WO2024170274A1 - Fibre material for use as a filter material and/of filling material for mouthpieces, tow made of such a fibre material and mouthpieces for smoking products made of such a tow material - Google Patents

Fibre material for use as a filter material and/of filling material for mouthpieces, tow made of such a fibre material and mouthpieces for smoking products made of such a tow material Download PDF

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WO2024170274A1
WO2024170274A1 PCT/EP2024/052334 EP2024052334W WO2024170274A1 WO 2024170274 A1 WO2024170274 A1 WO 2024170274A1 EP 2024052334 W EP2024052334 W EP 2024052334W WO 2024170274 A1 WO2024170274 A1 WO 2024170274A1
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WO
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filter
fibers
fiber
fiber material
tow
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Application number
PCT/EP2024/052334
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Inventor
Dirk Hoelter
Jana LUBKOLL
Martin Moser
Eckart Schuetz
Julia SCHWEISS
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Cerdia International GmbH
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    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
    • A24D—CIGARS; CIGARETTES; TOBACCO SMOKE FILTERS; MOUTHPIECES FOR CIGARS OR CIGARETTES; MANUFACTURE OF TOBACCO SMOKE FILTERS OR MOUTHPIECES
    • A24D3/00—Tobacco smoke filters, e.g. filter-tips, filtering inserts; Filters specially adapted for simulated smoking devices; Mouthpieces for cigars or cigarettes
    • A24D3/06—Use of materials for tobacco smoke filters
    • A24D3/08—Use of materials for tobacco smoke filters of organic materials as carrier or major constituent
    • A24D3/10—Use of materials for tobacco smoke filters of organic materials as carrier or major constituent of cellulose or cellulose derivatives
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A24—TOBACCO; CIGARS; CIGARETTES; SIMULATED SMOKING DEVICES; SMOKERS' REQUISITES
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    • A24D1/00—Cigars; Cigarettes
    • A24D1/20—Cigarettes specially adapted for simulated smoking devices

Definitions

  • FIBRE MATERIAL FOR USE AS FILTER AND/OR FILLING MATERIAL FOR MOUTHPIECES, TOW MADE FROM SUCH FIBRE MATERIAL AND MOUTHPIECES FOR SMOKING PRODUCTS MADE FROM SUCH TOW MATERIAL
  • the present invention relates to a natural polymer-based fiber material with excellent biodegradability for use as a filter and/or filling material for mouthpieces for smoking product applications, in particular HNB product applications.
  • the invention further relates to a tow material made of such a fiber material and to the use of such a tow material in mouthpieces for smoking articles, in particular in cigarette filters or in mouthpieces for HNB products.
  • Smoking products within the meaning of the present invention relate to classic tobacco products, in particular cigarettes, but also pipes and marijuana products as well as so-called Heat-Not-Burn (HNB) products, vaping products and so-called hybrid products.
  • HNB Heat-Not-Burn
  • mouthpieces for the use of smoking products have different functions.
  • mouthpieces can serve as a filter device, for example to extract harmful components from a stream of tobacco smoke, such as condensed substances, especially tar, as well as particulate matter carried along by the stream of smoke.
  • This filter function is used in particular in classic tobacco applications.
  • a corresponding mouthpiece can be designed as an integral part of a cigarette or cigarillo and thus form a "tip" on the cigarette or cigarillo.
  • mouthpiece is replaceable devices, such as replaceable filter elements, that can be removed after use.
  • Such mouthpieces are accommodated in appropriate holders, for example in a cigarette holder or in a pipe mouthpiece.
  • the cigarette filter is a mouthpiece that is an integral part of a cigarette.
  • the cigarette filter is designed to reduce the amount of harmful substances such as condensate and gas in the cigarette smoke.
  • the filter makes the smoke a little milder or more pleasant for a large proportion of smokers.
  • the filter is wrapped in filter wrapping paper and is attached to the tobacco rod with what is known as tipping paper, although most industrially manufactured cigarettes are fitted with a filter.
  • filter materials are already in use, particularly to reduce the content of tobacco smoke constituents before they reach the smoker's respiratory system. In addition to removing the harmful constituents in large quantities, a satisfactory filter must also be effective without unduly impeding the passage of air or smoke through the filter, thereby requiring too much of a draw. When using tobacco smoke filters, the filter material must also not alter the taste of the tobacco smoke by adding its own flavor.
  • the present invention relates not only to filter materials for the classic tobacco applications described above, but in particular to filter materials or filter elements for mouthpieces for use in tobacco applications, which have increasingly come onto the market in recent years, in particular mouthpieces for use with HNB products, wherein these filter elements in particular have functions other than merely a filtering function.
  • HNB products Heat-Not-Burn products
  • Volatile tobacco components or substances added to HNB products such as flavorings, nicotine, glycerin and water, evaporate and are carried along by the air that the user draws through the HNB product. As the released substances cool, an aerosol is formed which is inhaled by the user.
  • HNB products typically include a device consisting of a power supply that supplies a heating element and a separate consumable consisting of a portion of processed tobacco, a support element such as a tubular cellulose acetate segment, a downstream cooling element such as a curled polylactide film gathered into a cylinder with many axial channels, and a mouth-side filter.
  • a device consisting of a power supply that supplies a heating element and a separate consumable consisting of a portion of processed tobacco, a support element such as a tubular cellulose acetate segment, a downstream cooling element such as a curled polylactide film gathered into a cylinder with many axial channels, and a mouth-side filter.
  • the consumables are inserted into the device before use so that the heating element heats the portion of tobacco when the HNB product is used.
  • IQOS/HEETS product For example, in a so-called IQOS/HEETS product from Philip Morris, the tobacco portion is skewered on a heating blade in the device.
  • An IQOS/HEETS product is an IQOS device marketed by Philip Morris with the associated consumable HEETS.
  • the consumable HEETS is a heat-not-burn product in which tobacco is simply heated instead of burned.
  • a competitor product from BAT (“Glo”) heats the tobacco from the outside, whereby the so-called cooling element is replaced by a tube.
  • a portion of processed tobacco is heated by a heat source during use, but not burned.
  • an aerosol-forming agent is vaporized (propylene glycol, glycerin), which then cools to form an aerosol.
  • This aerosol is passed through a portion of processed tobacco and inhaled by the consumer.
  • the mouthpiece also has the particular function of protecting the end facing the user against heating up, which is unpleasant for the user.
  • the elements downstream of the heated tobacco portion in the flow direction such as the cooling element and mouth-side filter, have only a low filtering effect with regard to condensed components such as tar, since these smoke components can be produced in much smaller quantities.
  • the materials required to form a mouthpiece for smoking products must therefore be adapted to the physical properties of the smoke (for classic smoking products) or the aerosol (for HNB products), in particular the temperature, the flow profile, etc., and the chemical composition, and in particular must be adaptable.
  • target parameters for both conventional cigarette filters and HNB products that must be set or met by a suitable choice and configuration of the mouthpiece materials. These are in particular the following target parameters, which are briefly discussed below:
  • the filter rod hardness is an important target criterion for cigarette filters. It is usually specified as the so-called Filtrona hardness.
  • the Filtrona hardness is determined by pressing a cylindrical rod with a diameter of 12 mm with its flat front side vertically onto a horizontally positioned filter rod with a load of 300 g. The ratio of the compressed diameter to the initial diameter previously determined by the first contact gives the percentage indication of the Filtrona hardness.
  • the Filtrona hardness is only measured on a filter, not on the underlying filter (raw) material.
  • the triacetin sprayed onto all cigarette filters made of cellulose acetate influences the Filtrona hardness.
  • the minimum limit of the Filtrona hardness is around 88% and is based on market requirements.
  • the Filtrona hardness of the cigarette filter can preferably be set to around 88% to 95%, in particular around 90% to 93%.
  • the Filtrona hardness is essentially determined by the fiber weight per unit volume for a given filter diameter.
  • the filament titer has only a minor influence on the Filtrona hardness.
  • a higher Filtrona hardness is also achieved by using a stronger filter wrapper paper or a stronger tipping paper.
  • a tipping paper is a paper used to couple filter elements to the tobacco rod.
  • increasing Filtrona hardness by using a stronger filter wrapper paper or a stronger tipping paper has economic disadvantages, as higher costs are expected with this approach.
  • Filtrona hardness is the so-called "hot collapse", in which the filter hardness decreases during smoking. This can occur in particular when the filter of a classic cigarette heats up in the presence of moisture during one of the last puffs. This undesirable effect can also occur with HNB products.
  • the mouthpiece material In addition to a Filtrona hardness that is as constant and high as possible when using a smoking product, the mouthpiece material should also have a predetermined or definable filtration performance.
  • the filtration performance is selected (along with other influencing factors such as tobacco blend, ventilation, etc.) to adjust the "delivery" of the cigarette (content of smoke ingredients in the mainstream smoke).
  • the "delivery” is capped by legal regulations. Below the legal limit, the "delivery” can be adjusted to the preferences of the consumer.
  • HNB products there is much less condensed material with negative health relevance in the aerosol than with conventional products.
  • the aim here is to choose the lowest possible filtration performance, which must not, however, fall to zero.
  • the filter in addition to the "delivery" setting is used to adjust the draw resistance of the cigarette.
  • the draw resistance contribution of the mouth-side filter (mouthpiece) should tend to be as low as possible for HNB products, since the other components of the HNB device, in particular the heated tobacco portion and the device, already have a high draw resistance contribution.
  • a low draw resistance of the filter (mouthpiece) leads to degrees of freedom in the other components of the HNB device, which is desirable.
  • draw resistance and filtration performance are closely linked. Both can be reduced in several ways, but this often has a negative impact on other parameters.
  • the draft resistance and filtration performance can be reduced by reducing the filter length.
  • processability becomes problematic.
  • a shorter filter also leads to a shorter cooling distance, which is problematic for the heat balance.
  • the draw resistance and the filtration performance can be reduced by reducing the fiber weight in the filter material per volume fraction and/or the total titre.
  • this has the disadvantage that the Filtrona hardness decreases and in some cases the minimum hardness can no longer be achieved.
  • the tensile resistance and the filtration performance can be reduced by increasing the filament titer. With a constant filter diameter and a given fiber weight per unit volume, the filtration performance and tensile resistance are reduced as the filament titer increases, which is desirable for HNB products compared to conventional products.
  • the Filtrona hardness hardly depends on the filament titer, the hardness is not negatively affected either.
  • the consumer prefers a mouthpiece with a flat, white cross-sectional area on the mouth side.
  • the target parameter "optics”
  • products that are shaped into a tube on the mouth side are also products that are shaped into a tube on the mouth side.
  • the smoke temperature is not a problem with today's conventional products.
  • the aerosol temperature is noticeably high and unpleasant for some consumers.
  • commercially available HNB products require cooling to cool down the vaporized components so that an aerosol is created from the gaseous components.
  • the distance from the heating element to the mouth end of the HNB article is certainly the most important parameter for cooling the aerosol.
  • mouthpiece materials must meet the target parameter of cost-effectiveness.
  • suitable mouthpiece materials that can be manufactured with the lowest possible material usage and with the lowest possible process costs.
  • HNB filters which are usually made of cellulose acetate filaments, ensure optimal filtration of smoke constituents
  • these filter materials are often only of limited use in other applications, particularly in HNB products or e-cigarettes, since in these applications the filter materials or materials for the mouthpiece must take on other functions.
  • HNB products as well as conventional smoking articles, generally have the disadvantage that the inhaled aerosol is absorbed by the user at a high temperature. This can be unpleasant for the user.
  • the mouthpiece materials have the task of cooling the aerosol with the lowest possible filtration performance.
  • filter materials or materials for the mouthpiece must offer reduced filtration performance and increased cooling and improved haptic properties (firm but not too hard grip) compared to filter materials for king-size cigarettes.
  • less smoke/taste is produced during combustion than with a king-size cigarette.
  • a low filtration performance is aimed for. If only the amount of filter material is reduced for this purpose, the filter hardness will eventually become insufficient.
  • Filters for slim or ultra-slim cigarettes also have significantly higher draw resistance than king-size filters with the same fiber density, which is generally not desired.
  • the general object of the invention is to provide a fiber material based on natural polymers with excellent biodegradability for use as a filter and/or filling material for mouthpieces for smoking product applications, wherein the fiber material is suitable for a wide range of applications.
  • the fiber material should be outside the EU's Single-Use Plastics Directive (SUPD), but should also allow for further options to optimally adapt the properties of the filter and/or filling material to the respective requirements.
  • These properties include accelerated biodegradation, preferably adjustable (increased) strength of the filter and/or filling material, as well as improved absorption properties of the filter and/or filling material while maintaining or improving the taste of a cellulose acetate-based filter.
  • the invention relates in particular to fiber material for use as filter and/or filling material for mouthpieces for smoking product applications, in particular for HNB product applications, wherein the fiber material is based on tow and/or staple fibers, in particular in the form of mixed fibers and/or fiber mixtures based on natural polymers, which comprise chitin and optionally cellulose.
  • mixed fiber refers to a fiber made of different polymers, while the term “fiber mixture” or “mixture of fibers” means several fibers with different compositions. Coated fibers are a special case of mixed fibers.
  • the fiber material is based on continuous or cut fibers, in particular mixed fibers, which contain 5% to 100%, preferably 10% to 95%, more preferably 15% to 85%, more preferably 20% to 75%, more preferably 25% to 70%, more preferably 30% to 65% more preferably 35% to 60%, more preferably 40% to 60% and even more preferably 45% to 55% chitin.
  • the fibers of the fiber material have a length of 2 mm to 100 mm and preferably a length of 5 mm to 40 mm.
  • the invention further relates to a tow material made of a fiber material of the aforementioned type according to the invention, wherein the tow material preferably has a total titer in a range from 5000 dtex to 80,000 dtex.
  • the invention relates to a mouthpiece for use with smoking articles, wherein the mouthpiece has a filter and/or filling material made of a fiber material of the aforementioned type according to the invention.
  • cellulose 2,5-acetate The majority of the filters used today for mouthpieces for tobacco or HNB product applications are made from filter tow consisting of endless, stuffer box-crimped cellulose 2,5-acetate filaments. With regard to the discussion on smoking and health, cellulose 2,5-acetate has proven to have outstanding properties with regard to specific retention phenomena. For example, a mouthpiece made of cellulose acetate filters out nitrosamines and phenols, which are harmful to health, far more efficiently than condensate and nicotine. Another advantage of a mouthpiece made of cellulose 2,5-acetate that should not be underestimated is the optical homogeneity of the filter's cut surfaces.
  • mouthpieces and especially filters for smoking products made of cellulose-2,5-acetate have some serious disadvantages, despite their at least currently undeniable market dominance: draw resistance and filtration performance are clearly defined for mouthpieces used as filters due to structural physical specifications and they fall under the EU's "Single-Use Plastics Directive” (SUPD). This EU directive has been in place since July 2019 and specifies how single-use plastics should be handled.
  • SUPD Single-Use Plastics Directive
  • the invention proposes an excellently biodegradable tow material which is based on naturally occurring polymer filaments and/or staple fibers, in particular in the form of mixed fibers and/or fiber mixtures which contain chitin.
  • the tow material can also contain cellulose.
  • Chitin is the most widespread biopolymer in nature. It is found in the external skeletons of shellfish, as well as in the shells of insects and the cell walls of fungi. Chitin differs from cellulose in that it has an N-acetyl group in its molecular framework. This significantly improves the physical properties of chitin, such as durability and strength, compared to cellulose. Chitin also has exceptionally good adsorption properties. These properties are significantly enhanced and synergistically expanded when combined with cellulose in particular as a uniform natural fiber complex.
  • the biodegradation is preferably 60 wt% or more, more preferably 70 wt% or more, and even more preferably 90 wt% or more within 30 days in water and soil.
  • Temperature range Application range up to 120° in gaseous media; • specific filtration properties: surface, fiber shape, fibrillation of the fibers can be influenced by process technology and tailored to the application;
  • chitin is already used commercially for wound healing products and medical implants.
  • chitin is already used commercially for wound healing products and medical implants.
  • Biodegradability tests in water showed an increased biodegradability of chitin and chitin/cellulose mixed fibers and/or fiber mixtures compared to other regenerated cellulose fibers, as well as cellulose acetate. But excellent biodegradation can also be observed in other media, such as soil or sea water. In all media, the fibers were degraded within the prescribed time, with the fastest degradation occurring in water and soil. Here, the fibers were degraded by over 80% within 15 days.
  • chitin is converted into chitinxanthate using a caustic base and carbon disulfide.
  • the chitinxanthate is a viscous dispersion which is then transferred by extrusion into a coagulation bath made of, for example, sulfuric acid and ammonium sulfate.
  • the chitin regenerates in the coagulation bath and acquires a gel-like consistency.
  • the filaments or fibers can be produced by drying this gel-like substance.
  • Chitin can be dissolved in a mixture of dichloroacetic acid and an anhydrous organic solvent. The chitin is then coagulated using an excess of organic liquid that does not dissolve chitin. The coagulated material is then neutralized with an alkaline bath. An oriented chitin fiber is then produced from the chitin by cold drawing.
  • the tow material according to the invention uses a mixed fiber and/or a fiber mixture which comprises chitin and cellulose.
  • Ionic liquids are used to produce the cellulose-chitin mixed fibers.
  • Ionic liquids are salts that are liquid at temperatures below 100°C and can dissolve many polymers, especially the long-chain polysaccharides of chitin.
  • the solvent from ionic liquids must be selected so that it is equally suitable for processing cellulose and chitin. In this way, it is possible to process the raw materials chitin and cellulose into a fiber in a single process step.
  • the cellulose-chitin mixed fibers produced in this way show a faster biodegradation compared to pure cellulose regenerated fibers and cellulose acetate.
  • the chitin in particular has the structure-forming property.
  • the fiber material according to the invention is based on continuous or chopped mixed fibers and/or fiber mixtures which consist of 5% to 100%, preferably 10% to 95%, more preferably 15% to 85%, more preferably 20% to 75%, more preferably 25% to 70%, more preferably 30% to 65%, more preferably 35% to 60%, more preferably 40% to 60% and more preferably 45% to 55% chitin.
  • the fiber material according to the invention consists of 5% to 100%, preferably 5% to 70%, and more preferably 10% to 50% chitin.
  • such a fiber material provides a starting material for filters or mouthpieces for tobacco or HNB product applications that is suitable for a wide range of applications.
  • it can be used to provide a filter element with low draw resistance and an adapted filtration performance, which has a sufficiently high Filtrona hardness that is as constant as possible when used in tobacco products.
  • the fiber material according to the invention is suitable for reliably cooling a heated, particle-laden gas, so that the temperature of the gas, aerosol or vapor absorbed by the user of a smoking article can be reduced.
  • a desired filtration performance with respect to condensable components, such as tar, as well as a sufficient filter hardness can be achieved, in particular without changing the total titer of the tow material.
  • the mixed fibers and/or fibers of the fiber mixture have a circular, trilobal, hexagonal, polygonal, star-shaped, square, X-, K-, C-, Y-shaped and/or irregular cross-sectional geometry.
  • trilobal, hexagonal, polygonal, star-shaped, square, X-, K-, C- or Y-shaped cross-sectional shapes are suitable if the mixed fibers are to have the largest possible specific surface area, for example in order to enable a high filtration capacity while simultaneously using raw materials economically.
  • the fibres at least partially as hollow fibres, whereby a low tensile resistance and a low filtration performance can be achieved, since the at least partially hollow fibres have a small external surface in relation to the total fiber mass. It is preferred that the at least partially hollow fibers have a cross-section that is as round as possible.
  • the fibers at least partially as hollow fibers, wherein it is preferred that the at least partially hollow fibers have a cross-section that is as round as possible. This makes it possible to achieve a low tensile resistance and a low filtration performance compared to polylobal cross-sections, since the at least partially hollow fibers can have a small external surface in relation to the total fiber volume.
  • the filter element or filter rod hardness is an important target criterion for cigarette filters in particular. It is usually specified as the so-called Filtrona hardness. It should be noted that the Filtrona hardness is only measured on a filter element, not on the underlying filter (raw) material, i.e. the tow material.
  • the Filtrona hardness of a filter element is influenced in particular by the amount of binding agent that is/can be sprayed onto the filter element.
  • the filter and/or filling material comprises a binder, wherein the binder content is preferably between 1% and 40%.
  • the binder can contain synthetic raw materials and/or renewable raw materials and/or completely and/or partially bio-based raw materials, in particular starch and/or a water-soluble, biodegradable raw material, in particular alginates.
  • binders are RediBOND 4000 (National Starch) or Revultex (Synthomer).
  • the binder is in particular water-soluble or hot-melt adhesive to produce a solution or water-dispersible to produce a To produce binder dispersion/emulsion in water or to be melted by temperature.
  • the viscosity of the binder solution/dispersion/emulsion/hot melt adhesive is preferably adapted to the application process.
  • the solid binder content applied to the tow material/mouthpiece varies in the range of 2% to 30% of the dry weight.
  • the Filtrona hardness is further influenced by the proportion of chitin in the tow material.
  • the minimum limit value of the Filtrona hardness is around 88% and is based on market requirements.
  • the Filtrona hardness of the filter element can preferably be set to around 88% to 95%, in particular around 90% to 93%.
  • the filter and/or filling material according to the invention is at least partially formed from hollow cellulose acetate filaments which serve as filling material, the tensile resistance and the filtration performance of filter rods made from the material according to the invention can be varied over a wide range.
  • a filter material which consists at least partially of chitin fibers and in particular cellulose-chitin mixed fibers and/or fiber mixtures can have a thermal cooling effect. It has been found that by using chitin fibers and in particular cellulose-chitin mixed fibers, a very low filtering effect, i.e. retention effect, for the suspended matter and gases to be removed can still be achieved.
  • the tow material or filter and/or filling material according to the invention also has the advantage that it enables a particularly adjustable cooling of a heated particle-laden gas (in particular aerosol), so that the temperature of the gas, aerosol or vapor absorbed by the user of a smoking article or HNB product can be reduced in a targeted manner.
  • a particularly adjustable cooling of a heated particle-laden gas in particular aerosol
  • By varying the proportion of chitin fibers and/or chitin-containing fibers in The desired cooling effect can be adapted to the specific application using the filter and/or filling material.
  • the chitin fibers and in particular cellulose-chitin fibers and/or fiber mixtures serve as a carrier material on the one hand and as a cooling material on the other.
  • the chitin fibers and in particular cellulose-chitin mixed fibers and/or fiber mixtures simultaneously serve as a carrier material, particularly compact mouthpieces can be realized in which the dimensions of the smoking article do not have to be increased.
  • a filter material that consists at least partially of chitin fibers and in particular of cellulose-chitin mixed fibers and/or fiber mixtures, the strength, tensile resistance and filtration performance can be adapted to the respective requirements over a wide range, and in a much more flexible way than is the case with conventional filter materials based on cellulose acetate filaments.
  • a cooling effect can be variably adjusted.
  • the present invention allows mouthpieces or filters to be formed from the tow material according to the invention, which is normally in the form of a strand of essentially longitudinally directed continuous chitin fibers and in particular continuous cellulose-chitin mixed fibers, wherein the continuous filaments are preferably crimped so that short regions of the individual filaments are arranged irregularly in non-parallel, converging and diverging directions compared to the predominantly longitudinal direction of the strand.
  • the surface structure of the filter material can be varied by using, in particular, crimped filaments.
  • the crimp index of the tow material is preferably between 1% and 60%, and in particular between 5% and 50%.
  • the curl index I x is a measure of the intensity of the curl.
  • the curl index of a filter tow is determined by a tensile test (relationship between force and elongation). It is defined as the ratio of the stretched length L2 under test load minus the initial length to the initial length under preload Li:
  • the test load is 25 N and the preload is 2.5 N.
  • the clamping length is 250 mm.
  • the curl index is determined in a tensile test with a constant strain rate of 300 mm/min on a G02 device from Borgwaldt GmbH, Hamburg. 10 individual measurements are recorded per measurement. The test is carried out under standard climate: 20 °C and 60% relative humidity.
  • the mixed fibers comprise crimped fibers preferably with 2 crimps/cm to 50 crimps/cm, in particular with 10 crimps/cm to 20 crimps/cm.
  • the mixed fibers have a fineness in a range of 0.3 dtex to 50 dtex.
  • the mixed fibers have a crimp index of 1% to 60% and/or that the average tenacity of the smooth fiber is preferably in a range from 0.5 cN/dtex to 16 cN/dtex and preferably in a range from 0.7 cN/dtex to 8 cN/tex.
  • the average tenacity of the crimped fibers is in particular 1 to 40 cN/tex and preferably 1 to 20 cN/tex.
  • the invention further relates to a cigarette filter made of a filter material of the aforementioned type.
  • a filter tow is pulled from a bale, spread out pneumatically and stretched according to the usual method for spatial filters.
  • the tensile resistance can be at least 0.5 daPa per mm filter length and at most 8.0 daPa per mm filter length, whereby a value in the range of 1.0 daPa per mm filter length to 6.0 daPa per mm filter length and in particular in the range from 1.5 daPa per mm filter length to 4.0 daPa per mm filter length is preferred.
  • the fibre density of the filter and/or filling material is between 40 to 160 kg per m 3 and preferably between 80 to 120 kg per m 3 and more preferably between 90 to 110 kg per m 3 ;
  • the cigarette filter or cigarette filter element has a Filtrona hardness of at least 88% and preferably a Filtrona hardness of 88% to 95% and more preferably a Filtrona hardness of 90% to 93%;
  • the cigarette filter or the cigarette filter element has a draw resistance of at least 0.5 daPa per mm filter length and at most 8.0 daPa per mm filter length, with a value in the range from 1.0 daPa per mm filter length to 6.0 daPa per mm filter length and in particular in the range from 1.5 daPa per mm filter length to 4.0 daPa per mm filter length being preferred.
  • a particularly capsule-shaped or capsule-like flavor release element is embedded in the filter and/or filling material.
  • the cigarette filter or cigarette filter element comprises cellulose acetate filaments in addition to the cellulose-chitin mixed fibres or fibre mixtures.
  • the present invention relates to the use of the filter and/or filling material according to the invention in smoking articles and in particular in HNB products.

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Abstract

The invention relates to a fibre material for use as a filter material and/or filling material for mouthpieces for smoking-product applications, in particular for heat-not-burn-product applications, wherein the fibre material is based on tow and/or staple fibres, in particular in the form of natural-polymer-based mixed fibres and/or fibre mixtures comprising chitin and also optionally cellulose.

Description

FASER-MATERIAL ZUR VERWENDUNG ALS FILTER- UND/ODER FÜLLMATERIAL FÜR MUNDSTÜCKE, TOW AUS EINEM SOLCHEN FASER-MATERIAL UND MUNDSTÜCKE FÜR RAUCHWAREN AUS EINEM SOLCHEN TOW-MATERIAL FIBRE MATERIAL FOR USE AS FILTER AND/OR FILLING MATERIAL FOR MOUTHPIECES, TOW MADE FROM SUCH FIBRE MATERIAL AND MOUTHPIECES FOR SMOKING PRODUCTS MADE FROM SUCH TOW MATERIAL
Beschreibung Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein auf natürlichen Polymeren basierendes Faser-Material mit exzellenter Bioabbaubarkeit zur Verwendung als Filter- und/oder Füllmaterial für Mundstücke für Rauchwaren-Anwendungen, insbesondere HNB- Produkt-Anwend ungen. The present invention relates to a natural polymer-based fiber material with excellent biodegradability for use as a filter and/or filling material for mouthpieces for smoking product applications, in particular HNB product applications.
Die Erfindung betrifft ferner ein Tow-Material aus einem solchen Faser-Material sowie die Verwendung eines solchen Tow-Materials in Mundstücken für Rauchwaren, insbesondere in Zigarettenfiltern oder in Mundstücken für HNB-Produkte. The invention further relates to a tow material made of such a fiber material and to the use of such a tow material in mouthpieces for smoking articles, in particular in cigarette filters or in mouthpieces for HNB products.
Rauchwaren im Sinne der vorliegenden Erfindung betreffen klassische Tabakwaren, insbesondere Zigaretten, aber auch Pfeifen und Marihuana-Produkte sowie so genannte Heat-Not-Burn (HNB) Produkte, Vaping-Produkte und so genannte hybride Produkte. Smoking products within the meaning of the present invention relate to classic tobacco products, in particular cigarettes, but also pipes and marijuana products as well as so-called Heat-Not-Burn (HNB) products, vaping products and so-called hybrid products.
Je nach Anwendungsfall haben Mundstücke zur Verwendung von Rauchwaren unterschiedliche Funktionen. Zum einen können Mundstücke als Filtervorrichtung dienen, um beispielsweise aus einem Tabakrauchstrom schädliche Bestandteile, wie kondensierte Stoffe, insbesondere Teer, sowie vom Rauchstrom mitgerissene teilchenförmige Materie, rauszuziehen. Diese Filterfunktion kommt insbesondere bei klassischen Tabakanwendungen zum Einsatz. Dabei kann ein entsprechendes Mundstück als integrales Teil einer Zigarette oder eines Zigarillos ausgebildet sein und somit eine „Spitze" an der Zigarette bzw. an dem Zigarillo bilden. Depending on the application, mouthpieces for the use of smoking products have different functions. On the one hand, mouthpieces can serve as a filter device, for example to extract harmful components from a stream of tobacco smoke, such as condensed substances, especially tar, as well as particulate matter carried along by the stream of smoke. This filter function is used in particular in classic tobacco applications. A corresponding mouthpiece can be designed as an integral part of a cigarette or cigarillo and thus form a "tip" on the cigarette or cigarillo.
Eine andere Art von Mundstück sind austauschbare Vorrichtungen, wie beispielsweise austauschbare Filterelemente, die nach Benutzung entfernt werden können. Solche Mundstücke sind in entsprechenden Haltern aufgenommen, beispielsweise in einem Zigarettenhalter oder in einem Pfeifenmundstück. Another type of mouthpiece is replaceable devices, such as replaceable filter elements, that can be removed after use. Such mouthpieces are accommodated in appropriate holders, for example in a cigarette holder or in a pipe mouthpiece.
Ein als integrales Teil einer Zigarette ausgebildetes Mundstück ist der Zigarettenfilter. Der Zigarettenfilter soll den Anteil gesundheitsschädlicher Stoffe wie Kondensat und Gas im Rauch der Zigarette reduzieren. Zudem wird durch den Filter der Rauch von einem großen Anteil der Raucher etwas milder oder angenehmer empfunden. Bei einer klassischen Filterzigarette ist der Filter von einem Filterumhüllungspapier umhüllt und wird mit dem so genannten Tipping-Papier an den Tabakstrang angekoppelt, wobei die meisten industriell gefertigten Zigaretten mit einem Filter versehen sind. The cigarette filter is a mouthpiece that is an integral part of a cigarette. The cigarette filter is designed to reduce the amount of harmful substances such as condensate and gas in the cigarette smoke. In addition, the filter makes the smoke a little milder or more pleasant for a large proportion of smokers. In a classic filter cigarette, the filter is wrapped in filter wrapping paper and is attached to the tobacco rod with what is known as tipping paper, although most industrially manufactured cigarettes are fitted with a filter.
Es sind bereits zahlreiche Arten von Filtermaterialien eingesetzt, insbesondere um den Gehalt der Inhaltsstoffe des Tabakrauchs herabzusetzen, bevor diese das Atmungssystem des Rauchers erreichen. Zusätzlich zu dem Entfernen der schädlichen Bestandteile in großen Mengen muss ein zufriedenstellender Filter aber auch wirksam sein, ohne in unerwünschter Weise den Durchgang von Luft oder Rauch durch den Filter zu erschweren, sodass ein zu starker Zug erforderlich wird. Bei der Verwendung von Tabakrauchfiltern darf das Filtermaterial aber auch nicht den Geschmack des Tabakrauchs dadurch verändern, dass sein eigener Geschmack hinzukommt. Many types of filter materials are already in use, particularly to reduce the content of tobacco smoke constituents before they reach the smoker's respiratory system. In addition to removing the harmful constituents in large quantities, a satisfactory filter must also be effective without unduly impeding the passage of air or smoke through the filter, thereby requiring too much of a draw. When using tobacco smoke filters, the filter material must also not alter the taste of the tobacco smoke by adding its own flavor.
Die vorliegende Erfindung betrifft nicht lediglich Filtermaterialien für die zuvor beschriebenen klassischen Tabakanwendungen, sondern insbesondere Filtermaterialien bzw. Filterelemente für Mundstücke zur Verwendung in Tabakanwendungen, die in den letzten Jahren verstärkt auf den Markt gekommen sind, insbesondere Mundstücke zur Verwendung von HNB-Produkten, wobei diesen Filterelementen insbesondere andere Funktionen zukommen als lediglich eine Filterfunktion. The present invention relates not only to filter materials for the classic tobacco applications described above, but in particular to filter materials or filter elements for mouthpieces for use in tobacco applications, which have increasingly come onto the market in recent years, in particular mouthpieces for use with HNB products, wherein these filter elements in particular have functions other than merely a filtering function.
Heat-Not-Burn Produkte („HNB-Produkte") erfreuen sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit. In diesen Geräten wird während der Benutzung eine Portion verarbeiteten Tabaks durch eine Wärmequelle erhitzt, aber nicht verbrannt. Dabei verdampfen flüchtige Tabakbestandteile oder in HNB-Produkten zugesetzte Substanzen, wie Aromastoffe, Nikotin, Glycerin und Wasser, und werden von der Luft mitgerissen, die von dem Benutzer durch das HNB-Produkt gezogen wird. Während die freigesetzten Substanzen abkühlen, bildet sich ein Aerosol, welches von dem Benutzer inhaliert wird. Heat-Not-Burn products ("HNB products") have become increasingly popular in recent years. In these devices, a portion of processed tobacco is heated by a heat source during use, but not burned. Volatile tobacco components or substances added to HNB products, such as flavorings, nicotine, glycerin and water, evaporate and are carried along by the air that the user draws through the HNB product. As the released substances cool, an aerosol is formed which is inhaled by the user.
Handelsübliche HNB-Produkte umfassen üblicherweise ein Gerät bestehend aus einer Stromversorgung, die ein Heizelement versorgt und einen separaten Verbrauchsartikel bestehend aus einer Portion verarbeiteten Tabaks, einem Stützelement, wie beispielsweise einem röhrenförmig ausgeführten Celluloseacetat-Segment, einem in Strömungsrichtung nachgelagerten sogenannten Kühlelement, beispielsweise in Gestalt einer gekräuselten Polylactid-Folie, die zu einem Zylinder mit vielen axialen Kanälen zusammengerafft ist, sowie einem mundseitigen Filter. Die Verbrauchsartikel werden vor Gebrauch in das Gerät so eingebracht, dass das Heizelement die Portion Tabak bei Gebrauch des HNB-Produktes erhitzt. Commercially available HNB products typically include a device consisting of a power supply that supplies a heating element and a separate consumable consisting of a portion of processed tobacco, a support element such as a tubular cellulose acetate segment, a downstream cooling element such as a curled polylactide film gathered into a cylinder with many axial channels, and a mouth-side filter. The consumables are inserted into the device before use so that the heating element heats the portion of tobacco when the HNB product is used.
Beispielsweise wird bei einem sogenannten IQOS/HEETS Produkt von Philip Morris die Tabakportion auf ein Heizblatt im Gerät aufgespießt. Unter einem IQOS/HEETS Produkt ist ein von Philip Morris vermarktetes IQOS-Gerät mit dem zugehörigen Verbrauchsartikel HEETS zu verstehen. Der Verbrauchsartikel HEETS ist ein Heat-Not-Burn-Produkt, bei dem Tabak, anstelle ihn zu verbrennen, lediglich erhitzt wird. For example, in a so-called IQOS/HEETS product from Philip Morris, the tobacco portion is skewered on a heating blade in the device. An IQOS/HEETS product is an IQOS device marketed by Philip Morris with the associated consumable HEETS. The consumable HEETS is a heat-not-burn product in which tobacco is simply heated instead of burned.
Ein Wettbewerbsprodukt von BAT („Glo") heizt den Tabak von außen, wobei das sogenannte Kühlelement durch eine Röhre ersetzt ist. Auch in diesen Geräten wird während der Benutzung eine Portion verarbeiteten Tabaks durch eine Wärmequelle erhitzt, aber nicht verbrannt. A competitor product from BAT ("Glo") heats the tobacco from the outside, whereby the so-called cooling element is replaced by a tube. In these devices, too, a portion of processed tobacco is heated by a heat source during use, but not burned.
Die für diese Anwendung bekannten Verbrauchsartikel haben den Nachteil, dass sich ihre mundseitigen Filter durch die Nähe zu dem Heizelement und durch den beim Gebrauch des HNB-Produktes entstehenden heißen Dampf erheblich erhitzen können. The consumables known for this application have the disadvantage that their mouth-side filters can heat up considerably due to their proximity to the heating element and due to the hot steam generated when the HNB product is used.
Bei sogenannten hybriden Produkten wird ein Aerosolbildner verdampft (Propylenglycol, Glycerin), wobei dann durch Abkühlung ein Aerosol entsteht. Dieses Aerosol wird durch eine Portion verarbeitenden Tabaks geleitet und vom Konsumenten inhaliert. Auch bei solchen Anwendungen kommt dem Mundstück insbesondere die Funktion zu, das benutzerseitige Ende gegen eine für den Nutzer unangenehme Erwärmung zu schützen. Im Gegensatz zu konventionellen Tabakprodukten, bei denen Tabak verbrannt wird, kann es bei Verbrauchsartikeln von HNB-Produkten erwünscht sein, dass die der erhitzten Tabakportion in Strömungsrichtung nachgelagerten Elemente, wie Kühlelement und mundseitiger Filter, nur eine geringe Filterwirkung in Bezug auf kondensierte Bestandteile wie Teer haben, da diese Rauchbestandteile in wesentlich geringerer Menge entstehen können. In so-called hybrid products, an aerosol-forming agent is vaporized (propylene glycol, glycerin), which then cools to form an aerosol. This aerosol is passed through a portion of processed tobacco and inhaled by the consumer. In such applications, the mouthpiece also has the particular function of protecting the end facing the user against heating up, which is unpleasant for the user. In contrast to conventional tobacco products, in which tobacco is burned, it may be desirable for consumables of HNB products that the elements downstream of the heated tobacco portion in the flow direction, such as the cooling element and mouth-side filter, have only a low filtering effect with regard to condensed components such as tar, since these smoke components can be produced in much smaller quantities.
Die zum Ausbilden eines Mundstückes für Rauchwaren erforderlichen Materialien müssen somit an die physikalischen Eigenschaften des Rauches (bei klassischen Rauchwaren) bzw. des Aerosols (bei HNB-Produkten), insbesondere an die Temperatur, das Strömungsprofil etc., und an die chemische Zusammensetzung angepasst und insbesondere anpassbar sein. Insbesondere gibt es sowohl bei konventionellen Zigarettenfiltern als auch bei HNB-Produkten eine Reihe Zielparameter, die durch eine geeignete Wahl und Konfiguration der Mundstückmaterialien einzustellen bzw. zu erfüllen sind. Hierbei handelt es sich insbesondere um die folgenden Zielparameter, die nachfolgend kurz diskutiert werden: The materials required to form a mouthpiece for smoking products must therefore be adapted to the physical properties of the smoke (for classic smoking products) or the aerosol (for HNB products), in particular the temperature, the flow profile, etc., and the chemical composition, and in particular must be adaptable. In particular, there are a number of target parameters for both conventional cigarette filters and HNB products that must be set or met by a suitable choice and configuration of the mouthpiece materials. These are in particular the following target parameters, which are briefly discussed below:
• Zugwiderstand • Tensile resistance
• Filtrationsleistung • Filtration performance
• Filterstabhärte/Filtronahärte • Filter rod hardness/Filtrona hardness
• Optik • Optics
• Wirtschaftlichkeit der Herstellung • Economic efficiency of production
• Rauch- bzw. Aerosoltemperatur • Smoke or aerosol temperature
Die Filterstabhärte ist ein wichtiges Zielkriterium bei Zigarettenfiltern. Sie wird üblicherweise als sogenannte Filtronahärte angegeben. Die Filtronahärte wird bestimmt, indem ein zylindrischer Stab von 12 mm Durchmesser mit seiner flachen Stirnseite vertikal mit einer Last von 300 g auf einen horizontal positionierten Filterstab gedrückt wird. Das Verhältnis des zusammengedrückten Durchmessers zum vorher durch die erste Berührung ermittelten Ausgangsdurchmessers ergibt die prozentuale Angabe der Filtronahärte. The filter rod hardness is an important target criterion for cigarette filters. It is usually specified as the so-called Filtrona hardness. The Filtrona hardness is determined by pressing a cylindrical rod with a diameter of 12 mm with its flat front side vertically onto a horizontally positioned filter rod with a load of 300 g. The ratio of the compressed diameter to the initial diameter previously determined by the first contact gives the percentage indication of the Filtrona hardness.
Zu betonen ist, dass die Filtronahärte nur an einem Filter gemessen wird, nicht aber am zu Grunde liegenden Filter-(Roh)-material. Insbesondere beeinflusst das auf alle Zigarettenfilter aus Celluloseacetat aufgesprühte Triacetin die Filtronahärte. Der Mindestgrenzwert der Filtronahärte liegt bei etwa 88 % und orientiert sich an den Markterfordernissen. Die Filtronahärte des Zigarettenfilters kann hierbei vorzugsweise auf etwa 88 % bis 95 %, insbesondere etwa 90 % bis 93 % eingestellt sein. It should be emphasized that the Filtrona hardness is only measured on a filter, not on the underlying filter (raw) material. In particular, the triacetin sprayed onto all cigarette filters made of cellulose acetate influences the Filtrona hardness. The minimum limit of the Filtrona hardness is around 88% and is based on market requirements. The Filtrona hardness of the cigarette filter can preferably be set to around 88% to 95%, in particular around 90% to 93%.
Bei herkömmlichen Zigarettenfiltern ist bei gegebenem Filterdurchmesser die Filtronahärte im Wesentlichen durch das Fasergewicht pro Volumeneinheit bestimmt. Insbesondere hat der Filamenttiter nur einen untergeordneten Einfluss auf die Filtronahärte. For conventional cigarette filters, the Filtrona hardness is essentially determined by the fiber weight per unit volume for a given filter diameter. In particular, the filament titer has only a minor influence on the Filtrona hardness.
Gelegentlich wird eine höhere Filtronahärte auch durch ein stärkeres Filterumhüllungspapier oder ein stärkeres Tipping-Papier erreicht. Ein Tipping-Papier ist ein Papier, mit dem Filterelemente an den Tabakstrang gekoppelt werden. Das Erhöhen der Filtronahärte durch die Verwendung eines stärkeren Filterumhüllungspapiers oder eines stärkeren Tipping-Papiers hat jedoch wirtschaftliche Nachteile, da bei diesem Ansatz höhere Kosten zu erwarten sind . Occasionally, a higher Filtrona hardness is also achieved by using a stronger filter wrapper paper or a stronger tipping paper. A tipping paper is a paper used to couple filter elements to the tobacco rod. However, increasing Filtrona hardness by using a stronger filter wrapper paper or a stronger tipping paper has economic disadvantages, as higher costs are expected with this approach.
In Verbindung zur Filtronahärte steht der sogenannte „Hot Collapse", bei dem die Filterhärte während des Rauchens abnimmt. Dieses kann insbesondere dann auftreten, wenn sich bei einer klassischen Zigarette bei einem der letzten Züge der Filter in Gegenwart von Feuchte erwärmt. Auch bei HNB-Produkten kann dieser unerwünschte Effekt auftreten. Related to Filtrona hardness is the so-called "hot collapse", in which the filter hardness decreases during smoking. This can occur in particular when the filter of a classic cigarette heats up in the presence of moisture during one of the last puffs. This undesirable effect can also occur with HNB products.
Zusätzlich zu einer bei Benutzung einer Rauchware möglichst konstanten und hohen Filtronahärte soll das Mundstückmaterial auch eine vorab festgelegte oder festlegbare Filtrationsleistung zeigen. Die Filtrationsleistung in Bezug auf kondensierte Materie (Tröpfchen, Partikel) auch als Kondensat oder Teer bezeichnet, ist bei konventionellen Tabakprodukten sowie HNB-Produkten von Interesse, da in der kondensierten Materie eine Vielzahl von Stoffen mit negativer gesundheitlicher Relevanz zu finden sind. In addition to a Filtrona hardness that is as constant and high as possible when using a smoking product, the mouthpiece material should also have a predetermined or definable filtration performance. The filtration performance in relation to condensed matter (droplets, particles), also known as condensate or tar, is of interest for conventional tobacco products and HNB products, as a large number of substances with negative health relevance can be found in the condensed matter.
Bei konventionellen Produkten wird (neben anderen Einflussfaktoren wie Tabakblend, Ventilation etc.) die Filtrationsleistung gewählt, um die „Delivery" der Zigarette (Gehalt an Rauch in haltsstoffen im Hauptstromrauch) einzustellen. Die „Delivery" wird in vielen Märkten nach oben durch gesetzliche Bestimmung begrenzt. Unterhalb des gesetzlichen Limits kann die „Delivery" an die Präferenzen der Konsumenten angepasst werden. Bei HNB-Produkten finden sich viel weniger kondensierte Materie mit negativer gesundheitlicher Relevanz im Aerosol als bei konventionellen Produkten. Da aber eher gewünschte Stoffe, wie geschmacksbildende Stoffe und Nikotin, ebenfalls im Kondensat vorliegen, ist hier eher die Zielsetzung, eine möglichst geringe Filtrationsleistung zu wählen, welche jedoch nicht auf null absinken darf. In conventional products, the filtration performance is selected (along with other influencing factors such as tobacco blend, ventilation, etc.) to adjust the "delivery" of the cigarette (content of smoke ingredients in the mainstream smoke). In many markets, the "delivery" is capped by legal regulations. Below the legal limit, the "delivery" can be adjusted to the preferences of the consumer. With HNB products, there is much less condensed material with negative health relevance in the aerosol than with conventional products. However, since more desirable substances, such as flavor-forming substances and nicotine, are also present in the condensate, the aim here is to choose the lowest possible filtration performance, which must not, however, fall to zero.
Im Hinblick auf den Zielparameter „Zugwiderstand" ist anzumerken, dass Konsumenten beim Konsum eines Tabakprodukts einen gewissen Zugwiderstandsbereich bevorzugen. Bei konventionellen Zigaretten dient der Filter (neben der Einstellung der „Delivery") dazu, den Zugwiderstand der Zigarette einzustellen. With regard to the target parameter "draw resistance", it should be noted that consumers prefer a certain draw resistance range when consuming a tobacco product. In conventional cigarettes, the filter (in addition to the "delivery" setting) is used to adjust the draw resistance of the cigarette.
Tendenziell soll aber bei HNB-Produkten der Zugwiderstandsbeitrag des mundseitigen Filters (Mundstück) möglichst gering sein, da die anderen Komponenten des HNB Gerätes, insbesondere die erhitzte Tabakportion und das Gerät, bereits einen hohen Zugwiderstandsbeitrag haben. Ein niedriger Zugwiderstand des Filters (Mundstück) führt zu Freiheitsgraden bei den übrigen Komponenten des HNB-Ge- rätes, was erwünscht ist. However, the draw resistance contribution of the mouth-side filter (mouthpiece) should tend to be as low as possible for HNB products, since the other components of the HNB device, in particular the heated tobacco portion and the device, already have a high draw resistance contribution. A low draw resistance of the filter (mouthpiece) leads to degrees of freedom in the other components of the HNB device, which is desirable.
Allerdings sind der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung eng aneinandergekoppelt. Beide können auf mehrere Weisen reduziert werden, wodurch aber häufig andere Parameter negativ beeinflusst werden. However, draw resistance and filtration performance are closely linked. Both can be reduced in several ways, but this often has a negative impact on other parameters.
Beispielsweise können der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung reduziert werden, indem die Filterlänge reduziert wird. Sobald aber die Filterlänge kleiner als der Filterdurchmesser wird, wird die Verarbeitbarkeit problematisch. Auch führt ein kürzerer Filter zu einer kürzeren Kühlstrecke, was problematisch für den Wärmehaushalt ist. For example, the draft resistance and filtration performance can be reduced by reducing the filter length. However, as soon as the filter length becomes smaller than the filter diameter, processability becomes problematic. A shorter filter also leads to a shorter cooling distance, which is problematic for the heat balance.
Alternativ oder zusätzlich hierzu können der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung reduziert werden, indem das Fasergewicht im Filtermaterial pro Volumenanteil und/oder der Gesamttiter reduziert werden/wird. Dies hat jedoch den Nachteil, dass die Filtronahärte abnimmt und unter Umständen die Mindesthärte nicht mehr erreicht werden kann. Alternativ oder zusätzlich hierzu können der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung reduziert werden, indem der Filamenttiter erhöht wird. Bei konstantem Filterdurchmesser und gegebenem Fasergewicht pro Volumeneinheit wird bei steigendem Filamenttiter die Filtrationsleistung und der Zugwiderstand abgesenkt, was bei HNB-Produkten gegenüber konventionellen Produkten erwünscht ist. Da wie oben ausgeführt, die Filtronahärte kaum vom Filamenttiter abhängt, wird auch nicht die Härte negativ beeinflusst. Alternatively or in addition to this, the draw resistance and the filtration performance can be reduced by reducing the fiber weight in the filter material per volume fraction and/or the total titre. However, this has the disadvantage that the Filtrona hardness decreases and in some cases the minimum hardness can no longer be achieved. Alternatively or in addition to this, the tensile resistance and the filtration performance can be reduced by increasing the filament titer. With a constant filter diameter and a given fiber weight per unit volume, the filtration performance and tensile resistance are reduced as the filament titer increases, which is desirable for HNB products compared to conventional products. As stated above, the Filtrona hardness hardly depends on the filament titer, the hardness is not negatively affected either.
Im Hinblick auf den Zielparameter „Optik" ist anzumerken, dass der Konsument ein Mundstück mit ebener, weißer mundseitiger Querschnittsfläche präferiert. Es gibt allerdings auch Produkte, die mundseitig zu einem Rohr ausgeformt sind. With regard to the target parameter "optics", it should be noted that the consumer prefers a mouthpiece with a flat, white cross-sectional area on the mouth side. However, there are also products that are shaped into a tube on the mouth side.
Bezüglich der Rauchtemperatur ist anzumerken, dass die Rauchtemperatur bei heutigen konventionellen Produkten kein Problem darstellt. Bei handelsüblichen HNB-Produkten jedoch ist die Aerosoltemperatur auffallend hoch und für einige Konsumenten unangenehm hoch. Zudem benötigt man bei handelsüblichen HNB- Produkten eine Kühlung, um die verdampften Komponenten abzukühlen, damit erst ein Aerosol aus den gasförmigen Bestandteilen entsteht. Regarding the smoke temperature, it should be noted that the smoke temperature is not a problem with today's conventional products. However, with commercially available HNB products, the aerosol temperature is noticeably high and unpleasant for some consumers. In addition, commercially available HNB products require cooling to cool down the vaporized components so that an aerosol is created from the gaseous components.
Bei handelsüblichen HNB-Produkten ist der Abstand von Heizelement zum Mundende des HNB-Artikels sicherlich der wichtigste Parameter für die Abkühlung des Aerosols. So ist es beispielsweise bekannt, ein sogenanntes Kühlelement der Tabakportion und dem Stützelement nachzuschalten. In commercially available HNB products, the distance from the heating element to the mouth end of the HNB article is certainly the most important parameter for cooling the aerosol. For example, it is known to install a so-called cooling element downstream of the tobacco portion and the support element.
Letztendlich müssen Mundstückmaterialien den Zielparameter Wirtschaftlichkeit erfüllen. Es besteht insbesondere ein Bedarf nach geeigneten Mundstückmaterialien, die mit einem möglichst geringen Materialeinsatz und mit möglichst geringen Prozesskosten herstellbar sind. Ultimately, mouthpiece materials must meet the target parameter of cost-effectiveness. In particular, there is a need for suitable mouthpiece materials that can be manufactured with the lowest possible material usage and with the lowest possible process costs.
Obgleich herkömmliche Zigarettenfilter, die üblicherweise aus Celluloseacetatfilamenten aufgebaut sind, eine optimale Filtration von Rauchinhaltsstoffen gewährleisten, sind diese Filtermaterialien häufig nur bedingt bei weiteren Applikationen, insbesondere bei HNB-Produkten oder E-Zigaretten einsetzbar, da bei diesen Applikationen die Filtermaterialien bzw. Materialien für das Mundstück andere Funktionen übernehmen müssen. HNB-Produkte, sowie herkömmliche Rauchartikel, weisen allgemein den Nachteil auf, dass das eingeatmete Aerosol beim Anwender mit einer hohen Temperatur aufgenommen wird. Dies ist für den Anwender mitunter unangenehm. Insbesondere bei HNB-Produkten kommt somit den Mundstückmaterialien die Aufgabe zu, bei einer möglichst geringen Filtrationsleistung das Aerosol zu kühlen. Although conventional cigarette filters, which are usually made of cellulose acetate filaments, ensure optimal filtration of smoke constituents, these filter materials are often only of limited use in other applications, particularly in HNB products or e-cigarettes, since in these applications the filter materials or materials for the mouthpiece must take on other functions. HNB products, as well as conventional smoking articles, generally have the disadvantage that the inhaled aerosol is absorbed by the user at a high temperature. This can be unpleasant for the user. In HNB products in particular, the mouthpiece materials have the task of cooling the aerosol with the lowest possible filtration performance.
Aber auch bei klassischen Zigaretten, insbesondere bei sogenannten Slim- oder Ultra-Slim-Zigaretten, d.h. Zigaretten mit geringem Durchmesser von beispielsweise 5,0 mm bis 6,5 mm, müssen Filtermaterialien bzw. Materialien für das Mundstück eine - im Vergleich zu Filtermaterialien für King-Size-Zigaretten - reduzierte Filtrationsleistung und erhöhte Kühlung und verbesserte haptische Eigenschaften (fester, aber nicht zu harter Griff) bieten. Naturgemäß entsteht dort bei der Verbrennung weniger Rauch/Geschmack als bei einer King-Size-Zigarette. Um nicht den Geschmack weiter zu reduzieren, wird eine niedrige Filtrationsleistung angestrebt. Wird zu diesem Zweck lediglich die Menge des Filtermaterials reduziert, wird irgendwann die Filterhärte unzureichend. But even with classic cigarettes, especially so-called slim or ultra-slim cigarettes, i.e. cigarettes with a small diameter of, for example, 5.0 mm to 6.5 mm, filter materials or materials for the mouthpiece must offer reduced filtration performance and increased cooling and improved haptic properties (firm but not too hard grip) compared to filter materials for king-size cigarettes. Naturally, less smoke/taste is produced during combustion than with a king-size cigarette. In order not to reduce the taste any further, a low filtration performance is aimed for. If only the amount of filter material is reduced for this purpose, the filter hardness will eventually become insufficient.
Auch haben Filter für Slim- oder Ultra-Slim-Zigaretten bei gleicher Faserdichte deutlich höhere Zugwiderstände als King-Size-Filter, was allgemein nicht gewünscht ist. Filters for slim or ultra-slim cigarettes also have significantly higher draw resistance than king-size filters with the same fiber density, which is generally not desired.
Bei sowohl HNB-Produkten als auch bei Ultra-Slim Zigaretten wurde vorgeschlagen, die gewünschte reduzierte Filtrationsleistung in Bezug auf kondensierbare Bestandteile, wie Teer, sowie eine ausreichende Filterhärte durch eine Erhöhung des Filmenttiters unter Beibehaltung des Gesamttiters zu erzielen. Dieser Ansatz hat jedoch den Nachteil, dass derartige Fasermaterialien mit hohem Filamenttiter auf den herkömmlich eingesetzten Spinnmaschinen wirtschaftliche Nachteile haben. Bei der Produktion von herkömmlichem Filter-Tow wird eine Lösung von ca. 30 % Cellulose-2,5-acetat in Aceton durch Spinndüsen gepresst, das Aceton in einem Spinnschacht durch Anblasen mit erwärmter Luft verdampft, eine Vielzahl von Filamenten (1.000 bis 35.000) zu einem Band zusammengefasst und dieses anschließend stauchkammergekräuselt. Im Falle von höheren Filamenttitern muss pro Filament eine größere Menge des Lösungsmittels verdampft werden, was aufgrund des größeren Verhältnisses von Filamentquerschnittsfläche zu Filamentoberfläche mehr Zeit in Anspruch nimmt und langsamere Spinngeschwindigkeiten zur Folge hat. Der Erfindung liegt allgemein die Aufgabe zu Grunde, ein auf natürlichen Polymeren basierendes Faser-Material mit exzellenter Bioabbaubarkeit zur Verwendung als Filter- und/oder Füllmaterial für Mundstücke für Rauchwaren-Anwendungen anzugeben, wobei das Faser-Material für einen breiten Anwendungsbereich geeignet ist. For both HNB products and ultra-slim cigarettes, it has been proposed to achieve the desired reduced filtration performance in terms of condensable components such as tar, as well as sufficient filter hardness, by increasing the film titer while maintaining the total titer. However, this approach has the disadvantage that such fiber materials with a high filament titer have economic disadvantages on the spinning machines conventionally used. In the production of conventional filter tow, a solution of approx. 30% cellulose-2,5-acetate in acetone is pressed through spinnerets, the acetone is evaporated in a spinning shaft by blowing heated air onto it, a large number of filaments (1,000 to 35,000) are combined to form a ribbon, and this is then crimped in a stuffer box. In the case of higher filament titers, a larger amount of solvent must be evaporated per filament, which takes more time due to the larger ratio of filament cross-sectional area to filament surface area and results in slower spinning speeds. The general object of the invention is to provide a fiber material based on natural polymers with excellent biodegradability for use as a filter and/or filling material for mouthpieces for smoking product applications, wherein the fiber material is suitable for a wide range of applications.
Insbesondere soll das Faser-Material außerhalb der Einwegplastik-Richtlinie der EU „Single-Use Plastics Directive" (SUPD) liegen, aber auch weitere Optionen ermöglichen, um Eigenschaften des Filter- und/oder Füllmaterials an die jeweiligen Anforderungen optimal anpassen zu können. Zu diesen Eigenschaften gehören unter anderem ein beschleunigter biologischer Abbau, vorzugsweise eine einstellbare (erhöhte) Festigkeit des Filter- und/oder Füllmaterials, sowie eine verbesserte Absorptionseigenschaft des Filter- und/oder Füllmaterials unter Beibehaltung bzw. Verbesserung des Geschmackes eines auf Celluloseacetat basierenden Filters. In particular, the fiber material should be outside the EU's Single-Use Plastics Directive (SUPD), but should also allow for further options to optimally adapt the properties of the filter and/or filling material to the respective requirements. These properties include accelerated biodegradation, preferably adjustable (increased) strength of the filter and/or filling material, as well as improved absorption properties of the filter and/or filling material while maintaining or improving the taste of a cellulose acetate-based filter.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung in den entsprechenden abhängigen Patentansprüchen angegeben sind. This object is achieved according to the invention by the subject matter of independent patent claim 1, wherein advantageous developments of the invention are specified in the corresponding dependent patent claims.
Demgemäß betrifft die Erfindung insbesondere Faser-Material zur Verwendung als Filter- und/oder Füllmaterial für Mundstücke für Rauchwaren-Anwendungen, insbesondere für HNB-Produkt-Anwendungen, wobei das Faser-Material auf Tow und/oder Stapelfasern insbesondere in Gestalt von auf natürlichen Polymeren basierenden Mischfasern und/oder Fasergemischen basiert, die Chitin sowie optional Cellulose aufweisen. Accordingly, the invention relates in particular to fiber material for use as filter and/or filling material for mouthpieces for smoking product applications, in particular for HNB product applications, wherein the fiber material is based on tow and/or staple fibers, in particular in the form of mixed fibers and/or fiber mixtures based on natural polymers, which comprise chitin and optionally cellulose.
Unter dem hierin verwendeten Begriff „Mischfaser" ist eine Faser aus verschiedenen Polymeren zu verstehen, während der Begriff „Fasergemisch" oder „Gemisch aus Fasern" mehrere Fasern unterschiedlicher Zusammensetzung bedeutet. Ge- coatete, d. h. beschichtete Fasern bilden einen Spezialfall der Mischfasern. The term "mixed fiber" used here refers to a fiber made of different polymers, while the term "fiber mixture" or "mixture of fibers" means several fibers with different compositions. Coated fibers are a special case of mixed fibers.
Gemäß Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Faser-Materials ist vorgesehen, dass das Faser-Material auf endlosen oder geschnittenen Fasern, insbesondere Mischfasern basiert, welche zu 5 % bis 100 %, vorzugsweise zu 10 % bis 95 %, noch bevorzugter zu 15 % bis 85 %, noch bevorzugter zu 20 % bis 75 %, noch bevorzugter zu 25 % bis 70 %, noch bevorzugter zu 30 % bis 65 % noch bevorzugter zu 35 % bis 60 %, noch bevorzugter zu 40 % bis 60 % und noch bevorzugter zu 45 % bis 55 % aus Chitin bestehen. Insbesondere weisen die Fasern des Faser-Materials eine Länge von 2 mm bis 100 mm und vorzugsweise eine Länge von 5 mm bis 40 mm auf. According to embodiments of the fiber material according to the invention, it is provided that the fiber material is based on continuous or cut fibers, in particular mixed fibers, which contain 5% to 100%, preferably 10% to 95%, more preferably 15% to 85%, more preferably 20% to 75%, more preferably 25% to 70%, more preferably 30% to 65% more preferably 35% to 60%, more preferably 40% to 60% and even more preferably 45% to 55% chitin. In particular, the fibers of the fiber material have a length of 2 mm to 100 mm and preferably a length of 5 mm to 40 mm.
Die Erfindung betrifft ferner ein Tow-Material aus einem Faser-Material der zuvor genannten erfindungsgemäßen Art, wobei das Tow-Material vorzugsweise einen Gesamttiter in einem Bereich von 5000 dtex bis 80.000 dtex aufweist. The invention further relates to a tow material made of a fiber material of the aforementioned type according to the invention, wherein the tow material preferably has a total titer in a range from 5000 dtex to 80,000 dtex.
Schließlich betrifft die Erfindung ein Mundstück zur Verwendung mit Rauchwaren, wobei das Mundstück ein Filter- und/oder Füllmaterial aus einem Faser-Material der zuvor genannten erfindungsgemäßen Art aufweist. Finally, the invention relates to a mouthpiece for use with smoking articles, wherein the mouthpiece has a filter and/or filling material made of a fiber material of the aforementioned type according to the invention.
Die überwiegende Zahl der heute verwendeten Filter für Mundstücke für Rauchwaren- oder HNB-Produkt-Anwendungen wird aus Filter-Tow bestehend aus endlosen, stauchkammergekräuselten Cellulose-2,5-Acetat-Filamenten hergestellt. Cellulose-2,5-Acetat besitzt im Hinblick auf die Diskussion bezüglich Rauchen und Gesundheit nachweislich hervorzuhebende Eigenschaften betreffend spezifischer Retentionsphänomene. So filtert ein Mundstück aus Celluloseacetat gesundheitlich bedenkliche Nitrosamine und Phenole weitaus effizienter als Kondensat und Nikotin. Ein weiterer, nicht zu unterschätzender Vorteil eines Mundstücks aus Cellu- lose-2,5-Acetat ist in der optischen Homogenität der Schnittflächen der Filter begründet. The majority of the filters used today for mouthpieces for tobacco or HNB product applications are made from filter tow consisting of endless, stuffer box-crimped cellulose 2,5-acetate filaments. With regard to the discussion on smoking and health, cellulose 2,5-acetate has proven to have outstanding properties with regard to specific retention phenomena. For example, a mouthpiece made of cellulose acetate filters out nitrosamines and phenols, which are harmful to health, far more efficiently than condensate and nicotine. Another advantage of a mouthpiece made of cellulose 2,5-acetate that should not be underestimated is the optical homogeneity of the filter's cut surfaces.
Allerdings haben Mundstücke und insbesondere Filter für Rauchwaren aus Cell u- lose-2,5-Acetat ungeachtet ihrer zumindest derzeit unbestreitbaren Marktdominanz einige gravierende Nachteile: Zugwiderstand und Filtrationsleistung sind für als Filter dienende Mundstücke aufgrund konstruktiver physikalischer Vorgaben eindeutig definiert und sie fallen unter die Einwegplastik-Richtlinie der EU „Sin- gle-Use Plastics Directive" (SUPD). Diese EU Richtlinie gibt es seit Juli 2019 und legt den Umgang mit Einwegplastik fest. However, mouthpieces and especially filters for smoking products made of cellulose-2,5-acetate have some serious disadvantages, despite their at least currently undeniable market dominance: draw resistance and filtration performance are clearly defined for mouthpieces used as filters due to structural physical specifications and they fall under the EU's "Single-Use Plastics Directive" (SUPD). This EU directive has been in place since July 2019 and specifies how single-use plastics should be handled.
Zwar ist es beispielsweise aus der Druckschrift DE 43 22 967 CI bekannt, auf die Oberfläche der Celluloseacetatfilamente oder Celluloseacetatspinnfasern des Fi I- ter-Tow-Materials ein Zusatzmittel aus Celluloseketten spaltenden Enzymen aufzubringen, welche die biologische Abbaubarkeit beschleunigen können, allerdings ist es aus verschiedenen Gründen problematisch bzw. nicht anwendbar, derartige Zusatzmittel einzusetzen. Darüber hinaus können derartige Zusatzmittel keinen Beitrag zur Optimierung der Festigkeit des Mundstücks und zur Optimierung der Adsorptionsfähigkeit beitragen. Although it is known, for example from the publication DE 43 22 967 CI, to apply an additive consisting of enzymes that split cellulose chains to the surface of the cellulose acetate filaments or cellulose acetate staple fibers of the filter tow material, which can accelerate the biodegradability, it is problematic or not applicable for various reasons to use such In addition, such additives cannot contribute to optimising the strength of the mouthpiece and optimising the adsorption capacity.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein grundsätzlich anderer Ansatz verfolgt. Anstelle eines Cellulose-2,5-Acetat-Materials wird erfindungsgemäß ein exzellent bioabbaubares Tow-Material vorgeschlagen, welches auf natürlich vorkommenden Polymer-Filamenten und/oder Stapelfasern insbesondere in Gestalt von Mischfasern und/oder Fasergemischen basiert, die Chitin aufweisen. Optional kann das Tow-Material auch Cellulose aufweisen. According to the present invention, a fundamentally different approach is pursued. Instead of a cellulose-2,5-acetate material, the invention proposes an excellently biodegradable tow material which is based on naturally occurring polymer filaments and/or staple fibers, in particular in the form of mixed fibers and/or fiber mixtures which contain chitin. Optionally, the tow material can also contain cellulose.
Chitin ist nach der Cellulose das in der Natur am weitesten verbreitete Biopolymer. Es ist in Außenskeletten von Schalentieren sowie in Insektenpanzern und Zellwänden von Pilzen enthalten. Durch das Anhaften einer N-Acetylgruppe im Molekülgerüst unterscheidet sich Chitin von der Cellulose. Dadurch werden physikalische Eigenschaften des Chitins, wie insbesondere Haltbarkeit und Festigkeit, erheblich gegenüber der Cellulose verbessert. Chitin besitzt ferner außerordentlich gute Adsorptionseigenschaften. Diese Eigenschaften werden in Verbindung insbesondere mit Cellulose als einheitlicher natürlicher Faserkomplex wesentlich verstärkt und synergetisch erweitert. After cellulose, chitin is the most widespread biopolymer in nature. It is found in the external skeletons of shellfish, as well as in the shells of insects and the cell walls of fungi. Chitin differs from cellulose in that it has an N-acetyl group in its molecular framework. This significantly improves the physical properties of chitin, such as durability and strength, compared to cellulose. Chitin also has exceptionally good adsorption properties. These properties are significantly enhanced and synergistically expanded when combined with cellulose in particular as a uniform natural fiber complex.
Im Hinblick auf das erfindungsgemäße Tow-Material sind insbesondere folgende Merkmale hervorzuheben: With regard to the tow material according to the invention, the following features are particularly noteworthy:
• Exzellente Bioabbaubarkeit: Der biologische Abbau beträgt vorzugsweise 60 Gew.-% oder mehr, stärker bevorzugt 70 Gew.-% oder mehr und noch stärker bevorzugt 90 Gew.-% oder mehr innerhalb von 30 Tagen in Wasser und Erde. • Excellent biodegradability: The biodegradation is preferably 60 wt% or more, more preferably 70 wt% or more, and even more preferably 90 wt% or more within 30 days in water and soil.
• kein Bestandteil der SUPD (single-use plastics directive): Chitin- und Cellulose-Fasern und auch deren Mischfasern oder Fasergemischen gelten als natürliche Polymere und sind somit von der Richtlinie ausgenommen. • not part of the SUPD (single-use plastics directive): Chitin and cellulose fibres and also their mixed fibres or fibre blends are considered natural polymers and are therefore exempt from the directive.
Temperaturbereich: Einsatzbereich bis 120° in gasförmigen Medien; • spezifische Filtrationseigenschaften: Oberfläche, Faserform, Fibrillierung der Fasern kann prozesstechnologisch beeinflusst werden und auf den Einsatzfall maßgeschneidert werden; Temperature range: Application range up to 120° in gaseous media; • specific filtration properties: surface, fiber shape, fibrillation of the fibers can be influenced by process technology and tailored to the application;
Zahlreiche potenzielle Anwendungen von Chitin werden derzeit diskutiert. Insbesondere wird Chitin bereits kommerziell für Wundheilungsprodukte und medizinische Implantate eingesetzt. Allerdings wurde überraschend festgestellt, dass die Anwendung von Chitin als Tow-Material zur Verwendung als Filter- und/oder Füllmaterial für Mundstücke für Rauchwaren- oder HNB-Produkt-Anwendungen ebenfalls überraschende Vorteile mit sich bringt, insbesondere im Hinblick auf die Biokompatibilität, die Bioabbaubarkeit aber auch im Hinblick auf die Festigkeit und das spezifische Adsorptionsverhalten. Numerous potential applications of chitin are currently being discussed. In particular, chitin is already used commercially for wound healing products and medical implants. However, it has been surprisingly found that the application of chitin as a tow material for use as a filter and/or filling material for mouthpieces for smoking or HNB product applications also brings surprising advantages, especially with regard to biocompatibility, biodegradability but also with regard to strength and specific adsorption behavior.
Bioabbaubarkeitstest in Wasser zeigten eine erhöhte biologische Abbaubarkeit von Chitin und Chitin/Cellulose Mischfasern und/oder Fasergemischen im Vergleich zu anderen Cellulose-Regeneratfasern, sowie Celluloseacetat. Aber auch in anderen Medien, wie Erde oder Meerwasser, kann ein exzellenter Bioabbau beobachtet werden. In allen Medien waren die Fasern innerhalb der vorgeschriebenen Zeit abgebaut, wobei der schnellste Abbau in Wasser und Erde erfolgte. Hier waren die Fasern innerhalb von 15 Tagen zu über 80 % abgebaut. Biodegradability tests in water showed an increased biodegradability of chitin and chitin/cellulose mixed fibers and/or fiber mixtures compared to other regenerated cellulose fibers, as well as cellulose acetate. But excellent biodegradation can also be observed in other media, such as soil or sea water. In all media, the fibers were degraded within the prescribed time, with the fastest degradation occurring in water and soil. Here, the fibers were degraded by over 80% within 15 days.
Zur Herstellung der Filamente bzw. Stapelfasern aus Chitin kommen verschiedene Verfahren in Frage. Various processes can be used to produce filaments or staple fibres from chitin.
Beispielsweise ist es denkbar, dass Chitin unter Verwendung einer ätzenden Base und Kohlenstoffdisulfid in Chitinxanthat überführt wird. Das Chitinxanthat ist eine viskose Dispersion, welche anschließend durch Extrusion in ein Koagulationsbad aus beispielsweise Schwefelsäure und Ammoniumsulfat überführt wird. Das Chitin regeneriert sich in dem Koagulationsbad und erhält eine gelartige Konsistenz. Mittels Trocknung dieser gelartigen Substanz können die Filamente oder Fasern hergestellt werden. In diesem Zusammenhang sei beispielsweise auf die Druckschrift US 2,217,823 B verwiesen. For example, it is conceivable that chitin is converted into chitinxanthate using a caustic base and carbon disulfide. The chitinxanthate is a viscous dispersion which is then transferred by extrusion into a coagulation bath made of, for example, sulfuric acid and ammonium sulfate. The chitin regenerates in the coagulation bath and acquires a gel-like consistency. The filaments or fibers can be produced by drying this gel-like substance. In this context, reference is made to, for example, the publication US 2,217,823 B.
Weiterhin ist es denkbar, Chitin und Cellulose zu kombinieren, wobei ätzende Basen und Kohlenstoffdisulfid verwendet werden. Schließlich ist es denkbar, Chitinfasern mit hoher Festigkeit in einem Vier-Schritt- Verfahren zu bilden (vgl. US 4,029,727 B). Dabei kann Chitin in einer Mischung aus Dichloressigsäure und einem wasserfreien organischen Lösungsmittel aufgelöst werden. Dann wird das Chitin koaguliert unter Verwendung eines Überschusses an organischer Flüssigkeit, welche Chitin nicht löst. Anschließend wird das koagulierte Material mit einem Basenbad neutralisiert. Danach wird aus dem Chitin mittels Kaltziehens eine orientierte Chitinfaser hergestellt. Furthermore, it is conceivable to combine chitin and cellulose using caustic bases and carbon disulfide. Finally, it is conceivable to form chitin fibers with high strength in a four-step process (see US 4,029,727 B). Chitin can be dissolved in a mixture of dichloroacetic acid and an anhydrous organic solvent. The chitin is then coagulated using an excess of organic liquid that does not dissolve chitin. The coagulated material is then neutralized with an alkaline bath. An oriented chitin fiber is then produced from the chitin by cold drawing.
Besonders bevorzugt kommt bei dem erfindungsgemäßen Tow-Material eine Mischfaser und/oder ein Fasergemisch zum Einsatz, die bzw. das Chitin sowie Cellulose aufweist. Particularly preferably, the tow material according to the invention uses a mixed fiber and/or a fiber mixture which comprises chitin and cellulose.
In diesem Zusammenhang ist es denkbar, dass zur Herstellung der Cellulose-Chi- tin-Mischfasern des Tow-Materials ein Lösungsmittel auf Grundlage ionischer Flüssigkeiten verwendet wird, um Cellulose und Chitin miteinander zu verbinden. In this context, it is conceivable that a solvent based on ionic liquids is used to produce the cellulose-chitin mixed fibers of the tow material in order to bond cellulose and chitin together.
Zur Herstellung der Cellulose-Chitin-Mischfasern kommen ionische Flüssigkeiten zum Einsatz. Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die schon bei Temperaturen unter 100°C flüssig sind und viele Polymere lösen können, so insbesondere auch die langkettigen Polysaccharide des Chitins. Das Lösungsmittel aus ionischen Flüssigkeiten ist so zu wählen, dass es für die Verarbeitung von Cellulose und Chitin gleichermaßen geeignet ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Rohstoffe Chitin und Cellulose in einem gemeinsamen Prozessschritt zu einer Faser zu verarbeiten. Ionic liquids are used to produce the cellulose-chitin mixed fibers. Ionic liquids are salts that are liquid at temperatures below 100°C and can dissolve many polymers, especially the long-chain polysaccharides of chitin. The solvent from ionic liquids must be selected so that it is equally suitable for processing cellulose and chitin. In this way, it is possible to process the raw materials chitin and cellulose into a fiber in a single process step.
Die so hergestellten Cellulose-Chitin-Mischfasern zeigen im Vergleich zu reinen Cellulose-Regeneratfasern und Celluloseacetat einen schnelleren biologischen Abbau. Bei der Cellulose-Chitin-Mischfaser kommt insbesondere dem Chitin die strukturbildende Eigenschaft zu. The cellulose-chitin mixed fibers produced in this way show a faster biodegradation compared to pure cellulose regenerated fibers and cellulose acetate. In the cellulose-chitin mixed fiber, the chitin in particular has the structure-forming property.
Gemäß bevorzugten Realisierungen des erfindungsgemäßen Fasermaterial basiert dieses auf endlosen oder geschnittenen Mischfasern und/oder Fasergemischen, welche zu 5 % bis 100 %, vorzugsweise zu 10 % bis 95 %, noch bevorzugter zu 15 % bis 85 %, noch bevorzugter zu 20 % bis 75 %, noch bevorzugter zu 25 % bis 70 %, noch bevorzugter zu 30 % bis 65 % noch bevorzugter zu 35 % bis 60 %, noch bevorzugter zu 40 % bis 60 % und noch bevorzugter zu 45 % bis 55 % aus Chitin bestehen. Insbesondere besteht das erfindungsgemäße Fasermaterial zu 5 % bis 100 % und vorzugsweise zu 5 % bis 70 % und noch bevorzugter zu 10 % bis 50 % aus Chitin. According to preferred realizations of the fiber material according to the invention, this is based on continuous or chopped mixed fibers and/or fiber mixtures which consist of 5% to 100%, preferably 10% to 95%, more preferably 15% to 85%, more preferably 20% to 75%, more preferably 25% to 70%, more preferably 30% to 65%, more preferably 35% to 60%, more preferably 40% to 60% and more preferably 45% to 55% chitin. In particular, the fiber material according to the invention consists of 5% to 100%, preferably 5% to 70%, and more preferably 10% to 50% chitin.
Insbesondere mit einem solchen Fasermaterial wird ein Ausgangsmaterial für Filter, oder Mundstücke für Rauchwaren- oder HNB-Produkt-Anwendungen angegeben, welches für einen breiten Anwendungsbereich geeignet ist. Insbesondere kann damit ein Filterelement mit niedrigem Zugwiderstand und einer angepassten Filtrationsleistung angegeben werden, wobei dieses eine hinreichend hohe und bei der Anwendung in Rauchwaren möglichst konstante Filtronahärte aufweist. In particular, such a fiber material provides a starting material for filters or mouthpieces for tobacco or HNB product applications that is suitable for a wide range of applications. In particular, it can be used to provide a filter element with low draw resistance and an adapted filtration performance, which has a sufficiently high Filtrona hardness that is as constant as possible when used in tobacco products.
Durch die Variation des Anteils an Chitin ist eine selektive Filtrationswirkung i nsbesondere auch auf Phenole im Vergleich zu Cellulose basierten Filtermaterialien verbessert. Das erfindungsgemäße Fasermaterial eignet sich, zuverlässig ein erwärmtes partikelbeladenes Gas zu kühlen, sodass die Temperatur des von dem Anwender eines Rauchartikels aufgenommenen Gases, Aerosols oder Dampfs reduziert werden kann. By varying the proportion of chitin, a selective filtration effect, particularly on phenols, is improved compared to cellulose-based filter materials. The fiber material according to the invention is suitable for reliably cooling a heated, particle-laden gas, so that the temperature of the gas, aerosol or vapor absorbed by the user of a smoking article can be reduced.
Insbesondere wurde bei einem aus dem erfindungsgemäßen Tow-Material gefertigten Filterelement überraschend festgestellt, dass insbesondere ohne Veränderung des Gesamttiters des Tow-Materials eine gewünschte Filtrationsleistung in Bezug auf kondensierbare Bestandteile, wie Teer, sowie eine ausreichende Filterhärte erzielbar sind. In particular, it was surprisingly found that in a filter element made from the tow material according to the invention, a desired filtration performance with respect to condensable components, such as tar, as well as a sufficient filter hardness can be achieved, in particular without changing the total titer of the tow material.
Gemäß bevorzugten Realisierungen des erfindungsgemäßen Tow-Materials weisen die Mischfasern und/oder Fasern des Fasergemisches eine kreisförmige, trilobale, hexagonale, polygonale, sternförmige, viereckige, X-, K-, C-, Y-förmige und/oder unregelmäßige Querschnittsgeometrie auf. Insbesondere trilobale, hexagonale, polygonale, sternförmige, viereckige, X-, K-, C- oder Y-förmige Querschnittsformen bieten sich an, wenn die Mischfasern eine möglichst große spezifische Oberfläche aufweisen sollen, um beispielsweise ein hohes Filtrationsvermögen bei gleichzeitigem sparsamen Rohstoffeinsatz zu ermöglichen. According to preferred implementations of the tow material according to the invention, the mixed fibers and/or fibers of the fiber mixture have a circular, trilobal, hexagonal, polygonal, star-shaped, square, X-, K-, C-, Y-shaped and/or irregular cross-sectional geometry. In particular, trilobal, hexagonal, polygonal, star-shaped, square, X-, K-, C- or Y-shaped cross-sectional shapes are suitable if the mixed fibers are to have the largest possible specific surface area, for example in order to enable a high filtration capacity while simultaneously using raw materials economically.
Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang denkbar, die Fasern zumindest teilweise als hohlförmige Fasern auszubilden, wodurch ein niedriger Zugwiderstand und eine niedrige Filtrationsleistung realisiert werden können, da die zumindest teilweise hohlförmigen Fasern eine geringe äußere Oberfläche bezogen auf die Gesamtfasermasse aufweisen. Hierbei ist es bevorzugt, dass die zumindest teilweise hohlförmigen Fasern einen möglichst runden Querschnitt aufweisen. In particular, it is conceivable in this context to form the fibres at least partially as hollow fibres, whereby a low tensile resistance and a low filtration performance can be achieved, since the at least partially hollow fibres have a small external surface in relation to the total fiber mass. It is preferred that the at least partially hollow fibers have a cross-section that is as round as possible.
Insbesondere ist es in diesem Zusammenhang denkbar, die Fasern zumindest teilweise als hohlförmige Fasern auszubilden, wobei es bevorzugt ist, dass die zumindest teilweise hohlförmigen Fasern einen möglichst runden Querschnitt aufweisen. Hierdurch kann gegenüber polylobalen Querschittsformen ein niedriger Zugwiderstand und eine niedrige Filtrationsleistung realisiert werden, da die zumindest teilweise hohlförmigen Fasern eine geringe äußere Oberfläche bezogen auf das Gesamtfaservolumen aufweisen können. In particular, it is conceivable in this context to form the fibers at least partially as hollow fibers, wherein it is preferred that the at least partially hollow fibers have a cross-section that is as round as possible. This makes it possible to achieve a low tensile resistance and a low filtration performance compared to polylobal cross-sections, since the at least partially hollow fibers can have a small external surface in relation to the total fiber volume.
Alternativ dazu ist es möglich, die gewünschte große spezifische Oberfläche durch ein Bündel extrem feiner Filamente oder Stapelfasern kreisförmigen Querschnitts zu erhalten. Allerdings sind auch andere Querschnittsformen für die Filamente bzw. Stapelfasern denkbar. Alternatively, it is possible to obtain the desired large specific surface area by using a bundle of extremely fine filaments or staple fibers with a circular cross-section. However, other cross-sectional shapes for the filaments or staple fibers are also conceivable.
Die Filterelement- bzw. Filterstabhärte ist ein wichtiges Zielkriterium bei insbesondere Zigarettenfiltern. Sie wird üblicherweise als die genannte Filtronahärte angegeben. Hierbei ist zu beachten, dass die Filtronahärte nur an einem Filterelement gemessen wird, nicht aber an dem zu Grunde liegenden Filter- (Roh) Material, also dem Tow-Material. Die Filtronahärte eines Filterelements wird insbesondere durch die Menge an Bindemittel beeinflusst, welches auf das Filterelement aufgesprüht wird/werden kann. The filter element or filter rod hardness is an important target criterion for cigarette filters in particular. It is usually specified as the so-called Filtrona hardness. It should be noted that the Filtrona hardness is only measured on a filter element, not on the underlying filter (raw) material, i.e. the tow material. The Filtrona hardness of a filter element is influenced in particular by the amount of binding agent that is/can be sprayed onto the filter element.
Insbesondere ist gemäß Realisierungen der Erfindung vorgesehen, dass das Filter- und/oder Füllmaterial ein Bindemittel aufweist, wobei der Bindemittelgehalt vorzugsweise zwischen 1 % bis 40 % liegt. In particular, according to implementations of the invention, it is provided that the filter and/or filling material comprises a binder, wherein the binder content is preferably between 1% and 40%.
Das Bindemittel kann synthetische Rohstoffe und/oder nachwachsende Rohstoffe und/oder ganz und/oder teilweise biobasierte Rohstoffe aufweisen, insbesondere Stärke und/oder ein wasserlöslicher, biologisch abbaubarer Rohstoff, insbesondere Alginate. Beispiele für Bindemittel sind RediBOND 4000 (National Starch) oder Revultex (Synthomer). The binder can contain synthetic raw materials and/or renewable raw materials and/or completely and/or partially bio-based raw materials, in particular starch and/or a water-soluble, biodegradable raw material, in particular alginates. Examples of binders are RediBOND 4000 (National Starch) or Revultex (Synthomer).
Das Bindemittel ist insbesondere wasserlöslich oder schmelzklebend, um eine Lösung zu erzeugen, oder wasserdispergierbar, um eine Bindemitteldispersion/Emulsion in Wasser zu erzeugen oder durch Temperatur geschmolzen zu werden. The binder is in particular water-soluble or hot-melt adhesive to produce a solution or water-dispersible to produce a To produce binder dispersion/emulsion in water or to be melted by temperature.
Die Viskosität der Bindemittellösung/Dispersion/Emulsion/Schmelzklebers wird vorzugsweise dem Applikationsverfahren angepasst. The viscosity of the binder solution/dispersion/emulsion/hot melt adhesive is preferably adapted to the application process.
Der auf das Tow-Material/Mundstück aufgebrachte Gehalt an festem Bindemittel variiert im Bereich von 2 % bis 30 % des Trockengewichts. The solid binder content applied to the tow material/mouthpiece varies in the range of 2% to 30% of the dry weight.
Bei dem erfindungsgemäßen Tow-Material wird ferner die Filtronahärte durch den Anteil an Chitin in dem Tow-Material beeinflusst. In the tow material according to the invention, the Filtrona hardness is further influenced by the proportion of chitin in the tow material.
Der Mindestgrenzwert der Filtronahärte liegt bei etwa 88 % und orientiert sich an den Markterfordernissen. Die Filtronahärte des Filterelements kann hierbei vorzugsweise auf etwa 88 % bis 95 %, insbesondere etwa 90 % bis 93 % eingestellt werden. The minimum limit value of the Filtrona hardness is around 88% and is based on market requirements. The Filtrona hardness of the filter element can preferably be set to around 88% to 95%, in particular around 90% to 93%.
Indem das erfindungsgemäße Filter- und/oder Füllmaterial zumindest teilweise aus hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten ausgebildet ist, die als Füllmaterial dienen, können bei aus dem erfindungsgemäßen Material hergestellten Filterstäben über einen weiten Bereich der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung variiert werden. Since the filter and/or filling material according to the invention is at least partially formed from hollow cellulose acetate filaments which serve as filling material, the tensile resistance and the filtration performance of filter rods made from the material according to the invention can be varied over a wide range.
Insbesondere hat sich gezeigt, dass ein Filtermaterial, welches zumindest teilweise aus Chitinfasern und insbesondere Cellulose-Chitin-Mischfasern und/oder Fasergemischen besteht, eine thermische Kühlwirkung aufweisen kann. Es wurde festgestellt, dass durch den Einsatz von Chitinfasern und insbesondere Cellulose- Chitin-Mischfasern nach wie vor eine sehr niedrige Filterwirkung, d.h. Rückhaltewirkung, für die zu entfernenden Schwebstoffe und Gase, erreicht werden kann. In particular, it has been shown that a filter material which consists at least partially of chitin fibers and in particular cellulose-chitin mixed fibers and/or fiber mixtures can have a thermal cooling effect. It has been found that by using chitin fibers and in particular cellulose-chitin mixed fibers, a very low filtering effect, i.e. retention effect, for the suspended matter and gases to be removed can still be achieved.
Das erfindungsgemäße Tow-Material bzw. Filter- und/oder Füllmaterial weist ferner den Vorteil auf, dass es eine insbesondere einstellbare Kühlung eines erwärmten partikelbeladenen Gases (insbesondere Aerosols) ermöglicht, sodass die Temperatur des von dem Anwender eines Rauchartikels oder HNB-Produktes aufgenommenen Gases, Aerosols oder Dampfes gezielt reduziert werden kann. Durch eine Variation des Anteils der Chitinfasern und/oder der chitinhaltigen Fasern in dem Filter- und/oder Füllmaterial ist dabei die angestrebte Kühlwirkung anwendungsspezifisch anpassbar. The tow material or filter and/or filling material according to the invention also has the advantage that it enables a particularly adjustable cooling of a heated particle-laden gas (in particular aerosol), so that the temperature of the gas, aerosol or vapor absorbed by the user of a smoking article or HNB product can be reduced in a targeted manner. By varying the proportion of chitin fibers and/or chitin-containing fibers in The desired cooling effect can be adapted to the specific application using the filter and/or filling material.
Bei Ausgestaltungen der Erfindung ist vorgesehen, dass die Chitinfasern und insbesondere Cellulose-Chitin-Fasern und/oder Fasergemische als einerseits als Trägermaterial und andererseits als Kühlmaterial dienen. Indem die Chitinfasern und insbesondere Cellulose-Chitin-Mischfasern und/oder Fasergemische gleichzeitig als Trägermaterial dienen sind besonders kompakte Mundstücke realisierbar, bei denen die Dimensionen des Rauchartikels nicht vergrößert werden müssen. In embodiments of the invention, it is provided that the chitin fibers and in particular cellulose-chitin fibers and/or fiber mixtures serve as a carrier material on the one hand and as a cooling material on the other. As the chitin fibers and in particular cellulose-chitin mixed fibers and/or fiber mixtures simultaneously serve as a carrier material, particularly compact mouthpieces can be realized in which the dimensions of the smoking article do not have to be increased.
Zusammengefasst bleibt somit festzuhalten, dass durch die Verwendung eines Filtermateriales, welches zumindest teilweise aus Chitinfasern und insbesondere aus Cellulose-Chitin-Mischfasern und/oder Fasergemischen besteht, die Festigkeit, der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung über einen weiten Bereich an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden können, und zwar deutlich flexibler als dies bei herkömmlichen auf Celluloseacetatfilamenten basierenden Filtermaterialien der Fall ist. Darüber hinaus kann eine Kühlwirkung variabel eingestellt werden. In summary, it can be said that by using a filter material that consists at least partially of chitin fibers and in particular of cellulose-chitin mixed fibers and/or fiber mixtures, the strength, tensile resistance and filtration performance can be adapted to the respective requirements over a wide range, and in a much more flexible way than is the case with conventional filter materials based on cellulose acetate filaments. In addition, a cooling effect can be variably adjusted.
Insbesondere erlaubt es die vorliegende Erfindung, dass Mundstücke bzw. Filter aus dem erfindungsgemäßen Tow-Material gebildet werden, welches normalerweise in Form eines Stranges von im Wesentlichen längsgerichteten Endlos-Chitinfasern und insbesondere Endlos-Cellulose-Chitin-Mischfasern vorliegt, wobei die Endlos-Filamente vorzugsweise gekräuselt sind, so dass kurze Bereiche der einzelnen Filamente unregelmäßig in nicht-parallelen, zusammenlaufenden und auseinanderstrebenden Richtungen im Vergleich zu der überwiegend längsverlau- fenden Richtung des Stranges angeordnet sind. In particular, the present invention allows mouthpieces or filters to be formed from the tow material according to the invention, which is normally in the form of a strand of essentially longitudinally directed continuous chitin fibers and in particular continuous cellulose-chitin mixed fibers, wherein the continuous filaments are preferably crimped so that short regions of the individual filaments are arranged irregularly in non-parallel, converging and diverging directions compared to the predominantly longitudinal direction of the strand.
In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filtermateriales kann die Oberflächenstruktur des Filtermateriales dadurch variiert werden, dass insbesondere gekräuselte Filamente zum Einsatz kommen. Der Kräuselindex des Tow- Materials liegt vorzugsweise zwischen 1 % und 60 %, und insbesondere zwischen 5 % und 50 %. Der Kräuselindex Ix ist ein Maß für die Intensität der Kräuselung. Der Kräuselindex eines Filter Tows wird durch einen Zugversuch (Zusammenhang Kraft/Deh- nung) bestimmt. Er ist definiert als das Verhältnis aus der gestreckten Länge L2 unter Prüflast minus der Ausgangslänge zur Ausgangslänge unter Vorlast Li: In one possible embodiment of the filter material according to the invention, the surface structure of the filter material can be varied by using, in particular, crimped filaments. The crimp index of the tow material is preferably between 1% and 60%, and in particular between 5% and 50%. The curl index I x is a measure of the intensity of the curl. The curl index of a filter tow is determined by a tensile test (relationship between force and elongation). It is defined as the ratio of the stretched length L2 under test load minus the initial length to the initial length under preload Li:
IX=(L2-LI)/LI*100 % I X =(L 2 -LI)/LI*100 %
Dabei beträgt die Prüflast 25 N und die Vorlast 2,5 N. Die Einspannlänge ist 250 mm. Der Kräuselindex wird im Zugversuch mit einer konstanten Dehngeschwindigkeit von 300 mm/min auf einem G02-Gerät der Fa. Borgwaldt GmbH, Hamburg, bestimmt. Pro Messung werden 10 Einzelmesswerte aufgenommen. Die Prüfung erfolgt unter Normklima: 20 °C und 60 % relative Luftfeuchtigkeit. The test load is 25 N and the preload is 2.5 N. The clamping length is 250 mm. The curl index is determined in a tensile test with a constant strain rate of 300 mm/min on a G02 device from Borgwaldt GmbH, Hamburg. 10 individual measurements are recorded per measurement. The test is carried out under standard climate: 20 °C and 60% relative humidity.
Gemäß bevorzugten Realisierungen weisen die Mischfasern gekräuselte Fasern vorzugsweise mit 2 Kräuselbögen/cm bis 50 Kräuselbögen/cm, insbesondere mit 10 Kräuselbögen/cm bis 20 Kräuselbögen/cm auf. According to preferred implementations, the mixed fibers comprise crimped fibers preferably with 2 crimps/cm to 50 crimps/cm, in particular with 10 crimps/cm to 20 crimps/cm.
Es ist bevorzugt, dass die Mischfasern eine Feinheit in einem Bereich von 0,3 dtex bis 50 dtex aufweisen. It is preferred that the mixed fibers have a fineness in a range of 0.3 dtex to 50 dtex.
Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Tow-Materials ist vorgesehen, dass die Mischfasern einen Kräuselindex von 1 % bis 60 % aufweisen und/oder dass die mittlere Feinheitsfestigkeit der glatten Faser vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 cN/dtex bis 16 cN/dtex und vorzugsweise in einem Bereich von 0,7 cN/dtex bis 8 cN/tex liegt. Die mittlere Feinheitsfestigkeit der gekräuselten Fasern beträgt insbesondere 1 bis 40 cN/tex und vorzugsweise 1 bis 20 cN/tex In embodiments of the tow material according to the invention, it is provided that the mixed fibers have a crimp index of 1% to 60% and/or that the average tenacity of the smooth fiber is preferably in a range from 0.5 cN/dtex to 16 cN/dtex and preferably in a range from 0.7 cN/dtex to 8 cN/tex. The average tenacity of the crimped fibers is in particular 1 to 40 cN/tex and preferably 1 to 20 cN/tex.
Die Erfindung betrifft ferner einen Zigarettenfilter aus einem Filtermaterial der zuvor genannten Art. The invention further relates to a cigarette filter made of a filter material of the aforementioned type.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Filters wird ein Filter-Tow von einem Ballen abgezogen, pneumatisch ausgebreitet und nach dem für Raumfilter üblichen Verfahren verstreckt. To produce the filter according to the invention, a filter tow is pulled from a bale, spread out pneumatically and stretched according to the usual method for spatial filters.
Der Zugwiderstand kann im Rahmen der erfinderischen Lehre mindestens 0,5 daPa pro mm Filterlänge und höchstens 8,0 daPa pro mm Filterlänge betragen, wobei ein Wert in dem Bereich von 1,0 daPa pro mm Filterlänge bis 6,0 daPa pro mm Filterlänge und insbesondere in dem Bereich von 1,5 daPa pro mm Filterlänge bis 4,0 daPa pro mm Filterlänge bevorzugt ist. Within the scope of the inventive teaching, the tensile resistance can be at least 0.5 daPa per mm filter length and at most 8.0 daPa per mm filter length, whereby a value in the range of 1.0 daPa per mm filter length to 6.0 daPa per mm filter length and in particular in the range from 1.5 daPa per mm filter length to 4.0 daPa per mm filter length is preferred.
Gemäß Ausführungsvarianten des Zigarettenfilters bzw. des Zigarettenfilterelements ist mindestens ein Merkmal der nachfolgend genannten Merkmale realisiert: Depending on the design variants of the cigarette filter or cigarette filter element, at least one of the following features is implemented:
■ die Faserdichte des Filter- und/oder Füllmaterials beträgt zwischen 40 bis 160 kg pro m3 und vorzugsweise zwischen 80 bis 120 kg pro m3 und noch bevorzugter zwischen 90 bis 110 kg pro m3; ■ the fibre density of the filter and/or filling material is between 40 to 160 kg per m 3 and preferably between 80 to 120 kg per m 3 and more preferably between 90 to 110 kg per m 3 ;
■ der Zigarettenfilter oder das Zigarettenfilterelement weist eine Filtronahärte von mindestens 88 % und vorzugsweise eine Filtronahärte von 88 % bis 95 % und noch bevorzugter eine Filtronahärte von 90 % bis 93 % auf; ■ the cigarette filter or cigarette filter element has a Filtrona hardness of at least 88% and preferably a Filtrona hardness of 88% to 95% and more preferably a Filtrona hardness of 90% to 93%;
■ der Zigarettenfilter oder das Zigarettenfilterelement weist einen Zugwiderstand von mindestens 0,5 daPa pro mm Filterlänge und höchstens 8,0 daPa pro mm Filterlänge auf, wobei ein Wert in dem Bereich von 1,0 daPa pro mm Filterlänge bis 6,0 daPa pro mm Filterlänge und insbesondere in dem Bereich von 1,5 daPa pro mm Filterlänge bis 4,0 daPa pro mm Filterlänge bevorzugt ist. ■ the cigarette filter or the cigarette filter element has a draw resistance of at least 0.5 daPa per mm filter length and at most 8.0 daPa per mm filter length, with a value in the range from 1.0 daPa per mm filter length to 6.0 daPa per mm filter length and in particular in the range from 1.5 daPa per mm filter length to 4.0 daPa per mm filter length being preferred.
Gemäß Ausführungsvarianten des Zigarettenfilters bzw. des Zigarettenfilterelements ist ferner ein insbesondere kapselförmiges oder kapselartiges Geschmacksabgabeelement in dem Filter- und/oder Füllmaterial eingebettet. According to design variants of the cigarette filter or the cigarette filter element, a particularly capsule-shaped or capsule-like flavor release element is embedded in the filter and/or filling material.
Gemäß Ausführungsvarianten des Zigarettenfilters bzw. des Zigarettenfilterelements weist der Zigarettenfilter bzw. das Zigarettenfilterelement zusätzlich zu den Cellulose-Chitin-Mischfasern bzw. -Fasergemischen Celluloseacetatfilamente auf. Depending on the design variant of the cigarette filter or cigarette filter element, the cigarette filter or cigarette filter element comprises cellulose acetate filaments in addition to the cellulose-chitin mixed fibres or fibre mixtures.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Filter- und/oder Füllmaterials in Rauchwaren und insbesondere in HNB-Produkten. According to a further aspect, the present invention relates to the use of the filter and/or filling material according to the invention in smoking articles and in particular in HNB products.

Claims

Patentansprüche Patent claims
1. Faser-Material zur Verwendung als Filter- und/oder Füllmaterial für Mundstücke für Rauchwaren-Anwendungen, insbesondere für HNB-Produkt- Anwendungen, wobei das Faser-Material auf Tow und/oder Stapelfasern insbesondere in Gestalt von auf natürlichen Polymeren basierenden Mischfasern und/oder Fasergemischen basiert, die Chitin sowie optional Cellulose aufweisen. 1. Fiber material for use as filter and/or filling material for mouthpieces for smoking product applications, in particular for HNB product applications, wherein the fiber material is based on tow and/or staple fibers, in particular in the form of mixed fibers and/or fiber mixtures based on natural polymers, which comprise chitin and optionally cellulose.
2. Faser-Material nach Anspruch 1, wobei das Faser-Material auf endlosen oder geschnittenen Fasern, insbesondere Mischfasern basiert, welche zu 5 % bis 100 %, vorzugsweise zu 10 % bis 95 %, noch bevorzugter zu 15 % bis 85 %, noch bevorzugter zu 20 % bis 75 %, noch bevorzugter zu 25 % bis 70 %, noch bevorzugter zu 30 % bis 65 % noch bevorzugter zu 35 % bis 60 %, noch bevorzugter zu 40 % bis 60 % und noch bevorzugter zu 45 % bis 55 % aus Chitin bestehen. 2. Fiber material according to claim 1, wherein the fiber material is based on continuous or chopped fibers, in particular mixed fibers, which consist of 5% to 100%, preferably 10% to 95%, more preferably 15% to 85%, more preferably 20% to 75%, more preferably 25% to 70%, more preferably 30% to 65%, more preferably 35% to 60%, more preferably 40% to 60% and more preferably 45% to 55% chitin.
3. Faser-Material nach Anspruch 1 oder 2, wobei zur Herstellung der Cellulose-Chitin-Mischfasern und/oder des Cellulose-Chitin-Fasergemischs des Faser-Materials durch Verwendung eines Lösungsmittels auf Grundlage ionischer Flüssigkeiten Cellulose und Chitin miteinander verbunden werden. 3. Fiber material according to claim 1 or 2, wherein for the production of the cellulose-chitin mixed fibers and/or the cellulose-chitin fiber mixture of the fiber material, cellulose and chitin are bonded together by using a solvent based on ionic liquids.
4. Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Faser-Material Cellulose-Chitin-Mischfasern und/oder ein Fasergemisch aus Chitin-Fasern und Cellulose- und/oder Celluloseacetat- Fasern enthält. 4. Fiber material according to one of claims 1 to 3, wherein the fiber material contains cellulose-chitin mixed fibers and/or a fiber mixture of chitin fibers and cellulose and/or cellulose acetate fibers.
5. Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Faser-Material gekräuselte Fasern vorzugsweise mit 2 Kräuselbögen/cm bis 50 Kräuselbögen/cm, insbesondere mit 10 Kräuselbögen/cm bis 20 Kräuselbögen/cm aufweist. 5. Fiber material according to one of claims 1 to 4, wherein the fiber material has crimped fibers preferably with 2 crimps/cm to 50 crimps/cm, in particular with 10 crimps/cm to 20 crimps/cm.
6. Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Filamente des Faser-Materials eine Feinheit in einem Bereich von 0,3 dtex bis 50 dtex aufweisen. 6. Fiber material according to one of claims 1 to 5, wherein the filaments of the fiber material have a fineness in a range of 0.3 dtex to 50 dtex.
7. Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Fasern des Faser-Materials eine kreisförmige, trilobale, hexagonale, polygonale, sternförmige, viereckige, X-, K-, C-, Y-förmige und/oder unregelmäßig geformte Querschnittsgeometrie aufweisen. 7. Fiber material according to one of claims 1 to 6, wherein the fibers of the fiber material have a circular, trilobal, hexagonal, polygonal, star-shaped, square, X-, K-, C-, Y-shaped and/or irregularly shaped cross-sectional geometry.
8. Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Mischfasern Cellulose enthalten und/oder wobei das Fasergemisch Fasern aus Cellulose enthält. 8. Fiber material according to one of claims 1 to 7, wherein the mixed fibers contain cellulose and/or wherein the fiber mixture contains fibers made of cellulose.
9. Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Fasern des Faser-Materials mit gegenseitigen Abständen in ungeregelter Anordnung zueinanderstehen, und wobei die Fasern gegenseitig verschlauft und/oder verhakt sind. 9. Fiber material according to one of claims 1 to 8, wherein the fibers of the fiber material are arranged at mutual distances in an unregulated arrangement, and wherein the fibers are mutually entangled and/or hooked.
10. Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Fasern des Faser-Materials eine Länge von 2 bis 100 mm und vorzugsweise eine Länge von 5 bis 40 mm aufweisen. 10. Fiber material according to one of claims 1 to 9, wherein the fibers of the fiber material have a length of 2 to 100 mm and preferably a length of 5 to 40 mm.
11. Tow-Material aus einem Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Tow-Material vorzugsweise einen Gesamttiter in einem Bereich von 5000 dtex bis 80.000 dtex aufweist. 11. Tow material made of a fiber material according to one of claims 1 to 9, wherein the tow material preferably has a total titer in a range of 5000 dtex to 80,000 dtex.
12. Tow-Material nach Anspruch 11 oder aus einem Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Fasern des Tow-Materials einen Kräusel index von 5 % bis 50 % aufweisen. 12. Tow material according to claim 11 or from a fiber material according to one of claims 1 to 10, wherein the fibers of the tow material have a crimp index of 5% to 50%.
13. Tow-Material nach Anspruch 11 oder 12 oder einem Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Fasern des Tow-Materials eine insbesondere mittlere Feinheitsfestigkeit am glatten Faden von 0,5 cN/dtex bis 16 cN/dtex und vorzugsweise eine insbesondere mittlere Feinheitsfestigkeit von 0,7 cN/dtex bis 8 cN/dtex aufweisen; und/oder wobei die Fasern des gekräuselten Tow-Materials eine insbesondere mittlere Feinheitsfestigkeit von 1 cN/tex bis 40 cN/tex und vorzugweise eine mittlere Feinheitsfestigkeit von 1 cN/tex bis 20 cN/tex aufweisen. 13. Tow material according to claim 11 or 12 or a fiber material according to one of claims 1 to 10, wherein the fibers of the tow material have a in particular, an average tenacity on the smooth thread of 0.5 cN/dtex to 16 cN/dtex and preferably an average tenacity of 0.7 cN/dtex to 8 cN/dtex; and/or wherein the fibers of the crimped tow material have an average tenacity of 1 cN/tex to 40 cN/tex and preferably an average tenacity of 1 cN/tex to 20 cN/tex.
14. Mundstück zur Verwendung mit Rauchwaren, wobei das Mundstück ein Filter- und/oder Füllmaterial aus einem Faser-Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder aus einem Tow-Material nach einem der Ansprüche 11 bis 13 aufweist. 14. Mouthpiece for use with smoking articles, wherein the mouthpiece comprises a filter and/or filling material made of a fiber material according to one of claims 1 to 10 and/or of a tow material according to one of claims 11 to 13.
15. Mundstück nach Anspruch 14, wobei die Faserdichte des Filter- und/oder Füllmaterials zwischen 40 bis 160 kg pro m3 und vorzugsweise zwischen 60 bis 140 kg pro m3 und noch bevorzugter zwischen 80 bis 120 kg pro m3 beträgt; und/oder wobei das Mundstück als Zigarettenfilter oder als Zigarettenfilterelement mit einer Filtronahärte von mindestens 88 % und vorzugsweise mit einer Filtronahärte von 88 % bis 95 % und noch bevorzugter mit einer Filtronahärte von 90% bis 93 % ausgeführt ist; und/oder wobei das Mundstück als Zigarettenfilter oder als Zigarettenfilterelement mit einem Zugwiderstand von mindestens 0,5 daPa pro mm Filterlänge und höchstens 8,0 daPa pro mm Filterlänge und vorzugsweise mit einem Zugwiderstand von 1,0 daPa bis 6,0 daPa pro mm Filterlänge und noch bevorzugter mit einem Zugwiderstand von 1,5 daPa bis 4,0 daPa pro mm Filterlänge ausgeführt ist. 15. Mouthpiece according to claim 14, wherein the fiber density of the filter and/or filling material is between 40 and 160 kg per m 3 and preferably between 60 and 140 kg per m 3 and even more preferably between 80 and 120 kg per m 3 ; and/or wherein the mouthpiece is designed as a cigarette filter or as a cigarette filter element with a Filtrona hardness of at least 88% and preferably with a Filtrona hardness of 88% to 95% and even more preferably with a Filtrona hardness of 90% to 93%; and/or wherein the mouthpiece is designed as a cigarette filter or as a cigarette filter element with a draw resistance of at least 0.5 daPa per mm of filter length and at most 8.0 daPa per mm of filter length and preferably with a draw resistance of 1.0 daPa to 6.0 daPa per mm of filter length and even more preferably with a draw resistance of 1.5 daPa to 4.0 daPa per mm of filter length.
16. Mundstück nach Anspruch 14 oder 15, wobei das Filter- und/oder Füllmaterial ein Bindemittel aufweist, wobei der Bindemittelgehalt zwischen 1 % bis 40 % liegt. 16. Mouthpiece according to claim 14 or 15, wherein the filter and/or filling material comprises a binder, the binder content being between 1% to 40%.
17. Mundstück nach Anspruch 16, wobei das Bindemittel mindestens einen synthetischen Rohstoff und/oder mindestens einen nachwachsenden Rohstoff und/oder ganz und/oder teilweise biobasierte Rohstoffe aufweist, insbesondere Stärke und/oder ein wasserlöslicher, biologisch abbaubarer Rohstoff, insbesondere Alginate. 17. Mouthpiece according to claim 16, wherein the binding agent comprises at least one synthetic raw material and/or at least one renewable raw material and/or completely and/or partially bio-based raw materials, in particular starch and/or a water-soluble, biodegradable raw material, in particular alginates.
18. Mundstück nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Bindemittel wasserlöslich, schmelzklebend oder wasserdispergierbar ist. 18. A mouthpiece according to claim 16 or 17, wherein the binder is water-soluble, hot-melt adhesive or water-dispersible.
19. Mundstück nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Bindemittel auf das Tow-Material und/oder auf das Mundstück aufgebracht ist, wobei der Gehalt an festem Bindemittel vorzugsweise in einem Bereich von 2 % bis 30 % des Trockengewichts liegt. 19. Mouthpiece according to one of claims 16 to 18, wherein the binder is applied to the tow material and/or to the mouthpiece, the content of solid binder preferably being in a range of 2% to 30% of the dry weight.
20. Mundstück nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei ferner ein insbesondere kapselförmiges oder kapselartiges Geschmacksabgabeelement in dem Filter- und/oder Füllmaterial eingebettet ist. 20. Mouthpiece according to one of claims 16 to 19, wherein a particularly capsule-shaped or capsule-like taste release element is embedded in the filter and/or filling material.
21. Zigarettenfilter, HNB-Filter oder Zigaretten-/HNB-Filterelement, welcher bzw. welches ein Filter- und/oder Füllmaterial aus einem Tow-Material nach einem der Ansprüche 11 bis 13 aufweist. 21. Cigarette filter, HNB filter or cigarette/HNB filter element which comprises a filter and/or filling material made of a tow material according to one of claims 11 to 13.
22. Zigarettenfilter, HNB-Filter oder Zigaretten-/HNB-Filterelement nach Anspruch 21, wobei die Faserdichte des Filter- und/oder Füllmaterials zwischen 40 bis 160 kg pro m3 und vorzugsweise zwischen 60 bis 140 kg pro m3 und noch bevorzugter zwischen 80 bis 120 kg pro m3 beträgt; und/oder wobei der Zigarettenfilter, der HNB-Filter oder das Zigaretten-/HNB- Filterelement eine Filtronahärte von mindestens 88 % und vorzugsweise eine Filtronahärte von 88 % bis 95 % und noch bevorzugter eine Filtronahärte von 90 % bis 93 % aufweist; und/oder wobei der Zigarettenfilter, der HNB-Filter oder das Zigaretten-/HNB- Filterelement einen Zugwiderstand von mindestens 0,5 daPa pro mm Filterlänge und höchstens 8,0 daPa pro mm Filterlänge und vorzugsweise mit einem Zugwiderstand von 1,0 daPa bis 6,0 daPa pro mm Filterlänge und noch bevorzugter mit einem Zugwiderstand von 1,5 daPa bis 4,0 daPa pro mm Filterlänge aufweist; und/oder wobei das Filter- und/oder Füllmaterial ein Bindemittel aufweist, wobei der Bindemittelgehalt zwischen 1 % bis 40 % liegt. 22. Cigarette filter, HNB filter or cigarette/HNB filter element according to claim 21, wherein the fiber density of the filter and/or filling material is between 40 to 160 kg per m 3 and preferably between 60 to 140 kg per m 3 and even more preferably between 80 to 120 kg per m 3 ; and/or wherein the cigarette filter, the HNB filter or the cigarette/HNB filter element has a Filtrona hardness of at least 88% and preferably a Filtrona hardness of 88% to 95% and even more preferably a Filtrona hardness of 90% to 93%; and/or wherein the cigarette filter, the HNB filter or the cigarette/HNB filter element has a draw resistance of at least 0.5 daPa per mm filter length and at most 8.0 daPa per mm filter length and preferably with a tensile resistance of 1.0 daPa to 6.0 daPa per mm of filter length and more preferably with a tensile resistance of 1.5 daPa to 4.0 daPa per mm of filter length; and/or wherein the filter and/or filling material comprises a binder, wherein the binder content is between 1% and 40%.
23. Zigarettenfilter oder Zigarettenfilterelement nach Anspruch 21 oder 22, wobei ferner ein insbesondere kapselförmiges oder kapselartiges Geschmacksabgabeelement in dem Filter- und/oder Füllmaterial eingebettet ist. 23. Cigarette filter or cigarette filter element according to claim 21 or 22, wherein a particularly capsule-shaped or capsule-like flavor release element is embedded in the filter and/or filling material.
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