Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial für einen Rauchartikel, ein daraus gefertigtes Segment für einen Rauchartikel und einen daraus gefertigten Rauchartikel, wobei das Filtermaterial eine Struktur aufweist, die einem daraus gefertigten Segment günstige Eigenschaften hinsicht- lieh der Kriechneigung verleiht.

HINTERGRUND UND STAND DER TECHNIK

Rauchartikel sind typischerweise stabförmige Artikel, die aus mindestens zwei nacheinander angeordneten stabförmigen Segmenten bestehen. Ein Segment enthält ein Material, das in der

Lage ist, beim Aufheizen ein Aerosol zu bilden, und mindestens ein weiteres Segment enthält ein Material, das dazu dient, Eigenschaften des Aerosols zu beeinflussen.

Bei dem Rauchartikel kann es sich um eine Filterzigarette handeln, bei der ein erstes Segment das aerosolbildende Material, insbesondere Tabak, enthält und bei der ein weiteres Segment, das als Filter ausgeführt ist, der Filtration des Aerosols dient. Das Aerosol wird dabei durch Verbrennen des aerosolbildenden Materials erzeugt, und der Filter dient primär dazu, das Ae rosol zu ültern und die Filterzigarette mit einem definierten Zugwiderstand auszustatten. Bei dem Rauchartikel kann es sich aber auch um einen sogenannten Tabakerhitzer handeln, bei dem das aerosolbildende Material nur aufgeheizt aber nicht verbrannt wird. Dadurch wird die Zahl und Menge der gesundheitsschädlichen Substanzen im Aerosol vermindert. Ein der artiger Rauchartikel besteht ebenfalls aus mindestens zwei, häufiger aber aus mehr, insbeson dere aus vier Segmenten. Ein Segment enthält das aerosolbildende Material, das typischer- weise Tabak, rekonstituierten Tabak, nach anderen Verfahren aufbereiteten Tabak oder Niko tin und Glycerol oder Propylenglykol umfasst. Weitere, teilweise optionale Segmente im Taba kerhitzer dienen dazu, das Aerosol weiterzuleiten, das Aerosol abzukühlen oder das Aerosol zu filtern. Die Segmente sind meistens von einem Umhüllungsmaterial umhüllt. Sehr oft wird Papier als Umhüllungsmaterial verwendet. Im Folgenden wird, soweit nicht explizit darauf hingewiesen wird oder sich direkt aus dem Zusammenhang anderes ergibt, unter „Segment“ das Segment eines Rauchartikels verstanden, das nicht das aerosolbildende Material enthält, sondern beispielsweise dazu dient, das Aerosol weiterzuleiten, abzukühlen oder zu filtern.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, derartige Segmente aus Celluloseacetat oder Polylac- tiden zu bilden. Da Celluloseacetat und Polylactide in der Umwelt nur sehr langsam biologisch abgebaut werden, hat die Industrie ein Interesse, die Segmente des Rauchartikels aus anderen Materialien zu fertigen, die besser biologisch abbaubar sind. Es ist im Stand der Technik be- kannt, Segmente für Rauchartikel, insbesondere Filtersegmente, aus Papier herzustellen. Der artige Segmente sind zwar generell gut biologisch abbaubar, weisen aber auch Nachteile auf. Beispielsweise haben Filtersegmente aus Papier generell eine hohe Filtrationseffizienz und führen daher zu einem trockenen Aerosol, was den Geschmack des Aerosols verglichen mit Zigaretten mit den üblichen Filtersegmenten aus Celluloseacetat beeinträchtigt. Des Weiteren haben sie aber oft eine niedrigere Filtrationseffizienz für Phenole als Celluloseacetat. Zudem erweist es sich als schwierig, aus Papier ein Segment herzustellen, das hinsichtlich der Kombi nation aus Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Härte für den Konsumenten akzeptabel ist. Um die Filtrationseffizienz zu senken, verwendet man oft weniger Papier und das Segment wird weich und hat einen zu niedrigen Zugwiderstand.

Es besteht daher ein Interesse in der Industrie, ein Filtermaterial zur Verfügung zu haben, das es erlaubt, Segmente für Rauchartikel zu fertigen, die einen günstigen Widerstand gegen Ver formung aufweisen, ohne dass bei Filtrationseffizienz, Zugwiderstand oder biologischer Ab baubarkeit besondere Nachteile entstehen.

In der nicht vorveröffentlichten internationalen Patentanmeldung PCT/EP2019/085125 der selben Erfinder ist ein wasserstrahlverfestigtes Filtermaterial beschrieben, das als Ausgangs punkt für das erfindungsgemäße Filtermaterial dienen kann. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial für einen Rauchartikel zur Ver fügung zu stellen, das es erlaubt, daraus Segmente zu fertigen, die bezüglich ihres Widerstand gegen Verformung bei ähnlich guter biologischer Abbaubarkeit aus dem Stand der Technik bekannten Segmenten überlegen sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Filtermaterial nach Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung des Filtermaterials nach Anspruch 27, ein Segment eines Rauchartikels nach Anspruch 16, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Segments nach Anspruch 22 und einen Rauchartikel nach Anspruch 23 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfinder haben gefunden, dass diese Aufgabe durch ein Filtermaterial gelöst werden kann, wobei das Filtermaterial wasserstrahlverfestigt ist und mindestens 50% und höchstens 100% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, wobei das Filter material ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m ² und höchstens 60 g/m ² aufweist, wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 pm und höchstens 400 pm beträgt, und wobei das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist. Das Filtermaterial wird erfindungsgemäß durch Wasserstrahlverfestigung hergestellt. Dieses

Herstellungsverfahren verleiht dem Filtermaterial charakteristische Eigenschaften, die es von anderen Filtermaterialien und insbesondere von Papieren unterscheiden und nicht auf identi sche Weise durch andere Herstellungsverfahren erreicht werden können. Anders als beispiels weise bei Papier, bei dem die Festigkeit vornehmlich durch Wasserstoffbrückenbindungen be- wirkt wird und die Fasern vor allem in der Ebene des Papiers angeordnet sind, wird bei dem wasserstrahlverfestigten Filtermaterial die Festigkeit durch die Verwirbelung der Fasern er reicht. Dadurch entsteht eine besonders poröse Struktur, die einem aus diesem Filtermaterial gefertigten Segment ein gutes Verhältnis von Zugwiderstand und Filtrationseffizienz verleiht. Besonders durch die poröse Struktur sind solche Segmente aber oft zu weich.

Die Erfinder haben gefunden, dass es bezüglich der Härte in der Wahrnehmung des Konsu menten nicht so sehr darauf ankommt, dass das Segment auf Belastung nur mit kleinen Ver formungen reagiert, sondern mehr darauf, dass eine geringe, aber andauernde Belastung keine große bleibende Verformung des Segments bewirkt. Dies hängt mit dem Gebrauch von Rauch- artikeln zusammen, insbesondere von Filterzigaretten, bei denen der Konsument die Zigarette im Bereich des Filters zwischen den Fingern einklemmt und in dieser Lage behält, während er beispielsweise mit derselben Hand gestikuliert und dabei dauernden Druck auf den Filterbe reich ausübt. In diesem Fall soll sich das Segment des Rauchartikels nicht nennenswert blei bend verformen. Dasselbe gilt auch für Rauchartikel für Tabakerhitzungssysteme, die durch die Verwendung in einem zumeist elektrisch betriebenen Heizgerät wesentlich mehr Manipu lation durch den Konsumenten erfordern als Filterzigaretten. Die Härte von Rauchartikeln und Segmenten von Rauchartikeln wird routinemäßig anhand der Verformung bei kurzer aber hoher Belastung gemessen. Nach den Erkenntnissen der Er finder kommt es in der Wahrnehmung des Kunden aber vielmehr auf die Verformung bei län ger andauernder aber kleiner Belastung an.

Gerade bei der Verwendung von wasserstrahlverfestigten Filtermaterialien tritt dieses Prob lem häufiger auf, weil die günstige poröse Struktur des Filtermaterials wenig Widerstand ge gen bleibende Verformungen bietet und sich insbesondere mehrere Lagen des Filtermaterials, wie sie typischerweise in einem Segment eines Rauchartikels durch das Crimpen oder Falten des Filtermaterials vorhanden sind, leicht zusammendrücken und bleibend verformen lassen.

Die Erfinder haben gefunden, dass sich dieses Problem lösen lässt, indem das wasserstrahl verfestigte Filtermaterial mit einer Struktur ausgestattet wird, in der ein größerer Anteil der Fasern des Filtermaterials in Dickenrichtung ausgerichtet ist. Die in Dickenrichtung ausge richteten Fasern stabilisieren dabei die poröse Struktur des Filtermaterials und erlauben einen höheren Widerstand gegen Verformung bei andauernder kleiner Belastung. Der Anteil der in

Dickenrichtung angeordneten Fasern kann dabei durch die Anzahl und den Druck der Was serstrahlen und die Form der Düsen, aus denen die Wasserstrahlen austreten, beeinflusst wer den. Die aus diesem Verfahren erhaltene Struktur des Filtermaterials lässt sich nach den Erkennt nissen der Erfinder durch die Kriechneigung in Dickenrichtung charakterisieren, die be schreibt, wie stark sich das Filtermaterial bei geringer aber andauernder Belastung verformt. Die Kriechneigung lässt sich aus der Messung der Dicke gemäß ISO 534:2011 bestimmen. Bei der Messung der Dicke, gemäß ISO 534:2011, wird eine Probe auf eine ebene Unterlage gelegt und durch einen zylindrischen Stempel mit einer definierten, aber geringen Kraft belastet. Der Abstand zwischen der Stempelfläche und der Unterlage ist die Dicke und wird gemäß ISO 534:2011 bestimmt, nachdem der Stempel auf die Probe aufgesetzt hat.

In einer geringfügigen Abwandlung dieses standardisierten Messverfahrens kann auch die Kriechneigung bestimmt werden. Dabei werden fünf Lagen des Probenmaterials auf die Un terlage gelegt und die Dickenmessung gemäß ISO 534:2011 gestartet. Der direkt nach dem Start der Messung angezeigte Wert für die Dicke der fünf Lagen (d ₀ ) wird abgelesen und nach 20 s wird ein weiterer Wert für die Dicke der fünf Lagen (d ₂₀ ) abgelesen. Die Kriechneigung C ist dann die relative Änderung der Dicke innerhalb dieser 20 s und kann durch die folgende Formel berechnet und als Prozentsatz ausgedrückt werden.

C = 100 Experimente an Rauchartikeln haben gezeigt, dass eine Kriechneigung von weniger als io% bereits Vorteile in der Wahrnehmung des Konsumenten bietet. Übliche wasserstrahlverfes tigte Filtermaterialien hingegen weisen eine Kriechneigung von typischerweise etwa 15% auf. Erfindungsgemäß wird daher das wasserstrahlverfestigte Filtermaterial so hergestellt, dass die Kriechneigung in Dickenrichtung höchstens 10% beträgt.

Das erfindungsgemäße Filtermaterial enthält Cellulosefasern. Nach den Erkenntnissen der Er finder sind die Cellulosefasern erforderlich, um das Filtermaterial mit einer ausreichenden Festigkeit auszustatten, sodass es zu einem Segment verarbeitet werden kann. Der Anteil an Cellulosefasern im Filtermaterial beträgt erfindungsgemäß mindestens 50% und höchstens 100% der Masse des Filtermaterials, bevorzugt aber mindestens 60% und höchstens 100% und besonders bevorzugt mindestens 70% und höchstens 95%, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.

Die Cellulosefasern können Zellstofffasern oder Fasern regenerierter Cellulose oder Mischun gen daraus sein.

Die Zellstofffasern sind bevorzugt aus Nadelhölzern, Laubhölzern oder anderen Pflanzen wie Hanf, Flachs, Jute, Ramie, Kenaf, Kapok, Kokosnuss, Abaca, Sisal, Bambus, Baumwolle oder aus Espartogras gewonnen. Auch Mischungen aus Zellstofffasern verschiedener Herkunft kön nen für die Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials eingesetzt werden. Beson ders bevorzugt sind die Zellstofffasern aus Nadelhölzern gewonnen, weil solche Fasern schon in einem geringeren Anteil dem Filtermaterial eine gute Festigkeit verleihen.

Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann Fasern aus regenerierter Cellulose enthalten. Be vorzugt beträgt der Anteil an Fasern aus regenerierter Cellulose mindestens 5% und höchstens 50%, besonders bevorzugt mindestens 10% und höchstens 45% und ganz besonders bevorzugt mindestens 15% und höchstens 40%, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermaterials.

Die Fasern aus regenerierter Cellulose sind bevorzugt zumindest teilweise, insbesondere zu mindest 70 % durch Viskosefasern, Modalfasern, Lyocell® Fasern, Tencel® Fasern oder Mi schungen daraus gebildet. Diese Fasern besitzen eine gute biologische Abbaubarkeit und kön nen dazu eingesetzt werden, die Festigkeit des Filtermaterials zu optimieren und die Filtrati onseffizienz des daraus gefertigten Segments für den Rauchartikel anzupassen. Aufgrund ihres Herstellungsverfahrens sind sie weniger variabel als die aus natürlichen Quellen gewonnenen Zellstofffasern und tragen dazu bei, dass die Eigenschaften eines aus dem Filtermaterial gefer tigten Segments weniger variieren, als wenn ausschließlich Zellstofffasern verwendet werden. Ihre Herstellung ist aber aufwändiger und sie sind üblicherweise auch teurer als Zellstofffa sern.

Das Flächengewicht des Filtermaterials beträgt erfindungsgemäß mindestens 15 g/m ² und höchstens 60 g/m ² , bevorzugt mindestens 18 g/m ² und höchstens 55 g/m ² und besonders bevorzugt mindestens 20 g/m ² und höchstens 50 g/m ² . Das Flächengewicht beeinflusst die Zugfestigkeit des Filtermaterials, wobei ein höheres Flächengewicht generell zu höherer Fes tigkeit führt. Das Flächengewicht soll aber nicht zu hoch sein, weil dann das Filtermaterial nicht mehr mit hoher Geschwindigkeit zu Segmenten für Rauchartikeln verarbeitet werden kann. Die Angaben beziehen sich auf ein Flächengewicht, das nach ISO 536:2019 gemessen wird.

Erfindungsgemäß weist das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchs tens 10%, bevorzugt von mindestens 0% und höchstens 9%, besonders bevorzugt von mindes- tens 0% und höchstens 8% und ganz besonders bevorzugt von mindestens 1% und höchstens 5% auf. Im Allgemeinen soll die Kriechneigung möglichst gering sein, allerdings wird das Fil termaterial bei der Verarbeitung zu einem Segment eines Rauchartikels verformt und soll die ser Verformung nicht zu großen Widerstand entgegensetzen und eine verformte Lage auch beibehalten. Die bevorzugten Intervalle sind in dieser Hinsicht besonders günstig. Die Kriechneigung in Dickenrichtung wird dabei, wie oben beschrieben, in Anlehnung an ISO 534:2011 bestimmt.

Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann Zusatzstoffe, wie Alkylketendimere (AKD), Säure anhydride, wie Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA), Polyvinylalkohol, Wachse, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivate, Carboxymethylcellulose, Alginate, Chitosan, Nassfestmittel oder Sub stanzen zur Einstellung des pH-Werts, wie beispielsweise organische oder anorganische Säu ren oder Laugen zur Einstellung spezifischer Eigenschaften enthalten. Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann alternativ oder zusätzlich auch einen oder mehrere Zusatzstoffe enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, wie Trinatriumzitrat oder Trikali- umzitrat, Malaten, Tartraten, Acetaten, wie Natriumacetat oder Kaliumacetat, Nitraten, Suc- cinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, a-Hydro- xycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, und Mi schungen daraus. Der Fachmann ist in der Lage Art und Menge solcher Zusatzstoffe aus seiner Erfahrung zu bestimmen. Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann auch noch andere Substanzen umfassen, die die Filtrationseffizienz des Filtermaterials besser an jene von Celluloseacetat anpassen. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials umfasst das Filterma terial eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Triacetin, Propylenglykol, Sor- bitol, Glycerol, Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polyvinylalkohol und Tri-Ethlyzitrat o- der Mischungen daraus.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Filtermaterials ist mindestens ein Teil der Cellulo sefasern mit einem Füllstoff beladen, wobei der Füllstoff besonders bevorzugt durch minerali- sehe Partikel und insbesondere Calciumcarbonatpartikel gebildet ist. Da die Struktur des Fil termaterials sehr porös ist, kann sie Füllstoffe nicht festhalten, sodass es günstig ist, die Cellu losefasern mit den Füllstoffen zu beladen und sie so in der Struktur des Filtermaterials zu fi xieren. Füllstoffe können dazu dienen dem Filtermaterial spezielle Eigenschaften zu verleihen. Die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, beträgt mindestens 25 pm und höchstens 400 pm, bevorzugt mindestens 30 pm und höchstens 350 pm und beson ders bevorzugt mindestens 35 pm und höchstens 300 pm. Die Dicke beeinflusst die Menge an Filtermaterial, die in das Segment des Rauchartikels gepackt werden kann und damit Zugwi derstand und Filtrationseffizienz des Segments, aber auch die Verarbeitbarkeit des Filterma- terials, da es zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel oft gecrimpt oder gefaltet wird. Für solche Prozessschritte ist eine zu hohe Dicke ungünstig und Dicken in den bevorzug ten und besonders bevorzugten Intervallen erlauben eine besonders gute Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels. Die mechanischen Eigenschaften des Filtermaterials sind für die Verarbeitung des erfindungs gemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels von Bedeutung. Die breiten bezogene Zugfestigkeit des Filtermaterials, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt bevor zugt mindestens 0,05 kN/m und höchstens 5 kN/m, besonders bevorzugt mindestens 0,07 kN / m und höchstens 4 kN / m.

Die Bruchdehnung des Filtermaterials ist von Bedeutung, weil bei der Verarbeitung des erfin dungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels das Filtermaterial oft gedehnt oder in Laufrichtung belastet wird und dabei eine besonders hohe Bruchdehnung günstig ist. Die Bruchdehnung des Filtermaterials, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt daher bevorzugt mindestens 0,5% und höchstens 50% und besonders bevorzugt mindestens 0,8% und höchstens 40%. Die Bruchdehnung wird vor allem durch die Länge der Fasern be stimmt, wobei längere Fasern zu höherer Bruchdehnung führen, und sie kann so in einem wei ten Bereich an die spezifischen Anforderungen des Filtermaterials angepasst werden. Zugfestigkeit und Bruchdehnung können von der Richtung abhängen, in der die Probe für die Messung aus dem Filtermaterial entnommen wurde. Die genannten Merkmale des Filterma terials sind jeweils erfüllt, wenn Zugfestigkeit oder Bruchdehnung in mindestens einer Rich- tung in den bevorzugten oder besonders bevorzugten Intervallen liegt.

Aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial können nach aus dem Stand der Technik bekann ten Verfahren erfindungsgemäße Segmente für Rauchartikel hergestellt werden. Diese Verfah ren umfassen beispielsweise das Crimpen oder Falten des Filtermaterials, das Formen eines endlosen Strangs aus dem gecrimpten oder gefalteten Filtermaterial, das Umhüllen des endlo sen Strangs durch ein Umhüllungsmaterial und das Schneiden des umhüllten Strangs in ein zelne Stäbe definierter Länge. In vielen Fällen beträgt die Länge eines solchen Stabs ein ganz zahliges Vielfaches der Länge des Segments, das dann im erfindungsgemäßen Rauchartikel verwendet werden soll, und deshalb werden die Stäbe vor oder während der Herstellung des Rauchartikels in Segmente der gewünschten Länge geschnitten.

Die Erfindung betrifft somit in einem weiteren Aspekt ein Segment für einen Rauchartikel, umfassend ein Filtermaterial und ein Umhüllungsmaterial, wobei das Filtermaterial mindes tens 50% und höchstens ioo% Cellulosefasern, jeweils bezogen auf die Masse des Filtermate- rials, enthält, wobei das Filtermaterial ein Flächengewicht von mindestens 15 g/ m ² und höchs tens 60 g/m ² aufweist, wobei die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 pm und höchstens 400 pm beträgt, und wobei das Filtermaterial eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist.

Die Kriechneigung kann nach dem oben beschriebenen Verfahren auch an Filtermaterial be stimmt werden, das aus einem oder mehreren gleichartigen Segmenten entnommen ist, sofern die Fläche und Form des ausgebreiteten Filtermaterials zumindest ausreichend ist, um die ge- samte Fläche des Stempels bei der Dickenmessung gemäß ISO 534:2011 zu überdecken.

Das erfindungsgemäße Segment für Rauchartikel umfasst das erfindungsgemäße Filtermate rial und ein Umhüllungsmaterial. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Segments ist das Segment zy lindrisch mit einem Durchmesser von mindestens 3 mm und höchstens 10 mm, besonders be- vorzugt von mindestens 4 mm und höchstens 9 mm und ganz besonders bevorzugt von min destens 5 mm und höchstens 8 mm. Diese Durchmesser sind für die Verwendung der erfin dungsgemäßen Segmente in Rauchartikeln günstig.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Segments hat das Segment eine Länge von mindestens 4 mm und höchstens 40 mm, besonders bevorzugt von mindestens 6 mm und höchstens 35 mm und ganz besonders bevorzugt von mindestens 10 mm und höchs tens 28 mm.

Der Zugwiderstand des Segments bestimmt unter anderem, welche Druckdifferenz der Kon sument beim Gebrauch des Rauchartikels aufbringen muss, um einen bestimmten Volumen strom durch den Rauchartikel zu erzeugen, und er beeinflusst daher wesentlich die Akzeptanz des Rauchartikels beim Konsumenten. Der Zugwiderstand des Segments kann nach ISO 6565:2015 gemessen werden und wird in mm Wassersäule (mmWG) angegeben. In sehr guter Näherung ist der Zugwiderstand des Segments proportional zur Länge des Segments, sodass die Messung des Zugwiderstands auch an Stäben erfolgen kann, die sich vom Segment nur in der Länge unterscheiden. Daraus kann der Zugwiderstand des Segments einfach berechnet werden.

Der Zugwiderstand des Segments pro Länge des Segments beträgt bevorzugt mindestens 1 mmWG/mm und höchstens 12 mmWG/mm und besonders bevorzugt mindestens 2 mmWG/mm und höchstens 10 mmWG/mm.

Das Umhüllungsmaterial des erfindungsgemäßen Segments ist bevorzugt ein Papier oder eine Folie.

Das Umhüllungsmaterial des erfindungsgemäßen Segments hat bevorzugt ein Flächengewicht gemäß ISO 536:2019 von mindestens 20 g/m ² und höchstens 150 g/m ² , besonders bevorzugt von mindestens 30 g/m ² und höchstens 130 g/m ² . Ein Umhüllungsmaterial mit diesem be vorzugten oder besonders bevorzugten Flächengewicht verleiht dem damit umhüllten, erfin dungsgemäßen Segment eine besonders vorteilhafte Härte und unterstützt in günstiger Weise die geringe Kriechneigung des erfindungsgemäßen Filtermaterials.

Aus dem erfindungsgemäßen Segment können nach den im Stand der Technik bekannten Ver fahren erfindungsgemäße Rauchartikel hergestellt werden. Der erfindungsgemäße Rauchartikel umfasst ein Segment, das ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment, das das erfindungsgemäße Filtermaterial und ein Umhüllungsma terial umfasst.

Da die Schnittfläche des erfindungsgemäßen Segments der eines Segments aus Celluloseacetat optisch sehr ähnlich ist, ist in einer bevorzugten Ausführungsform das dem Mundende am nächsten gelegene Segment des Rauchartikels ein erfindungsgemäßes Segment.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rauchartikel eine Filterzigarette und das aero solbildende Material umfasst Tabak.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rauchartikel ein Rauchartikel, in dessen be stimmungsgemäßem Gebrauch das aerosolbildende Material nur aufgeheizt, aber nicht ver brannt wird und das aerosolbildende Material umfasst ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Tabak, rekonstituiertem Tabak, Nikotin, Glycerol, Propylenglykol oder Mi schungen daraus. Das aerosolbildende Material kann dabei auch in flüssiger Form vorliegen und sich in einem geeigneten Behältnis im Rauchartikel befinden.

Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann nach dem folgenden erfindungsgemäßen Verfah ren hergestellt werden, das die Schritte A bis C umfasst.

A - Bereitstellen einer Faserbahn umfassend Cellulosefasern,

B - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch auf die Faserbahn gerichtete Wasserstrah len, um eine wasserstrahlverfestigte Faserbahn herzustellen,

C - Trocknen der wasserstrahlverfestigten Faserbahn, wobei in Schritt A die Menge oder der Anteil der Cellulosefasern so gewählt ist, dass das Fil termaterial nach dem Trocknen in Schritt C mindestens 50% und höchstens 100% Cellulose fasern bezogen auf die Masse des Filtermaterials, enthält, und wobei in Schritt B die Anzahl der Wasserstrahlen, der Druck der Wasserstrahlen oder die Form der Öffnungen, aus denen die Wasserstrahlen austreten, so gewählt sind, dass das Filtermate rial nach dem Trocknen in Schritt C eine Kriechneigung in Dickenrichtung von höchstens 10% aufweist, wobei die Kriechneigung die relative Abnahme der Dicke von 5 Lagen des Filterma terials, gemessen nach ISO 534:2011, innerhalb von 20 s nach Beginn der Dickenmessung ist, und das Filtermaterial nach dem Trocknen in Schritt C ein Flächengewicht von mindestens 15 g/m ² und höchstens 60 g/m ² aufweist und die Dicke einer Lage des Filtermaterials, gemessen nach ISO 534:2011, mindestens 25 pm und höchstens 400 pm beträgt. Die in Schritt B auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahlen bewirken eine Verwirbelung der Cellulosefasern, wobei ein Teil der Fasern in Dickenrichtung angeordnet wird und so zur Re duktion der Kriechneigung beiträgt. Unter dem „Druck des Wasserstrahls“ versteht dabei der Fachmann jenen Druck, der zur Erzeugung des Wasserstrahls, beispielsweise in einer Druck- kammer, aufgewendet wird. Generell kann der Anteil der in Dickenrichtung angeordneten Fa sern erhöht und somit die Kriechneigung des Filtermaterials reduziert werden, indem eine hohe Anzahl an Wasserstrahlen gewählt wird und bei den in Maschinenrichtung ersten ein bis drei Reihen der Wasserstrahlen ein verhältnismäßig hoher Druck eingestellt wird. In einer be sonders bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Düsen, aus denen die Was- serstrahlen in Schritt B austreten, als runde Bohrungen in einem Düsenstreifen ausgeführt, wobei der Durchmesser der Bohrungen auf den beiden Seiten des Düsenstreifens verschieden ist. In dieser Ausführungsform ist der dem Filtermaterial zugewandte Durchmesser der Boh rungen im Düsenstreifen größer als der dem Filtermaterial abgewandte Durchmesser der Boh rungen und höchstens doppelt so groß wie der dem Filtermaterial abgewandte Durchmesser der Bohrungen. Nach den Erkenntnissen der Erfinder ist diese Düsenform besonders gut ge eignet, weil damit ein scharfer Wasserstrahl erzeugt wird, der in Verbindung mit dem höheren Druck stärker dazu beiträgt, die Fasern in Dickenrichtung auszurichten.

Das nach diesem Verfahren hergestellte Filtermaterial soll zur Verwendung in Segmenten für Rauchartikel geeignet sein. Dies bedeutet, dass es insbesondere sämtliche Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen kann, die oben im Zusammenhang mit dem Filtermaterial be schrieben wurden und in den auf das Filtermaterial gerichteten Ansprüchen definiert sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Be- reitstellen einer Faserbahn in Schritt A das Spinnen einer Vielzahl von Cellulosefasern, wobei die Cellulosefasern durch Filamente regenerierter Cellulose gebildet werden und wobei min destens 90% der Masse des Filtermaterials nach dem Trocknen in Schritt C durch die Fila mente regenerierter Cellulose gebildet werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungs form dieses Verfahrens sind die Filamente regenerierter Cellulose Lyocell® Filamente.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen einer Faserbahn in Schritt A die folgenden Schritte Ai bis A4.

Ai - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Cellulosefasern,

A2 - Aufbringen der Suspension aus Schritt A auf ein umlaufendes Sieb, A3 - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um eine Faserbahn zu bilden, A4 - Überführen der Faserbahn aus Schritt A3 auf ein Stützsieb. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die wässrige Suspension in Schritt Ai einen Feststoffgehalt von höchstens 3,0%, besonders bevorzugt höchstens i,o%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,2% und insbesondere höchstens 0,05%. Der besonders geringe Feststoffgehalt der Suspension erlaubt es, in Schritt A3 eine Fa- serbahn mit geringer Dichte zu bilden, was sich günstig auf die Filtrationseffizienz eines daraus gefertigten Segments auswirkt.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das umlaufende Sieb der Schritte A2 und A3 in Laufrichtung der Faserbahn gegen die Horizontale um einen Winkel von mindestens 3 ⁰ und höchstens 40° aufwärts geneigt, besonders bevorzugt um einen

Winkel von mindestens 5 ⁰ und höchstens 30° und ganz besonders bevorzugt um einen Winkel von mindestens 15 ⁰ und höchstens 25 ⁰ .

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, in dem eine Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten des umlaufenden Siebs erzeugt wird, um das Ent wässern der Suspension in Schritt A3 zu unterstützen, wobei besonders bevorzugt Vakuum kästen oder geeignet geformte Flügel die Druckdifferenz erzeugen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Wasserstrahlen verwendet, um das Wasserstrahlverfestigen in Schritt B auszuführen, wo bei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe quer zur Laufrichtung der Faserbahn ange ordnet sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wasser- strahlverfestigen in Schritt B durch mindestens vier Reihen von auf die Faserbahn gerichteten Wasserstrahlen bewirkt, wobei besonders bevorzugt auf jede der beiden Seiten der Faserbahn mindestens zwei Reihen der Wasserstrahlen wirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Ver- fahren einen weiteren Schritt, in dem ein oder mehrere Zusatzstoffe auf die Faserbahn aufge tragen werden. Die Zusatzstoffe sind bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Al- kylketendimeren (AKD), Säureanhydriden, wie Alkenylbernsteinsäureanhydriden (ASA), Po lyvinylalkohol, Wachsen, Fettsäuren, Stärke, Stärkederivaten, Carboxymethylcellulose, Algi naten, Chitosan, Nassfestmitteln oder Substanzen zur Einstellung des pH-Werts, wie beispiels- weise organischen oder anorganischen Säuren oder Laugen und Mischungen daraus. Alterna tiv oder zusätzlich können auch ein oder mehrere Zusatzstoffe aufgetragen werden, die ausge wählt sind aus der Gruppe bestehend aus Zitraten, wie Trinatriumzitrat oder Trikaliumzitrat, Malaten, Tartraten, Acetaten, wie Natriumacetat oder Kaliumacetat, Nitraten, Succinaten, Fumaraten, Gluconaten, Glycolaten, Lactaten, Oxyalaten, Salicylaten, a-Hydroxycaprylaten, Phosphaten, Polyphosphaten, Chloriden und Hydrogencarbonaten, und Mischungen daraus.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Aufträ gen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe zwischen den Schritten B und C des erfin dungsgemäßen Verfahrens. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsge mäßen Verfahrens erfolgt das Aufträgen des einen Zusatzstoffs oder der Zusatzstoffe nach dem Schritt C gefolgt von einem weiteren Schritt des Trocknens der Faserbahn.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trocknen in Schritt C zumindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellenstrahlung bewirkt. Eine Trocknung durch direkten Kontakt mit einer be heizten Oberfläche ist ebenfalls möglich, aber weniger bevorzugt, weil dabei die Dicke des was serstrahlverfestigten Filtermaterials abnehmen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUR

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung mittels der das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstel lung des erfindungsgemäßen Filtermaterials durchgeführt werden kann.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN UND EINES VERGLEICHSBEISPIELS

Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen des Filtermaterials, des Verfah rens zur Herstellung des Filtermaterials, des Segments für Rauchartikel und des Rauchartikels beschrieben. Ferner wird ein nicht erfindungsgemäßes Vergleichsbeispiel beschrieben.

Zur Herstellung des Filtermaterials wurde die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung verwendet.

Eine Suspension 1 aus Zellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose wurde in einem Vorratsbehälter 2 bereitgestellt, Schritt Ai, und von dort auf ein umlaufendes, gegen die Hori zontale aufwärts geneigtes Sieb 3 gepumpt, Schritt A2, und durch Vakuumkästen 9 entwässert, Schritt A3, sodass sich auf dem Sieb eine Faserbahn 4 bildete, deren generelle Bewegungsrich tung durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Die Faserbahn 4 wurde vom Sieb 3 abgenommen und auf ein ebenfalls umlaufendes Stützsieb 5 übergeführt, Schritt A4. Dort wurden aus Vorrich tungen 6 in mehreren Reihen quer zur Laufrichtung der Faserbahn 4 angeordnete Wasser strahlen 11 auf die Faserbahn 4 gerichtet, um die Fasern zu verwirbeln und die Faserbahn 4 zu einem Vliesstoff zu verfestigen, Schritt B. In Fortsetzung von Schritt B wurden durch zusätzli che Vorrichtungen 7 auch Wasserstrahlen 12 auf die andere Seite der Faserbahn 4 gerichtet. Danach durchlief der noch feuchte Vliesstoff eine Trocknungseinrichtung 8 und wurde dort getrocknet, Schritt C, um das Filtermaterial zu erhalten.

Ausführungsbeispiele

Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigten Filtermaterials wurde ein Gemisch aus Zellstoff fasern aus Nadelhölzern und Lyocell® Fasern verwendet, wobei die Fasermengen so gewählt wurden, dass das fertige Filtermaterial aus 80% Zellstofffasern und 20% Lyocell® Fasern be- stand. Das fertige Filtermaterial hatte ein Flächengewicht, gemäß ISO 536:2019, von 25 g/m ² .

In Schritt B des Herstellungsprozesses wurden zunächst in drei Reihen Wasserstrahlen, 11 in Fig. 1, auf die erste Seite der Faserbahn 4 gerichtet und danach wurden in zwei Reihen Was serstrahlen, 12 in Fig. 1, auf die zweite Seite der Faserbahn gerichtet. Der Druck der Wasser- strahlen der ersten drei Reihen wurde dabei zwischen etwa 3 MPa und etwa 8 MPa in drei Stufen (niedrig, mittel, hoch) variiert, um unterschiedliche erfindungsgemäße Filtermateria len A, B und C zu erhalten.

Von diesen Filtermaterialien wurde in Anlehnung an ISO 534:2011 die Kriechneigung in Di- ckenrichtung bestimmt. Dabei wurden 5 Lagen jedes Filtermaterials Übereinandergel egt und die Messung der Dicke gemäß ISO 534:2011 gestartet. Der erste erhaltene Wert der Dicke der fünf Lagen (d ₀ ) wurde erfasst und ein weiterer Wert der Dicke der fünf Lagen (d ₂₀ ) wurde 20 s nach dem ersten Wert abgelesen. Daraus wurde die Kriechneigung C in Dickenrichtung gemäß der folgenden Formel bestimmt.

Für jedes der drei Filtermaterialien wurde die Messung drei Mal wiederholt. Ebenso wurde gemäß ISO 534:2011 die Dicke d einer einzelnen Lage aus einem Mittelwert von 10 Messungen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben, wobei d die Dicke einer einzelnen Lage, d ₀ die Dicke der fünf Lagen zu Beginn der Messung, d ₂₀ die Dicke der fünf Lagen 20 s nach dem Beginn der Messung und C die Kriechneigung sind.

Tabelle 1

Die Werte aus Tabelle 1 zeigen, dass die Bestimmung der Kriechneigung eine gute Wiederhol barkeit aufweist und somit eine zuverlässige Messmethode darstellt. Erkennbar ist auch, dass mit sinkendem Druck der Wasserstrahlen die Kriechneigung des Filtermaterials zunimmt.

Vergleichsbeispiel Z

Zur Herstellung eines nicht erfindungsgemäßen Filtermaterials wurde dasselbe Gemisch aus Fasern verwendet wie in den Ausführungsbeispielen A bis C. In Schritt B wurden aber nur eine Reihe Wasserstrahlen und ein geringerer Druck als bei Vergleichsbeispiel C gewählt, während das Flächengewicht unverändert bei 25 g/ m ² gehalten wurde.

Für das nicht erfindungsgemäße Filtermaterial Z wurden dieselben Messungen wie für die er findungsgemäßen Filtermaterialien A bis C durchgeführt und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben, wobei die Bedeutung der Formelzeichen zu Tabelle 1 identisch ist.

Tabelle 2

Man erkennt, dass die für das nicht erfindungsgemäße Filtermaterial gewählte geringere Zahl an Wasserstrahlen und der niedrigere aber durchaus übliche Druck der Wasserstrahlen zu ei ner deutlich höheren Kriechneigung in Dickenrichtung führen als bei den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen A bis C.

Des Weiteren erkennt man, dass in der Reihe der Ausführungsbeispiele A, B, C und Z mit ab nehmendem Druck der Wasserstrahlen auch die Dicke der einzelnen Lage abnimmt. Dies ist ein Hinweis, dass in den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen A bis C ein größerer An teil der Fasern in Dickenrichtung angeordnet ist als im Vergleichsbeispiel Z. WO 2022/263029 - l6 - PCT/EP2022/057367

Herstellung von Segmenten und Rauchartikeln

Aus j edem Filtermaterial der Ausführungsbeispiele A bis C und dem Vergleichsbeispiel Z wur den mit Papier umhüllte Filterstäbe mit einer Länge von 100 mm und einem Durchmesser von 7,85 mm gefertigt. Die Bahnbreite des Filtermaterials und die Maschineneinstellungen bei der Filterherstellung wurden dabei so gewählt, dass sich ein Zugwiderstand von 420ÜO mmWG ergab. Aus den Filterstäben wurden Segmente mit einer Länge von 20 mm geschnitten und daraus American Blend Zigaretten mit einer Länge von 83 mm ohne Filterventilation herge stellt. Das mittlere Gewicht der Zigaretten betrug 925,8 mg.

Die Zigaretten wurden nach dem in ISO 3308:2012 spezifizierten Verfahren abgeraucht und die Menge an nikotinfreiem Trockenkondensat pro Zigarette bestimmt. Die Filtersegmente der Zigaretten wurden entnommen und die in jedem Filtersegment enthaltene Menge an nikotin freiem Trockenkondensat wurde ebenfalls bestimmt und daraus die Filtrationseffizienz in Pro zent berechnet, wobei die Filtrationseffizienz ausdrückt, welcher Anteil des in das Filterseg ment einströmenden nikotinfreien Trockenkondensats im Filter zurückgehalten wird. Die Filt rationseffizienz hängt daher neben den Eigenschaften des Filtermaterials auch von der Länge und dem Durchmesser des Filtersegments ab.

Die Härte der Filterstäbe wurde mit einem Messgerät DD60A von Borgwaldt KC gemessen. Dabei werden Filterstäbe durch einen Prüfkörper mit einer definierten Kraft belastet und die Verformung gemessen und als Prozentsatz bezogen auf die unverformte Lage ausgedrückt.

Der Zugwiderstand (PD) des Filterstabs, die Filtrationseffizienz (FE) für nikotinfreies Tro ckenkondensat und die Härte (HD) der Filtersegmente sind in Tabelle 3 für die erfindungsge mäßen Ausführungsbeispiele A bis C und das Vergleichsbeispiel Z angegeben.

Tabelle 3 Man erkennt aus Tabelle 3, dass sowohl die erfindungsgemäßen Segmente aus den Filterma terialien A bis C als auch das Segment aus dem nicht erfindungsgemäßen Filtermaterial Z ähn lichen Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Härte aufweisen, sodass die erfindungsgemä ßen Segmente die üblichen Anforderungen an Segmente für Rauchartikel gut erfüllen können.

Insbesondere bei der Härte der Segmente, die üblicherweise durch eine kurze aber hohe Be lastung gemessen wird, zeigen sich keine nennenswerten Unterschiede. Beim experimentellen Abrauchen der aus den Segmenten gefertigten Rauchartikel zeigte sich aber ein wahrnehmba rer Unterschied, wie sehr sich die Filtersegmente verformen, wenn sie der Konsument längere Zeit zwischen den Fingern hält. In dieser subjektiven Bewertung der Segmente zeigten sich für die erfindungsgemäßen Filtermaterialien und die daraus gefertigten Segmente deutliche Vor teile.

Es zeigt sich also, dass sich aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial Segmente fertigen las- sen, deren Eigenschaften bezüglich Zugwiderstand, Filtrationseffizienz und Härte herkömm lichen Segmenten entsprechen, die aber noch weitere Vorteile hinsichtlich der Kriechneigung aufweisen und so insgesamt Segmenten aus Celluloseacetat näherkommen als beispielsweise Filtermaterialien aus Papier. Hinsichtlich der biologischen Abbaubarkeit sind die erfindungs gemäßen Filtermaterialien und daraus gefertigten Segmente herkömmlichen Segmenten aus Celluloseacetat noch zusätzlich überlegen.