch erreicht werden, dass die Fasern im Filtermaterial stärker in Ma schinenrichtung des Filtermaterials ausgerichtet werden. Dies lässt sich durch die im folgen den beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erreichen.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann nach einem ersten, erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, das die folgenden Schritte Ai bis A3 umfasst.
Ai - Bereitstellen einer Faserbahn umfassend Cellulosefasern, die eine Maschinenrichtung und eine dazu orthogonale in der Bahnebene liegende Querrichtung aufweist,
A2 - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch auf die Faserbahn gerichtete Wasserstrah len, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,
A3 - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn, wobei in Schritt Ai die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern in der Faserbahn so gewählt ist, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt A3 mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt A2 Anzahl, Druck oder Anordnung der Wasserstrahlen so gewählt sind, dass dem Filtermaterial eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung verliehen wird, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem am Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt A3 durchgeführten Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der nichtli neare Anteil der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen Verfor mungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Fil termaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt, wobei das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt A3 ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist, und wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, nach dem Trocknen in Schritt A3, mindestens 25 pm und höchstens 1000 pm be trägt..
Die in Schritt A2 auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahlen bewirken eine Verwirbelung der Cellulosefasern, wobei die für das günstige plastische Verhalten in Querrichtung förderli che Struktur erzeugt werden kann. Unter dem „Druck des Wasserstrahls“ versteht dabei der Fachmann jenen Druck, der zur Erzeugung des Wasserstrahls, beispielsweise in einer Druck kammer, aufgewendet wird. Nach den Erkenntnissen der Erfinder kommt es zur Erzielung ei nes günstigen plastischen Verhaltens des Filtermaterials darauf an, dass der Anteil der in Qu errichtung orientierten Fasern im Filtermaterial gering ist und die Fasern mehr in Maschinen richtung und Dickenrichtung ausgerichtet sind. Um diese erfindungsgemäße Struktur im Fil termaterial zu erzeugen sollen die Wasserstrahlen in Querrichtung nahe nebeneinander ange ordnet sein. Durch die Nähe der gleichzeitig auf die Faserbahn auftreffenden Wasserstrahlen weicht das Wasser eher in Maschinenrichtung als in Querrichtung aus und orientiert die Fa sern entsprechend dieser Richtung.
Der Druck der Wasserstrahlen kann dabei gegenüber dem üblicherweise verwendeten Druck reduziert werden. Der Abstand und der Druck der Wasserstrahlen hängt aber auch erheblich von der Größe der Öffnungen ab, aus denen die Wasserstrahlen austreten, und vor allem auch von der Geschwindigkeit der Faserbahn, sodass der Fachmann den konkreten Wert anhand der Erfahrung, in Anlehnung an die konkreten Ausführungsbeispiele und durch einfache Ex perimente wählen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Wasserstrahlen verwendet, um das Wasserstrahlverfestigen in Schritt A2 auszu führen, wobei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe quer zur Maschinenrichtung der Faserbahn angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wasser strahlverfestigen in Schritt A2 durch mindestens zwei Reihen von auf die Faserbahn gerichte ten Wasserstrahlen bewirkt, wobei besonders bevorzugt auf jede der beiden Seiten der Faser bahn mindestens eine Reihe der Wasserstrahlen wirkt.
Das nach diesem ersten Verfahren hergestellte Filtermaterial soll zur Verwendung in Segmen ten für Rauchartikel geeignet sein. Dies bedeutet, dass es insbesondere sämtliche Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen kann, die oben im Zusammenhang mit dem Filterma terial beschrieben wurden und in den auf das Filtermaterial gerichteten Ansprüchen definiert sind.
Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann nach einem zweiten, erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellt werden, das die Schritte Bi bis B4 umfasst.
Bi - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Cellulosefasern,
B2 - Aufbringen der Suspension aus Schritt Bi auf ein umlaufendes Sieb,
B3 - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um eine Faserbahn zu bilden, B4 - Trocknen der Faserbahn aus Schritt B3, wobei in Schritt Bi die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern so gewählt ist, dass das Fil termaterial nach dem Trocknen in Schritt B4 mindestens 50% und höchstens 100% Cellulose fasern bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt B3 durch die Laufrichtung des Siebs eine Maschinenrichtung der Faserbahn definiert wird und durch die dazu orthogonale in der Ebene der Faserbahn liegende Richtung eine Querrichtung definiert wird, und wobei in Schritt B2 die Suspension mit einer Geschwindigkeit auf das umlaufende Sieb aufge- bracht wird, die geringer ist als die Geschwindigkeit des umlaufenden Siebs, und die Differenz dieser Geschwindigkeiten so gewählt ist, dass dem Filtermaterial eine charakteristische plas tische Verformbarkeit in Querrichtung verliehen wird, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem am Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt B4 durchgeführten Zugversuch in Qu errichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der nichtlineare Anteil der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen Verformungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verfor mungsenergie beträgt, wobei das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt B4 ein Flächengewicht von mindestens 15 g/ m2 und höchstens 60 g/ m2 aufweist, und wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, nach dem Trocknen in Schritt B4, mindestens 25 pm und höchs tens 1000 pm beträgt.
Dabei sind die Geschwindigkeiten des umlaufenden Siebs und der Suspension jeweils in Bezug auf dasselbe Bezugssystem zu verstehen, sodass voneinander abweichende Geschwindigkeiten zu einer Relativgeschwindigkeit zwischen Suspension und umlaufendem Sieb führt, die bei dieser Ausführungsform des Verfahrens ausgenutzt wird.
Das nach diesem zweiten Verfahren hergestellte Filtermaterial soll zur Verwendung in Seg menten für Rauchartikel geeignet sein. Dies bedeutet, dass es insbesondere sämtliche Merk- male einzeln oder in Kombination aufweisen kann, die oben im Zusammenhang mit dem Fil termaterial beschrieben wurden und in den auf das Filtermaterial gerichteten Ansprüchen de finiert sind.
In diesem zweiten erfindungsgemäßen Verfahren erhält die Faserbahn die gewünschte Struk- tur, indem die Geschwindigkeit, mit der die Suspension in Schritt B2 auf das umlaufende Sieb strömt, und die Geschwindigkeit des umlaufenden Siebs in Schritt B2 aufeinander geeignet abgestimmt werden. Insbesondere soll nach den Erkenntnissen der Erfinder die Geschwindig keit, mit der die Suspension in Schritt B2 auf das umlaufende Sieb strömt, kleiner sein als die Geschwindigkeit des umlaufenden Siebs. Durch den Geschwindigkeitsunterschied wird die Suspension vom Sieb mitgenommen und es entstehen in der Suspension Scherkräfte, die die Cellulosefasern in Maschinenrichtung ausrichten und so zu einer Struktur des Filtermaterials beitragen, die zu der erfindungsgemäßen plastischen Verformbarkeit in Querrichtung führt. Die Größe des Geschwindigkeitsunterschieds kann der Fachmann nach seiner Erfahrung und anhand der Ausführungsbeispiele oder durch einfache Experimente bestimmen. Nach Erfah rungen der Erfinder kann eine Struktur mit der gewünschten plastischen Verformbarkeit in Querrichtung in vielen Fällen erreicht werden, wenn in Schritt B2 die Suspension mit einer Geschwindigkeit auf das umlaufende Sieb aufgebracht wird, die lediglich etwa 90 % der Ge schwindigkeit des umlaufenden Siebs, beispielsweise zwischen 88 % und 93 % der Geschwin digkeit des umlaufenden Siebs beträgt. Diese Angabe dient indes lediglich als Anhaltspunkt, ein geeigneter numerischer Wert der Differenzgeschwindigkeit wird zumindest teilweise von den übrigen Prozessparametern abhängen, und der Fachmann wird ihn deshalb in der Praxis experimentell ermitteln, wobei als Leitlinie und letztlich entscheidendes Kriterium die erhal tene charakteristische plastische Verformbarkeit des so hergestellten Filtermaterials in Quer richtung dient, die wie oben beschrieben unter Bezugnahme auf den Zugversuch in Querrich tung gemäß ISO 1924-2:2008 charakterisiert ist. Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann auch in einem dritten, erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellt werden, das eine Kombination des ersten und des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens ist, und die Schritte Ci bis C6 aufweist.
Ci - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Cellulosefasern,
C2 - Aufbringen der Suspension aus Schritt Ci auf ein umlaufendes Sieb, C3 - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um eine Faserbahn zu bilden, C4 - Überführen der Faserbahn aus Schritt C3 auf ein Stützsieb,
C5 - Wasserstrahl verfestigen der Faserbahn durch auf die Faserbahn gerichtete Wasserstrah len, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,
C6 - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn, wobei in Schritt Ci die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern so gewählt ist, dass das Fil termaterial nach dem Trocknen in Schritt C6 mindestens 50% und höchstens 100% Cellulose fasern bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt C3 durch die Laufrichtung des Siebs eine Maschinenrichtung der Faserbahn definiert wird und durch die dazu orthogonale in der Ebene der Faserbahn liegende Richtung eine Querrichtung definiert wird, wobei das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C6 ein Flächengewicht von mindestens 15 g/ m2 und höchstens 60 g/ m2 aufweist, und wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, nach dem Trocknen in Schritt C6, mindestens 25 pm und höchs tens 1000 pm beträgt, wobei in Schritt C2 die Suspension mit einer Geschwindigkeit auf das umlaufende Sieb aufge bracht wird, die geringer ist als die Geschwindigkeit des umlaufenden Siebs, und wobei die Differenz dieser Geschwindigkeiten in Schritt C2 und Anzahl, Druck und/ oder Anordnung der Wasserstrahlen in Schritt C5 so gewählt sind, dass dem Filtermaterial eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung verliehen wird, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem am Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C6 durchgeführten Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der nichtlineare Anteil der bis zur halben Bruchdeh nung vom Filtermaterial aufgenommenen Verformungsenergie mindestens 10% und höchs tens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Ver formungsenergie beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten oder dritten erfindungsgemäßen Verfah rens hat die wässrige Suspension in Schritt Bi bzw. Ci 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 B3 eine Faserbahn mit geringer Dichte zu bilden, was sich günstig auf die Filtra tionseffizienz eines daraus gefertigten Segments auswirkt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten oder dritten erfindungsgemäßen Verfah rens ist das umlaufende Sieb der Schritte B2 und B3 bzw. C2 und C3 in Maschinenrichtung der Faserbahn gegen die Horizontale um einen Winkel von mindestens 30 und höchstens 40° auf wärts 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 des zweiten oder dritten erfindungsgemäßen Verfah rens 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 B3 bzw. C3 zu unterstützen, wobei die Druckdifferenz besonders bevorzugt durch Vakuumkästen oder geeignet geformte Flügel erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten, zweiten oder dritten erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trocknen in Schritt A3, B4 bzw. C6 zumindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellenstrahlung bewirkt. Eine Trock nung durch direkten Kontakt mit einer beheizten Oberfläche ist ebenfalls möglich, aber weni ger bevorzugt, weil dabei die Dicke des Filtermaterials abnehmen kann.
Die bevorzugten Ausführungsformen des ersten erfindungsgemäßen Verfahrens sind auch auf das dritte erfindungsgemäße Verfahren anwendbar, wobei Schritt A2 dem Schritt C5 und Schritt A3 dem Schritt C6 entspricht. Ebenso sind die bevorzugten Ausführungsformen des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens auch auf das dritte erfindungsgemäße Verfahren an wendbar, wobei Schritt Bi dem Schritt Ci, Schritt B2 dem Schritt C2, Schritt B3 dem Schritt C3 und Schritt B4 dem Schritt C6 entspricht.
In einer bevorzugten Ausführungsform des ersten, zweiten oder dritten erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren einen weiteren Schritt, in dem ein oder mehrere Zusatz stoffe auf die Faserbahn aufgetragen werden. Die Zusatzstoffe sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Alkylketendimeren (AKD), Säureanhydriden, wie Alkenylb ernst ein- säureanhydriden (ASA), Polyvinylalkohol, Wachsen, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivaten, Car- boxymethylcellulose, Alginaten, Chitosan, Nassfestmitteln oder Substanzen zur Einstellung des pH-Werts, wie beispielsweise organischen oder anorganischen Säuren oder Laugen, und Mischungen daraus. Alternativ oder zusätzlich können auch ein oder mehrere Zusatzstoffe auf getragen werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, wie Trinatrium- zitrat oder Trikaliumzitrat, Malaten, Tartraten, Acetaten, wie Natriumacetat oder Kaliu macetat, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Sa- licylaten, a-Hydroxycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbo- naten, und Mischungen daraus.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufträgen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe zwischen den Schritten Ä2 und A3 des erfindungsgemäßen Verfahrens oder nach dem Schritt A3, gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.
In einer bevorzugten Ausführungsform des zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufträgen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe zwischen den Schritten B3 und B4 des erfindungsgemäßen Verfahrens oder nach dem Schritt B4 gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.
In einer bevorzugten Ausführungsform des dritten erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufträgen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe zwischen den Schritten C3 und C4 oder C4 und C5 oder C5 und C6 oder nach dem Schritt C6 gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Kraft-Dehnungs-Diagramm eines erfindungsgemäßen
Filtermaterials. Figur 2 zeigt ein beispielhaftes Kraft-Dehnungs-Diagramm eines nicht erfindungsge mäßen Filtermaterials.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung, mittels der das dritte erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filtermaterials durchgeführt werden kann.
Figur 4 zeigt an den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen A, B und C in Querrich tung gemessene Kraft-Dehnungs-Kurven.
Figur 5 zeigt an dem nicht erfindungsgemäßen Vergleichsbeispiel Z in Querrichtung ge messene Kraft-Dehnungs-Kurven.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORMEN UND EINES VERGLEICHSBEISPIELS
Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen des Filtermaterials, der Verfah ren zur Herstellung des Filtermaterials, des Segments für Rauchartikel und des Rauchartikels beschrieben. Ferner wird ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel beschrieben.
Ausführungsbeispiele A, B und C
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele A, B und C wurde die in Figur 3 dargestellte Vorrichtung verwendet. Eine Suspension 31 aus Zellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose wurde in einem Vorratsbehälter 32 bereitgestellt, Schritt Ci, und von dort auf ein umlaufendes, gegen die Ho rizontale aufwärts geneigtes Sieb 33 gepumpt, Schritt C2, und durch Vakuumkästen 39 ent wässert, Schritt C3, sodass sich auf dem Sieb eine Faserbahn 34 bildete, deren generelle Bewe gungsrichtung durch den Pfeil 310 angedeutet ist. Dabei wurde die Geschwindigkeit mit der sich das Sieb 33 bewegt um etwa 10% höher gewählt als die Geschwindigkeit der aus dem Vor ratsbehälter 32 ausströmenden Suspension 31, um die Fasern vor allem in Maschinenrichtung zu orientieren. Die Faserbahn 34 wurde vom Sieb 33 abgenommen und auf ein ebenfalls um laufendes Stützsieb 35 übergeführt, Schritt C4. Dort wurden aus Vorrichtungen 36 in mehre ren Reihen quer zur Maschinenrichtung der Faserbahn 34 angeordnete Wasserstrahlen 311 auf die Faserbahn 34 gerichtet, um die Fasern zu verwirbeln und die Faserbahn 34 zu einem Vliesstoff zu verfestigen, Schritt C5. In Fortsetzung von Schritt C5 wurden durch zusätzliche Vorrichtungen 37 auch Wasserstrahlen 312 auf die andere Seite der Faserbahn 34 gerichtet. Danach durchlief der noch feuchte Vliesstoff eine Trocknungseinrichtung 38 und wurde dort getrocknet, Schritt C6, um das Filtermaterial zu erhalten.
Zur Herstellung des 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 Filter material hatte ein Flächengewicht, gemäß ISO 536:2019, von 55 g/m2.
In Schritt C5 des Herstellungsprozesses wurden zunächst in drei Reihen Wasserstrahlen, 311 in Fig. 3, auf die erste Seite der Faserbahn 34 gerichtet und danach wurde eine Reihe Wasser strahlen, 312 in Fig. 3, auf die zweite Seite der Faserbahn 34 gerichtet. Der Druck der Wasser strahlen wurde dabei zwischen 2 MPa und 40 MPa in drei Stufen (niedrig, mittel, hoch) vari iert, um unterschiedliche erfindungsgemäße Filtermaterialien A, B und C zu erhalten. Der Durchmesser der Öffnungen, aus denen die Wasserstrahlen austraten, war in den Reihen un- terschiedlich und wurden zwischen 80 um und 120 um gewählt, der Abstand der Öffnungen von Mittelpunkt zu Mittelpunkt betrug 0,3 mm.
Von diesen Filtermaterialien wurden Proben in Querrichtung entnommen und in einem Zug versuch gemäß ISO 1924-2:2008 das Kraft-Dehnungs-Diagramm aufgenommen. Das Ergeb- nis ist in Figur 4 dargestellt. Auf der x-Achse 40 ist die Dehnung in % aufgetragen, während auf der y-Achse 41 die Kraft in N aufgetragen ist. Die drei mit A, B und C beschrifteten Linien zeigen die Kraft-Dehnungs-Diagramme der drei erfindungsgemäßen Filtermaterialien A, B und C. Beispielhaft ist die Bestimmung des nichtlinearen Anteils der bis zu halben Bruchdeh nung aufgenommenen Verformungsenergie an der gesamten bis zur halben Bruchdehnung aufgenommenen Verformungsenergie für das Filtermaterial C erläutert.
Bei der halben Bruchdehnung 8b/ 2 wird die zugehörige Kraft F( b/ 2) ermittelt und daraus kann der lineare Anteil der Verformungsenergie Eim durch
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berechnet werden.
Die gesamte bis zur halben Bruchdehnung aufgenommene Verformungsenergie E entspricht der aus der von x-Achse 40 und Kurve C von =o bis =8b/2 aufgespannten Fläche und kann durch Verfahren der numerischen Integration problemlos mit ausreichender Genauigkeit be- stimmt werden. Zieht man davon den linearen Anteil der Verformungsenergie Eim ab, so ver bleibt die als schraffiert dargestellte Fläche, die dem nichtlinearen Anteil der Verformungs energie Eni entspricht. Die Bestimmung der Verformungsenergien bis zur halben Bruchdehnung wurde für alle drei Filtermaterialien A, B und C durchgeführt und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben, wobei E die gesamte Verformungsenergie, Eim den linearen Anteil der Verformungsenergie und Eni den nichtlinearen Anteil der Verformungsenergie jeweils in Querrichtung bis zur hal ben Bruchdehnung bedeuten. Die Verformungsenergien wurden numerisch aus der Kraft- Dehnungs-Kurve ermittelt und besitzen formal die Einheit N-%. Um auf die übliche Einheit J/m2 zu kommen, ist noch die Probengeometrie zu berücksichtigen. Da es hier aber nur auf die Verhältnisse zueinander ankommt und die Probengeometrien identisch sind, wird darauf verzichtet. Die Bruchdehnung 8b und die Kraft bei halber Bruchdehnung F( b/ 2) sind ebenfalls angegeben.
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Tabelle 1
Die Werte aus Tabelle 1 zeigen, dass bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen A, B und C ein nichtlinearer Anteil der Verformungsenergie von etwa 20% bis etwa 30% vorliegt. Es ist auch erkennbar, dass bei steigendem Druck der Wasserstrahlen die Bruchdehnung ab nimmt. Aus diesem Grund kann es von Vorteil sein, einen geringen Druck der Wasserstrahlen zu wählen, weil neben dem guten plastischen Dehnungsverhalten dann auch noch größere blei bende Verformungen beim Crimpen möglich sind.
Ausführungsbeispiel D
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels D wurde das zweite erfindungs gemäße Verfahren umfassend die Schritte Bi bis B4 gewählt.
Zur Herstellung des Filtermaterials wurde ein Gemisch aus Zellstofffasern aus Nadelhölzern und Lyocell® Fasern verwendet, wobei die Fasermengen so gewählt wurden, dass das fertige Filtermaterial aus 80% Zellstofffasern und 20% Lyocell® Fasern bestand. Das fertige Filter material hatte ein Flächengewicht, gemäß ISO 536:2019, von 15 g/m2.
In Schritt B2 des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde die Geschwindigkeit der ausströmen den Suspension etwa 10% geringer gewählt als die Geschwindigkeit des umlaufenden Siebs. Von dem so erhaltenen Filtermaterial D wurden vier Proben in Querrichtung entnommen und in einem Zugversuch gemäß ISO 1924-2:2008 das Kraft-Dehnungs-Diagramm aufgenommen. Die Auswertung der Kraft-Dehnungs-Diagramme erfolgte analog zu den Ausführungsbeispie len A bis C. Die Ergebnisse der vier Messungen sind in Tabelle 2 angeführt.
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Tabelle 2
Die Werte aus Tabelle 2 zeigen, dass bei dem erfindungsgemäßen Filtermaterial D ein nichtli nearer Anteil der Verformungsenergie von etwa 30% vorliegt und dass Wiederholmessungen am gleichen Probenmaterial eine geringe Streuung aufweisen. Dadurch wird belegt, dass die Verfahrensschritte Bi bis B3 in der Tat zu der gewünschten plastischen Verformbarkeit in Qu errichtung beitragen, wenn die Suspension in Schritt B2 mit verringerter Geschwindigkeit auf das umlaufende Sieb aufgebracht wird.
Ausführungsbeispiel E
Andererseits ist die in den Ausführungsbeispielen A bis C verwendete spezielle Durchführung des Schritts C2 (mit verringerter Auftragsgeschwindigkeit der Suspension) nicht notwendig, um die erfindungsgemäße charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung im wasserstrahlverfestigten Vlies zu erhalten. Dies ist aus dem im folgenden beschriebenen Aus führungsbeispiel E ersichtlich. Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels E wurde das erste erfindungsgemäße Verfahren umfassend die Schritte Ai bis A3 gewählt.
Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials wurde im Ausführungsbeispiel E ein Gemisch aus Zellstofffasern aus Nadelhölzern und Lyocell® Fasern verwendet, wobei die Fasermengen so gewählt wurden, dass das fertige Filtermaterial aus 80% Zellstofffasern und 20% Lyocell® Fasern bestand. Der Schritt Ai wurde durchgeführt, ohne den Zellstofffasern in der Faserbahn zunächst durch verringerte Auftragsgeschwindigkeit der Suspension wie in Schritten B2 bzw. C2 des zweiten bzw. dritten Verfahrens eine Vorzugsrichtung quer zur Ma schinenrichtung zu verleihen. Das fertige Filtermaterial hatte ein Flächengewicht, gemäß ISO 536:2019, von 15 g/m2.
Der Schritt A2 des Wasserstrahlverfestigens erfolgt wie Schritt C5 des Ausführungsbeispiels B. Von dem so erhaltenen Filtermaterial E wurden zwei Proben in Querrichtung entnommen und in einem Zugversuch gemäß ISO 1924-2:2008 das Kraft-Dehnungs-Diagramm aufgenommen. Die Auswertung der Kraft-Dehnungs-Diagramme erfolgte analog zu den Ausführungsbeispie len A bis C. Die Ergebnisse der zwei Messungen sind in Tabelle 3 angeführt.
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Tabelle 3
Die Werte aus Tabelle 3 zeigen, dass bei dem nach dem ersten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Filtermaterial E ein Anteil der nichtlinearen Verformungsenergie von etwa 17% vorliegt. Der Vergleich mit Ausführungsbeispielen A bis C, die mittels der Kombination aus geeigneter Durchführung des Wasserstrahlverfestigens in Schritt C5 und Vorstrukturierung der Faserbahn durch verringerte Auftragsgeschwindigkeit in Schritt C2, d. h. einer Kombina tion aus dem ersten und zweiten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden, zeigt, dass diese Kombination höhere Anteile der nichtlinearen Verformungsenergie von etwa 22% bis etwa 28% erlaubt und so zu einem besseren Verhalten beim Crimpen führen kann. Der Auf wand des kombinierten Verfahrens ist natürlich etwas höher als jener des ersten Verfahrens alleine, d. h. wenn wie in Ausführungsbeispiel E die erfindungsgemäße charakteristische plas tische Verformbarkeit in Querrichtung nur durch geeignete Durchführung der Wasserstrahl verfestigung in Schritt A2 erhalten wird. Das Ausführungsbeispiel E demonstriert, dass sich auch mit diesem einfacheren Verfahren erfindungsgemäße Filtermaterialien herstellen lassen.
Vergleichsbeispiel Z Zur Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Filtermaterials wurde dasselbe Gemisch aus Fasern verwendet wie in Ausführungsbeispiel D. Das Flächengewicht war weiterhin 15 g/m2, es wurden aber nur Maschineneinstellungen verwendet, wie sie bei der Herstellung herkömm licher Filterpapiere üblich sind. Von dem Filtermaterial des Vergleichsbeispiels Z wurden drei Proben in Querrichtung ent nommen und in einem Zugversuch gemäß ISO 1924-2:2008 das Kraft-Dehnungs-Diagramm aufgenommen. Die Auswertung der Kraft-Dehnungs-Diagramme erfolgte analog zu den Aus führungsbeispielen A bis C. Die Ergebnisse der drei Messungen sind in Tabelle 4 angeführt.
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Tabelle 4
Die Kraft-Dehnungs-Kurven von Vergleichsbeispiel Z sind in Fig. 5 dargestellt. Auch ohne quantitative Analyse ist bereits erkennbar, dass das Verhalten deutlich näher an einem linear elastischen Verhalten hegt, sodass Verformungen bei Entlastung im Wesentlichen wieder zu rückgebildet werden und viel größere Dehnungen und Kräfte nötig sind um bleibende Verfor mungen zu erreichen. Dabei kann leicht die Bruchlast oder die Bruchdehnung in Querrichtung überschritten werden.
Herstellung von Segmenten und Rauchartikeln
Aus jedem Filtermaterial der Ausführungsbeispiele Abis E 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 45OÜO mmWG ergab.
Es konnten aus den Filtermateriahen der Ausführungsbeispiele A bis E und dem Vergleichs beispiel Z Filterstäbe hergestellt werden. Es zeigt sich bei der Herstellung aber, dass bei den Filtermateriahen der Ausführungsbeispiele A bis E der Vorgang des Crimpens wesentlich we niger empfindlich auf Änderung der Maschineneinstellungen und insbesondere auf die Ein stellung des Abstands der Rollen beim Crimpen reagierte als beim Vergleichsbeispiel Z.
Aus den Segmenten der Ausführungsbeispiele A bis E und dem Vergleichsbeispiel Z wurden Filterzigaretten nach einem üblichen Verfahren aus dem Stand der Technik hergesteht. Dieser Herstellungsprozess verlief problemlos.
Es zeigt sich also, dass sich aus dem erfmdungsgemäßen Filtermaterial Segmente und Rauch artikel zuverlässiger und einfacher fertigen lassen als aus herkömmlichen wasserstrahlverfes tigten Vliesen oder Papieren und dass durch das günstige plastische Dehnungsverhalten ein besseres Ergebnis beim Crimpen erzielt werden kann.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Filtermaterial zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel, wobei das Filter material bahnförmig ist und mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, je weils 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 1000 mih beträgt, wobei das Filtermaterial eine Maschinenrichtung und eine dazu in der Ebene der Bahn des Filtermaterials ortho gonal liegende Querrichtung aufweist, und wobei das Filtermaterial eine charakteristi sche plastische Verformbarkeit in Querrichtung aufweist, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtlineare Anteil der Verformungs energie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Fil termaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt.
2. Filtermaterial nach Anspruch 1, bei dem das Filtermaterial ein wasserstrahlverfestigtes Vlies oder ein Papier ist.
3. Filtermaterial nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Anteil an Cellulosefasern im Filter material mindestens 60% und höchstens 100%, bevorzugt mindestens 70% und höchs tens 95% beträgt, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.
4. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Cellulosefasern durch Zell stofffasern, durch Fasern regenerierter Cellulose oder Mischungen daraus gebildet sind.
5. Filtermaterial nach Anspruch 4, 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.
6. Filtermaterial nach Anspruch 4 oder 5, 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.
7. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 4 bis 6, 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.
8. 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.
9. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermaterial eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung aufweist, die dadurch cha rakterisiert ist, dass in dem genannten Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924- 2:2008 der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtline are Anteil der Verformungsenergie mindestens 15% und höchstens 40%, vorzugsweise mindestens 15% und höchstens 35%, und insbesondere mindestens 18% und höchstens 32% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt.
10. 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.
11. 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.
12. 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.
13. 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.
14. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 30 pm und höchstens 800 um und bevorzugt mindestens 35 pm und höchstens 600 pm beträgt.
15. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die breitenbezogene Zugfestigkeit des Filtermaterials in Querrichtung, gemessen nach ISO 1924-2:2008, mindestens 0,05 kN/m und höchstens 5 kN/m, bevorzugt mindestens 0,07 kN/m und höchstens 4 kN/m beträgt.
16. Filtermaterial nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Bruchdehnung des Filtermaterials in Querrichtung, gemessen nach ISO 1924-2:2008, mindestens 0,5% und höchstens 50%, bevorzugt mindestens 0,8% und höchstens 40% beträgt.
17. Segment für einen Rauchartikel, umfassend ein in Querrichtung zusammengeschobenes Filtermaterial und ein Umhüllungsmaterial, 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 1000 pm beträgt, wobei das Filtermaterial eine Querrichtung aufweist, in der das Filtermaterial zusammengeschoben ist, und wo bei das Filtermaterial im nicht zusammengeschobenen Zustand eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung aufweist, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der bis zur halben Bruch dehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtlineare Anteil der Verformungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermate rial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt.
18. Segment nach Anspruch 17, bei dem das Filtermaterial eines oder mehrere der zusätzli chen Merkmale aufweist, die in Ansprüchen 2 bis 16 definiert sind.
19. Segment nach einem der Ansprüche 17 oder 18, 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 beson ders bevorzugt von mindestens 10 mm und höchstens 28 mm hat.
20. Segment nach einem der Ansprüche 17 bis 19, 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.
21. Segment nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dessen Umhüllungsmaterial durch ein Papier oder eine Folie gebildet wird.
22. Segment nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dessen Umhüllungsmaterial ein Flächen gewicht gemäß ISO 536:2019 von mindestens 20 g/m2 und höchstens 150 g/m2, bevor zugt von mindestens 30 g/m2 und höchstens 130 g/m2 hat.
23. Verfahren zum Herstellen eines Segments nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei dem ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 16 gecrimpt oder gefaltet wird, ein vorzugsweise endloser Strang aus gecrimptem oder gefaltetem Filtermaterial gebildet wird, der Strang aus gecrimptem oder gefaltetem Filtermaterial mit einem Umhüllungs material umhüllt und der umhüllte Strang in einzelne Stäbe definierter Länge geschnit ten wird.
24. Rauchartikel, umfassend ein Segment, welches ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment nach einem der Ansprüche 17 bis 22, wobei das genannte Segment nach einem der Ansprüche 17 bis 22 vorzugsweise das dem Mundende am nächsten gelegene Segment des Rauchartikels bildet.
25. Rauchartikel nach Anspruch 24, wobei der Rauchartikel eine Filterzigarette ist und das aerosolbildende Material Tabak ist oder enthält.
26. Rauchartikel nach Anspruch 24, 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 um fasst, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Tabak, rekonstituiertem Tabak, Nikotin, Glycerol, Propylenglykol oder Mischungen daraus.
27. Rauchartikel nach Anspruch 26, bei dem das aerosolerzeugende Material in flüssiger Form vorliegt und sich in einem zugehörigen Behältnis im Rauchartikel befindet.
28. Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Ai - Bereitstellen einer Faserbahn umfassend Cellulosefasern, die eine Maschinenrich tung und eine dazu orthogonale in der Bahnebene liegende Querrichtung aufweist,
A2 - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch auf die Faserbahn gerichtete Wasser strahlen, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,
A3 - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn, wobei in Schritt Ai die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern in der Faserbahn so gewählt ist, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt A3 mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt Ä2 Anzahl, Druck und/oder Anordnung der Wasserstrahlen so gewählt sind, dass dem Filtermaterial eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Quer richtung verliehen wird, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem am Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt A3 durchgeführten Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommene nichtlineare Anteil der Verformungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungs energie beträgt, wobei das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt A3 ein Flächengewicht von min destens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist, und wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, nach dem Trocknen in Schritt A3, mindes tens 25 pm und höchstens 1000 pm beträgt.
29. Verfahren nach Anspruch 28, bei dem eine Vielzahl von Wasserstrahlen verwendet wird, um das Wasserstrahlverfestigen in Schritt A2 auszuführen, wobei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe quer zur Maschinenrichtung der Faserbahn angeordnet sind.
30. Verfahren nach Anspruch 29, bei dem das Wasserstrahlverfestigen in Schritt A2 durch mindestens zwei Reihen von auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahlen bewirkt wird, wobei bevorzugt auf jede der beiden Seiten der Faserbahn mindestens eine Reihe der Wasserstrahlen wirkt.
31. Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials, das die folgenden Schritte Bi bis B4 um fasst:
Bi - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Cellulosefasern,
B2 - Aufbringen der Suspension aus Schritt Bi auf ein umlaufendes Sieb,
B3 - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um die genannte Faser bahn zu bilden,
B4 - Trocknen der Faserbahn aus Schritt B3, wobei in Schritt Bi die Menge oder der Anteil an Cellulosefasern so gewählt wird, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt B4 mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, wobei durch die Laufrichtung des Siebs in Schritt B3 eine Maschinenrichtung der Fa serbahn definiert wird und durch eine dazu orthogonale in der Ebene der Faserbahn lie gende Richtung eine Querrichtung definiert wird, und wobei in Schritt B2 die Suspension mit einer Geschwindigkeit auf das umlaufende Sieb aufgebracht wird, die geringer ist als die Geschwindigkeit des umlaufenden Siebs, und die Differenz dieser Geschwindigkeiten so gewählt ist, dass dem Filtermaterial eine cha rakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung verliehen wird, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem am Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt B4 durchgeführten Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der nichtlineare Anteil der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen Verfor mungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt, wobei das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt B4 ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist, und wobei die Dicke einer Lage des Filtermate rials, gemessen nach ISO 534:2011, nach dem Trocknen in Schritt B4, mindestens 25 pm und höchstens 1000 pm beträgt.
32. Verfahren zur Herstellung eines Filtermaterials, das die folgenden Schritte Ci bis C6 um fasst:
Ci - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Cellulosefasern,
C2 - Aufbringen der Suspension aus Schritt Ci auf ein umlaufendes Sieb,
C3 - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um eine Faserbahn zu bil den,
C4 - Überführen der Faserbahn aus Schritt C3 auf ein Stützsieb, C5 - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch auf die Faserbahn gerichtete Wasser strahlen, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,
C6 - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn, wobei in Schritt Ci die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern so gewählt ist, dass das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C6 mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt C3 durch die Laufrichtung des Siebs eine Maschinenrichtung der Faser bahn definiert wird und durch eine dazu orthogonale in der Ebene der Faserbahn lie gende Richtung eine Querrichtung definiert wird, wobei das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C6 ein Flächengewicht von min destens 15 g/m2 und höchstens 60 g/m2 aufweist, und wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, nach dem Trocknen in Schritt C6, mindes tens 25 um und höchstens 1000 um beträgt, wobei in Schritt C2 die Suspension mit einer Geschwindigkeit auf das umlaufende Sieb aufgebracht wird, die geringer ist als die Geschwindigkeit des umlaufenden Siebs, und wobei die Differenz dieser Geschwindigkeiten in Schritt C2 und Anzahl, Druck und/oder Anordnung der Wasserstrahlen in Schritt C5 so gewählt sind, dass dem Filtermaterial eine charakteristische plastische Verformbarkeit in Querrichtung verliehen wird, die dadurch charakterisiert ist, dass in einem am Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C6 durchgeführten Zugversuch in Querrichtung gemäß ISO 1924-2:2008 der nichtlineare Anteil der bis zur halben Bruchdehnung vom Filtermaterial aufgenomme nen Verformungsenergie mindestens 10% und höchstens 50% der bis zur halben Bruch dehnung vom Filtermaterial aufgenommenen gesamten Verformungsenergie beträgt.
33. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, bei dem die wässrige Suspension in Schritt Bi bzw. Ci einen Feststoffgehalt von höchstens 3,0%, besonders bevorzugt höchstens 1,0%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,2% und insbesondere höchstens 0,05% hat.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, bei dem das umlaufende Sieb der Schritte B2 und B3 bzw. C2 und C3 in Maschinenrichtung der Faserbahn gegen die Horizontale um einen 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.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, 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 B3 bzw. C3 zu unterstützen, wobei die Druck differenz besonders bevorzugt durch Vakuumkästen oder geeignet geformte Flügel er zeugt wird.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 35, bei dem das Trocknen in Schritt A3, B4 bzw. C6 zumindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellenstrahlung bewirkt wird.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 36, wobei das nach diesem Verfahren her gestellte Filtermaterial ein Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 16 ist.
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 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 Alkylketendimeren (AKD), Säureanhydriden, insbesondere Alkenylbernsteinsäure- anhydriden (ASA), Polyvinylalkohol, Wachsen, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivaten, Car- boxymethyl cellulose, Alginaten, Chitosan, Nassfestmitteln und Substanzen zur Einstel lung des pH-Werts, insbesondere organischen oder anorganischen Säuren oder Laugen, und Mischungen daraus.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 38, 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 da raus.
40. Verfahren nach einem der Ansprüche 38 oder 39, bei dem der eine oder die mehreren Zusatzstoffe
- zwischen den Schritten A2 und A3, bzw.
- zwischen den Schritten B3 und B4 bzw.
- zwischen den Schritten C3 und C4 oder C4 und C5 oder C5 und C6 aufgetragen wird bzw. werden, oder bei dem der eine oder die mehreren Zusatzstoffe
- nach dem Schritt A3, bzw. - nach dem Schritt B4, bzw.
- nach dem Schritt C6 aufgetragen wird bzw. werden, gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.
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