GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Filtermaterial und ein daraus gefertigtes Segment eines Raucharti kels, insbesondere ein Segment zur Filtration des im Rauchartikel strömenden Aerosols, das gut biologisch abbaubar ist, weniger Additive und Prozesshilfsmittel enthält, optisch homo gener ist als aus dem Stand der Technik bekannte Segmente und günstig hergestellt werden kann.

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, das dazu dient, Eigenschaften des Aerosols zu beeinflussen.

Bei dem Rauchartikel kann es sich um eine Filterzigarette handeln, bei der ein erstes Seg- ment das aerosolbildende Material, insbesondere Tabak, enthält und ein weiteres Segment als Filter ausgeführt ist und der Filtration des Aerosols dient. Das Aerosol wird dabei durch Verbrennen des aerosolbildenden Materials erzeugt, und der Filter dient primär dazu, das Aerosol zu filtern und die Filterzigarette mit einem definierten Zugwiderstand auszustatten. Bei dem Rauchartikel kann es sich aber auch um einen sogenannten Tabakerhitzer handeln, bei dem das aerosolbildende Material nur aufgeheizt aber nicht verbrannt wird. Dadurch wird die Zahl und Menge der gesundheitsschädlichen Substanzen im Aerosol vermindert. Ein derartiger Rauchartikel besteht ebenfalls aus mindestens zwei, häufiger aber aus mehr, ins besondere aus vier Segmenten. Ein Segment enthält das aerosolbildende Material, das typi scherweise Tabak, rekonstituierten Tabak oder nach anderen Verfahren aufbereiteten Tabak umfasst. Weitere, teilweise optionale Segmente im Rauchartikel dienen dazu, das Aerosol weiterzuleiten, das Aerosol abzukühlen oder das Aerosol zu ültern.

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 verstan- den, 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 nicht natürlichen Polymeren wie Celluloseacetat oder Polylactiden zu bilden. Nach dem Konsum des Rauchartikels muss der Rauchartikel geeignet entsorgt werden. In vielen Fällen wirft der Konsument aber den konsumierten Rauchartikel einfach in der Umwelt weg und Versuche, dieses Verhalten durch Information oder Strafen einzuschränken, waren wenig erfolgreich.

Da Celluloseacetat und Polylactide in der Umwelt nur sehr langsam biologisch abgebaut wer- den, hat die Industrie ein Interesse, die Segmente des Rauchartikels aus anderen Materialien zu fertigen, die besser biologisch abbaubar sind. Zudem sind beispielsweise in der Europäi schen Union Regelungen in Diskussion, die die Verwendung von nicht natürlichen Polyme ren in Rauchartikeln erheblich reduzieren oder verbieten, sodass auch aus diesem Grund ein Interesse besteht, alternative Segmente für Rauchartikel zur Verfügung zu haben.

Es ist im Stand der Technik bekannt, Segmente für Rauchartikel, insbesondere Filtersegmen te, aus Papier herzustellen. Derartige Segmente sind zwar generell gut biologisch abbaubar, weisen aber auch Nachteile auf. Beispielsweise haben Filtersegmente aus Papier generell eine hohe Filtrationseffizienz und führen daher zu einem trockenen Aerosol, was den Geschmack des Aerosols verglichen mit Zigaretten mit den üblichen Filtersegmenten aus Celluloseacetat beeinträchtigt. Des Weiteren haben sie aber oft eine niedrigere Filtrationseffizienz für Pheno le als Celluloseacetat.

Ein wesentlicher Grund dafür, dass Filtersegmente aus Papier noch keine weite Verbreitung gefunden haben liegt aber auch in ihrer optischen Erscheinung. Am Mundende des Rauchar tikels ist oft die Schnittfläche des am Mundende gelegenen Segments sichtbar, und der Kon sument ist von den üblichen Segmenten aus Celluloseacetat eine weiße homogene Fläche gewohnt, bei der die einzelnen geschnittenen Fasern kaum erkennbar sind. Segmente aus Papier hingegen haben eine grobe Struktur, was dem Konsumenten offenbar den Eindruck geringerer Qualität vermittelt. Daher werden Segmente aus Papier oft nur als ein Teilsegment in einem aus mehreren Segmenten bestehenden Filter eingesetzt, sodass der Konsument die Schnittfläche nicht sehen kann. Das am Mundende gelegene Segment besteht dann weiterhin oft aus Celluloseacetat. Wegen dieser optischen Mängel können die Vorteile der biologischen Abbaubarkeit eines Segments aus Papier nicht in vollem Umfang genutzt werden.

Es ist auch im Stand der Technik bekannt, Segmente für Rauchartikel aus Vliesstoffen herzu stellen. In EP 2 515 689 ist beispielsweise ein Filtermaterial aus Vliesstoff beschrieben, das allerdings überwiegend Fasern aus Polyvinylalkohol, Polylactiden oder aus anderen nicht natürlichen Polymeren enthält und daher Anforderungen an die biologische Abbaubarkeit nicht gut erfüllen kann. Zudem sind die dort beschriebenen Vliesstoffe zu dünn, um ein op tisch ansprechendes Erscheinungsbild an der Schnittfläche des daraus gefertigten Segments zu ergeben.

Ebenso ist im Stand der Technik bekannt, Filtermaterial für Rauchartikel aus Papier aus bio logisch gut abbaubaren Fasern herzustehen. In US 2015/0374030 ist ein solches Filtermate rial beschrieben, das allerdings zu einem erheblichen Anteil aus Zellstofffasern aus Hanf, Flachs, Abaca, Sisal oder Baumwolle besteht. Diese Fasern sind teuer und weisen wegen ih rer, im Vergleich zu Zellstoffasern aus Holz, kurzen Wachstumsperiode starke Qualitäts- Schwankungen auf. Gemäß der Lehre in US 2015/0374030 sind sie aber notwendig, um gleichzeitig eine ausreichend poröse Struktur und ausreichend hohe Festigkeit zu erreichen. Von der Verwendung von Holzzellstoff wird abgeraten, weil er eine dichte und kompakte Pa pierstruktur erzeugt. Tatsächlich soll der Anteil an Holzzellstoff immer kleiner als 50 Gew.-% sein und in den industriell umgesetzten Ausführungsbeispielen beträgt er weniger als 5 Gew.- %. Durch den dafür verwendeten Herstellungsprozess ist auch das optische Erscheinungsbild solcher Filter für den Konsumenten nicht ausreichend ansprechend.

Es besteht daher ein Interesse in der Industrie, ein Filtermaterial zur Verfügung zu haben, aus dem Segmente gefertigt werden können, die biologisch abbaubar sind, ein gutes opti sches Erscheinungsbild haben und kostengünstig, in hoher Qualität und in industriellem Maßstab hergesteht werden können.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial für einen Rauchartikel zur Ver fügung zu stellen, das gut biologisch abbaubar ist und aus dem Segmente für Rauchartikel gefertigt werden können, deren Erscheinungsbild dem herkömmlicher Segmente, insbeson dere solcher aus Cellulosacetat, gut vergleichbar ist, und das zusätzlich aus leicht verfügba ren, kostengünstigen Rohstoffen hergestellt werden kann. Dabei sollen unerwünschte Ein flüsse auf den Geschmack des Rauchartikels minimiert werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Filtermaterial nach Anspruch 1, ein Segment eines Raucharti kels nach Anspruch 23, dessen Herstellungsverfahren nach Anspruch 32, und einen Rauchar tikel nach Anspruch 33 gelöst, sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 36 zur Herstellung eines wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängi gen Ansprüchen angegeben. Die Erfinder haben gefunden, dass diese Aufgabe durch bestimmte Vliesstoffe gelöst werden kann. Insbesondere kann die Aufgabe durch ein Filtermaterial gelöst werden, das einen Vliesstoff umfasst, wobei der Vliesstoff wasserstrahlverfestigt ist und der wasserstrahlverfes tigte Vliesstoff mindestens 50% und höchstens 90% Holzzellstofffasern, mindestens 10% und höchstens 50% Fasern aus regenerierter Cellulose und weniger als 30% nicht natürliche Po lymere enthält, und die Menge an Holzzellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose zusammen mindestens 70% der Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs ausmacht und der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff eine Dichte von mindestens 100 kg/ m ³ und höchstens 300 kg/m ³ und eine Dicke von mindestens 100 pm und höchstens 1000 pm aufweist. Dabei beziehen sich alle Prozentangaben auf die Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs.

Obwohl der Begriff „wasserstrahlverfestigt“ zunächst auf das zugrundeliegende Herstellungs verfahren hinweist, ist zu berücksichtigen, dass ein wasserstrahlverfestigter Vliesstoff charak teristische strukturelle Eigenschaften hat, die ihn von anderen Faserstoffen oder Vliesstoffen unterscheiden, und die nach Wissen der Erfinder nicht auf identische Weise durch ein ande res Herstellungsverfahren erreicht werden können. Anders als beispielsweise bei Papier, bei dem die Festigkeit vornehmlich durch Wasserstoffbrücken bewirkt wird und die Fasern vor allem in der Ebene des Papiers angeordnet sind, wird bei dem wasserstrahlverfestigten Vliesstoff die Festigkeit durch die Verwirbelungen der Fasern erreicht und dadurch sind die Fasern zu einem bedeutenden Teil auch in Dickenrichtung des Vliesstoffs ausgerichtet.

Entgegen der Lehre aus dem Stand der Technik haben die Erfinder gefunden, dass ein Fil termaterial mit einem hohen Anteil an Holzzellstofffasern hergestellt werden kann, ohne dass die Struktur des Vliesstoffs dabei zu dicht oder zu kompakt wird. Dies wird erfindungs gemäß im Wesentlichen durch die Verwendung eines wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs erreicht, der neben den Holzzellstoffasern auch noch Fasern aus regenerierter Cellulose ent hält.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen, wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs werden die Fasern auf ein wasserdurchlässiges Sieb gelegt und mit einem auf die Fasern gerichteten Wasserstrahl durch Verwirbelung verfestigt. Dabei entsteht eine poröse Struktur mit sehr geringer Dichte und hoher Dicke, die besonders gut als Filtermaterial geeignet ist. Insbeson dere kann ein solches für Segmente von Rauchartikeln geeignetes Filtermaterial mit einem hohen Anteil an Holzzellstofffasern und daher kostengünstig hergestellt werden und zeigt ein aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial hergestelltes Segment für einen Rauchartikel eine homogene Schnittfläche, die jener eines Segments aus Celluloseacetat gut vergleichbar ist. Des Weiteren ist, beispielsweise im Unterschied zu Papier, die Beigabe von Additiven oder Prozesshilfsmitteln für die Herstellung des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs nicht erfor- derlich. Damit wird ein unerwünschter Einfluss solcher Additive oder Prozesshilfsmittel auf den Geschmack des mit Hilfe des erfindungsgemäßen Filtermaterials gefertigten Raucharti kels vermieden und die biologische Abbaubarkeit wird nicht beeinträchtigt.

Zur Einstellung des Zugwiderstands und der Filtrationseffizienz eines aus dem Filtermaterial gefertigten Segments für einen Rauchartikel, sowie zur Einstellung einer guten Zugfestigkeit des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs enthält der im erfindungsgemäßen Filtermaterial enthaltene wasserstrahlverfestigte Vliesstoff einen hohen Anteil von Holzzellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose, die zusammen mindestens 70% der Masse des wasser strahlverfestigten Vliesstoffs ausmachen.

Da Holzzellstofffasern und auch regenerierte Cellulose aus natürlichen Polymeren bestehen, sind sie auch gut biologisch abbaubar. Um die gute biologische Abbaubarkeit des erfindungs gemäßen Filtermaterials und der daraus gefertigten Segmente für Rauchartikel sicherzustel len, soll der Anteil an nicht natürlichen Polymeren weniger als 30% der Masse des wasser strahlverfestigten Vliesstoffs ausmachen.

Natürliche Polymere sind dabei Polymere, die ohne chemische Veränderung oder ohne Ver änderung der Zusammensetzung direkt aus natürlichen Rohstoffen gewonnen wurden oder zu solchen aus der Natur gewonnenen Polymeren chemisch identisch sind. Konkret bestehen Holzzellstofffasern aus natürlichen Polymeren und ebenso gehören Fasern aus regenerierter Cellulose zu den natürlichen Polymeren. Bei Celluloseacetat oder Polylactiden hingegen ha ben chemische Veränderungen stattgefunden, sodass sie zu den nicht natürlichen Polymeren gehören, und obwohl die Ausgangsstoffe in der Natur Vorkommen, wurden diese Ausgangs stoffe zumindest derart verändert, dass eine schnelle biologische Abbaubarkeit nicht mehr gewährleistet ist. Ebenfalls sind alle Polymere, die aus Mineralölen gewonnen wurden, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder Polystyrol nicht natürliche Polymere.

Der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff, der im erfindungsgemäßen Filtermaterial enthalten ist, enthält Holzzellstofffasern in einer Menge von mindestens 50% und höchstens 90% der Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs. Bevorzugt beträgt der Anteil an Holzzell stofffasern mindestens 60% und höchstens 80% und besonders bevorzugt mindestens 60% und höchstens 70%, jeweils bezogen auf die Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs.

Holzzellstofffasern sind Zellstofffasern, die aus Nadelhölzern oder Laubhölzern gewonnen sind. Sie werden in großer Menge industriell hergestellt, weisen eine stabile Qualität auf und sind kostengünstig. Bevorzugt sind die Holzzellstoffasern aus Nadelhölzern, beispielsweise aus Fichte, Föhre oder Tanne gewonnen, weil diese Fasern wegen ihrer Länge zu einer guten Festigkeit des wasserstrahlverfestigen Vliesstoffs führen. Für die Erfindung bevorzugt geeig nete Holzzellstofffasern aus Laubhölzern sind aus Birke, Buche oder Eukalyptus gewonnen. Bevorzugt können auch Gemische aus Holzzellstofffasern verschiedener Herkunft eingesetzt werden. Besonders bevorzugt sind aus Nadelhölzern gewonnene Holzzellstofffasern, die als reinforced pulp fibers bezeichnet werden und besonders hohe Festigkeit erreichen, sowie merzerisierte Holzzellstofffasern, die eine besonders hohe Dicke und niedrige Dichte errei chen.

Zellstoffasern aus anderen Pflanzen wie Hanf, Flachs, Jute, Ramie, Abaca, Sisal, Baumwolle oder Espartogras zählen im Sinne dieser Erfindung nicht zu den Holzzellstofffasern. Zwar lässt sich auch mit diesen Fasern eine poröse Papierstruktur und hohe Festigkeit erreichen. Die Fasern sind aber teuer, industriell teilweise nicht gut verfügbar und wegen der kurzen Wachstumsperiode dieser Pflanzen von variabler Qualität. Sie können im erfindungsgemä ßen wasserstrahlverfestigten Vliesstoff enthalten sein, allerdings soll ihr Anteil bevorzugt höchstens 20% und besonders bevorzugt höchstens io% und ganz besonders bevorzugt höchstens i% der Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs betragen.

Die Holzzellstofffasern können gebleicht oder ungebleicht sein. Gebleichte Holzzellstofffa sern bieten wegen ihrer weißen Farbe Vorteile beim Erscheinungsbild eines aus dem erfin dungsgemäßen Filtermaterial gefertigten Segments, während ungebleichte Holzzellstofffa sern, die dann eine hellbraune bis dunkelbraune Farbe haben, umweltfreundlicher sind, weil auf den Bleichprozess verzichtet werden kann. Mischungen aus gebleichten und ungebleich ten Holzzellstofffasern können zur besseren Einstellung der Farbe des erfindungsgemäßen Filtermaterials ebenfalls verwendet werden.

Der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff, der im erfindungsgemäßen Filtermaterial enthalten ist, enthält Fasern aus regenerierter Cellulose in einer Menge von mindestens io% und höchstens 50% der Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs. Bevorzugt beträgt der An teil an Fasern aus regenerierter Cellulose mindestens 20% und höchstens 45% und besonders bevorzugt mindestens 30% und höchstens 40%, jeweils bezogen auf die Masse des wasser strahlverfestigten Vliesstoffs.

Die Fasern aus regenerierter Cellulose sind bevorzugt Viscosefasern, Modalfasern, Lyocell®, Tencel® oder Mischungen daraus. Diese Fasern besitzen eine gute biologische Abbaubarkeit und können dazu eingesetzt werden, die Festigkeit, Dicke oder Dichte des wasserstrahlverfes tigten Vliesstoffs zu optimieren und die Filtrationseffizienz des daraus gefertigten Segments für den Rauchartikel anzupassen. Die Summe der Mengen aus Holzzellstofffasern und den Fasern aus regenerierter Cellulose soll zusammen mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80% und besonders bevorzugt min destens 90% der Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs betragen. In einer ganz be sonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Filtermaterial einen wasserstrahlverfestigten Vliesstoff, der im Wesentlichen ausschließlich, zumindest aber zu mindestens 95 % bezogen auf die Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs aus Holzzell stofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose besteht. Diese ganz besonders bevorzugte Ausführungsform erlaubt die beste biologische Abbaubarkeit bei gleichzeitig einem sehr ge ringen Einfluss auf den Geschmack des mit Hilfe des Filtermaterials gefertigten Raucharti- kels.

Um die gute biologische Abbaubarkeit sicherzustellen, soll der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff weniger als 30% nicht natürliche Polymere enthalten. Bevorzugt enthält der was serstrahlverfestigte Vliesstoff weniger als 10% nicht natürliche Polymere und besonders be- vorzugt weniger als 1% nicht natürliche Polymere. Die Prozentangaben beziehen sich auf die

Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs.

In einer bevorzugten Ausführungsform des eründungsgemäßen Filtermaterials enthält der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff des Filtermaterials mindestens 5% und weniger als 30%, besonders bevorzugt weniger als 25% und ganz besonders bevorzugt weniger als 20% Stapel fasern aus Celluloseacetat, wobei sich die Prozentangaben auf die Masse des wasserstrahlver festigten Vliesstoffs beziehen.

Zusatzstoffe, wie Alkylketendimere (AKD), Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA), Fettsäu- ren, Stärke, Stärkederivate, Carboxymethylcellulose, Alginate, oder Substanzen zur Einstel lung des pH-Werts, wie beispielsweise organische oder anorganische Säuren oder Laugen können zur Einstellung spezifischer Eigenschaften des Vliesstoffs hinzugefügt werden, solan ge die Masse nicht natürlicher Polymere im Vliesstoff nicht mehr als 30% beträgt. Der Fach mann ist in der Lage Art und Menge solche Zusatzstoffe aus seiner Erfahrung zu bestimmen.

Das Flächengewicht des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs beträgt bevorzugt mindestens 25 g/m ² und höchstens 150 g/m ² , besonders bevorzugt mindestens 35 g/m ² und höchstens 120 g/m ² und ganz besonders bevorzugt mindestens 40 g/m ² und höchstens 80 g/m ² . Das Flä chengewicht beeinflusst die Zugfestigkeit des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs, wobei ein höheres Flächengewicht zu höherer Festigkeit führen kann. Die Angaben beziehen sich auf ein Flächengewicht, das nach ISO 536:2012 gemessen wird. Die Dicke des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs, gemessen nach ISO 534:2011, beträgt mindestens 100 mih und höchstens 1000 mih, bevorzugt mindestens 120 mih und höchstens 800 mih und besonders bevorzugt mindestens 150 mih und höchstens 750 mih. Die Dicke be einflusst die Menge an Filtermaterial, die in das Segment des Rauchartikels gepackt werden kann und damit Zugwiderstand und Filtrationseffizienz des Segments, aber auch die Verar beitbarkeit des Filtermaterials, da es zur Herstellung eines Segments für einen Rauchartikel oft gecrimpt oder gefaltet wird. Für solche Prozessschritte ist eine zu hohe Dicke ungünstig und Dicken in den bevorzugten und besonders bevorzugten Intervallen erlauben eine beson ders gute Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels.

Die Dichte des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs ergibt sich durch Division des Flächenge wichts gemäß ISO 536:2012 durch die Dicke gemäß ISO 534:2011. Die so bestimmte Dichte des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs beträgt mindestens 100 kg/m ³ und höchstens 300 kg/m ³ , bevorzugt mindestens 120 kg/m ³ und höchstens 250 kg/m ³ und besonders bevorzugt mindestens 140 kg/m ³ und höchstens 220 kg/m ³ . Diese Werte beziehen sich auf die Dichte, bevor aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial, das diesen wasserstrahlverfestigten Vliesstoff umfasst, ein Segment eines Rauchartikels gefertigt wird. Die Dichte des wasser strahlverfestigten Vliesstoffs soll in einem vergleichsweise engen Intervall liegen, weil sie den Zugwiderstand und die Filtrationseffizienz des daraus gefertigten Segments eines Raucharti kels bestimmt. Die bevorzugten und besonders bevorzugten Intervalle erlauben eine noch günstigere Kombination aus Zugwiderstand und Filtrationseffizienz.

Die Luftdurchlässigkeit des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs, gemessen nach ISO 2965:2019, kann bevorzugt zwischen 10000 cm ³ /(cm ² -kPa-min) und 60000 cm ³ /(cm ² -kPa-min), besonders bevorzugt zwischen 20000 cm ³ /(cm ² -kPa-min) und 50000 cm ³ /(cm ² -kPa-min) und ganz besonders bevorzugt zwischen 35000 cm ³ /(cm ² -kPa-min) und 45000 cm ³ /(cm ² -kPa-min) liegen. Die Luftdurchlässigkeit beschreibt die poröse Struktur des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs und beeinflusst damit ebenfalls die Filtrationseffizienz und den Zugwiderstand.

Die mechanischen Eigenschaften des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs sind für die Verar beitung des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment für einen Rauchartikel von Bedeutung. Die breitenbezogene Zugfestigkeit des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt bevorzugt mindestens 0,05 kN/m und höchstens 5 kN/m, besonders bevorzugt mindestens 0,07 kN/m und höchstens 4 kN/m. Die Bruchdehnung des wasserstrahlverfestigen Vliesstoffs ist von Bedeutung, weil bei der Verarbeitung des erfindungsgemäßen Filtermaterials zu einem Segment eines Rauchartikels das Filtermaterial oft gecrimpt wird und dabei eine besonders hohe Bruchdehnung günstig ist. Die Bruchdehnung des wasserstrahlverfestigen Vliesstoffs, gemessen nach ISO 1924- 2:2008, beträgt daher bevorzugt mindestens 1% und höchstens 50% und besonders bevor zugt mindestens 3% und höchstens 40%.

Da der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff bei der Weiterverarbeitung auch gedehnt werden kann, spielt sein Energieaufnahmevermögen eine Rolle. Das Energieaufnahmevermögen des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs, gemessen nach ISO 1924-2:2008, beträgt bevorzugt mindestens 4 J/m ² und höchstens 500 J/m ² und besonders bevorzugt mindestens 5 J/m ² und höchstens 450 J/m ² .

Zugfestigkeit, Bruchdehnung und Energieaufnahmevermögen können von der Richtung ab- hängen, in der die Probe für die Messung aus dem wasserstrahlverfestigten Vliesstoff ent nommen wurde. Die genannten Merkmale des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs sind je weils erfüllt, wenn Zugfestigkeit, Bruchdehnung oder Energieaufnahmevermögen in mindes tens einer Richtung in den angegebenen bevorzugten oder besonders bevorzugten Intervallen liegen.

Das erfindungsgemäße Filtermaterial umfasst den wasserstrahlverfestigen Vliesstoff. Bevor zugt aber macht der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff den überwiegenden Großteil des Fil termaterials aus, sodass bevorzugt mindestens 90% der Masse des Filtermaterials durch den wasserstrahlverfestigten Vliesstoff gebildet werden und besonders bevorzugt mindestens 95% der Masse des Filtermaterials durch den wasserstrahlverfestigten Vliesstoff gebildet werden.

Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann neben dem wasserstrahlverfestigten Vliesstoff noch andere Komponenten umfassen, die beispielsweise die Verarbeitbarkeit des Filtermate rials oder die Eigenschaften eines daraus gefertigten Segments oder den Geschmack des Rauchartikels beeinflussen. Dazu gehören beispielsweise Träger von Aromastoffen, insbe sondere mit Aromastoffen getränkte Fäden oder Substanzen zur Erhöhung der Steifigkeit des Filtermaterials oder Materialien, die die Härte der aus dem Filtermaterial hergestellten Filter erhöhen, wie beispielsweise thermoplastische Materialien.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filtermaterials umfasst das Filtermaterial den wasserstrahlverfestigten Vliesstoff und eine Substanz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Triacetin, Propylenglykol, Sorbitol, Glycerol, Polyethylenglykol, Po- lyvinylalkohol und Tri-Ethlyzitrat oder Mischungen daraus. Diese Substanzen können helfen, die Filtrationseffizienz an jene von Celluloseacetat besser anzupassen.

Sofern mindestens 90% der Masse des Filtermaterials durch den wasserstrahlverfestigten Vliesstoff gebildet werden, kann die Erfüllung der obengenannten Merkmale des wasser strahlverfestigten Vliesstoffs, beispielsweise hinsichtlich des Gehalts an Holzzellstofffasern, des Gehalts an Fasern aus regenerierter Cellulose, der Menge an Holzzellstofffasern und Fa sern aus regenerierter Cellulose, des Anteils an nicht natürlichen Polymeren, des Gehalts an anderen Zellstofffasern, der Dichte, der Dicke, des Flächengewichts, der Luftdurchlässigkeit, der Zugfestigkeit, der Bruchdehnung und des Energieaufnahmevermögens, auch am Filter material selbst geprüft werden, ohne dass der wasserstrahlverfestige Vliesstoff aus dem Fil termaterial isoliert werden müsste. Die oben genannten erfindungsgemäßen, bevorzugten, besonders bevorzugten und ganz besonders bevorzugten Intervalle und Eigenschaften gelten dann auch für das aus dem wasserstrahlverfestigen Vliesstoff gefertigte Filtermaterial.

Aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial können nach aus dem Stand der Technik be kannten Verfahren erfindungsgemäße Segmente für Rauchartikel hergestellt werden. Diese Verfahren umfassen beispielsweise das Crimpen oder Falten des Filtermaterials, das Formen eines endlosen Strangs aus dem gecrimpten oder gefalteten Filtermaterial, das Umhüllen des endlosen Strangs durch ein Umhüllungsmaterial und das Schneiden des umhüllten Strangs in einzelne Stäbe definierter Länge. In vielen Fällen beträgt die Länge eines solchen Stabs ein ganzzahliges Vielfaches der Länge des Segments, das dann im erfindungsgemäßen Rauchar tikel verwendet werden soll, und deshalb werden die Stäbe dann vor oder während der Her stellung des Rauchartikels in Segmente der gewünschten Länge geschnitten.

Das erfindungsgemäße Segment für Rauchartikel umfasst das erfindungsgemäße Filtermate rial und ein Umhüllungsmaterial.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Segments ist das Segment zylindrisch mit einem Durchmesser von mindestens 3 mm und höchstens 10 mm, besonders bevorzugt von mindestens 4 mm und höchstens 9 mm und ganz besonders bevorzugt von mindestens 5 mm und höchstens 8 mm. Diese Durchmesser sind für die Verwendung der erfindungsgemäßen Segmente in Rauchartikeln günstig.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Segments hat das Segment eine Länge von mindestens 4 mm und höchstens 40 mm, besonders bevorzugt von mindes tens 6 mm und höchstens 35 mm und ganz besonders bevorzugt von mindestens 10 mm und höchstens 28 mm. Der Zugwiderstand des Segments bestimmt unter anderem, welche Druckdifferenz der Rau cher beim Konsum des Rauchartikels aufbringen muss, um einen bestimmten Volumenstrom durch den Rauchartikel zu erzeugen, und er beeinflusst daher wesentlich die Akzeptanz des Rauchartikels beim Raucher. Der Zugwiderstand des Segments kann nach ISO 6565:2015 gemessen werden und wird in mm Wassersäule (mmWG) angegeben. In sehr guter Näherung ist der Zugwiderstand des Segments proportional zur Länge des Segments, sodass die Mes sung des Zugwiderstands auch an Stäben erfolgen kann, die sich vom Segment nur in der Länge unterscheiden. Daraus kann der Zugwiderstand des Segments einfach berechnet wer- den.

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.

Die Dichte des Segments selbst, ohne das Umhüllungsmaterial, beträgt bevorzugt zwischen 50 kg/m ³ und 300 kg/m ³ , besonders bevorzugt zwischen 60 kg/m ³ und 250 kg/m ³ und ganz besonders bevorzugt zwischen 70 kg/m ³ und 230 kg/m ³ . Die Dichte hat wesentliche Auswir kungen auf den Zugwiderstand, die Filtrationseffizienz und die Härte des Segments. Die Dichte des Segments ist ohne das Umhüllungsmaterial angegeben, da das Umhüllungsmate- rial wenig Einfluss auf den Zugwiderstand oder die Filtrationseffizienz hat. Die Ermittlung der Dichte des Segments kann rechnerisch erfolgen. Dabei wird zunächst das Volumen des Segments bestimmt, das beispielsweise bei einem zylindrischen Segment aus dem Durch messer und der Länge berechnet werden kann. Der Einfluss des Umhüllungsmaterials auf den Durchmesser kann vernachlässigt werden. Die Masse des Segments kann durch Wägung bestimmt werden, wobei das Segment mit dem Umhüllungsmaterial umhüllt ist. Die Masse des Umhüllungsmaterials kann aus der Fläche des Umhüllungsmaterials und dem nominalen oder gemessenen Flächengewicht des Umhüllungsmaterials ermittelt werden. Beispielsweise bei einem typischen, zylindrischen Segment ergibt sich die Fläche des Umhüllungsmaterials aus dem Umfang des Segments und der Überlappung des Umhüllungsmaterials mit sich selbst sowie der Länge des Segments.

Von der Masse des Segments mit Umhüllungsmaterial wird die Masse des Umhüllungsmate rials abgezogen und durch Division durch das Volumen des Segments dessen Dichte berech- net. Ein numerisches Beispiel ist weiter unten detailliert ausgeführt.

Das Umhüllungsmaterial des erfindungsgemäßen Segments ist bevorzugt ein Papier oder eine Folie. Damit die gute biologische Abbaubarkeit des Segments nicht beeinträchtigt wird, enthält in einer besonders bevorzugten Ausführungsform das Papier oder die Folie weniger als io% nicht natürliche Polymere bezogen auf die Masse des Umhüllungsmaterials.

Das Umhüllungsmaterial des erfindungsgemäßen Segments hat bevorzugt ein Flächenge wicht von mindestens 20 g/m ² und höchstens 150 g/m ² , besonders bevorzugt von mindes tens 30 g/m ² und höchstens 130 g/m ² . Ein Umhüllungsmaterial mit diesem bevorzugten oder besonders bevorzugten Flächengewicht verleiht dem damit umhüllten, erfindungsge mäßen Segment eine besonders vorteilhafte Härte. Damit kann der Raucher das im Rauchar tikel befindliche Segment nicht versehentlich zusammendrücken.

In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das erfindungsgemäße Segment zusätzlich mindestens eine Kapsel, die Aromastoffe enthält. Die Kapsel ist dabei oft so ausgeführt, dass der Raucher sie durch Druck mit den Fingern zerbrechen kann und damit die Aromastoffe freisetzt, sodass sie den Geschmack des Rauchartikels verändern können.

Aus dem erfindungsgemäßen Segment können nach den im Stand der Technik bekannten Verfahren erfindungsgemäße Rauchartikel hergestellt werden.

Der erfindungsgemäße Rauchartikel umfasst ein Segment, das ein aerosolbildendes Material enthält, und ein Segment, das das erfindungsgemäße Filtermaterial und ein Umhüllungsma terial umfasst.

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

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

Der wasserstrahlverfestigte Vliesstoff für das erfindungsgemäße Filtermaterial kann nach dem folgenden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, das die folgenden Schritte A bis F umfasst. A - Herstellen einer wässrigen Suspension umfassend Holzzellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose, wobei die Menge an Holzzellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose zusammen mindestens 70% der Masse der Feststoffe in der Suspension ausmachen B - Aufbringen der Suspension aus Schritt A auf ein umlaufendes Sieb C - Entwässern der Suspension durch das umlaufende Sieb, um eine Faserbahn zu bilden D - Überführen der Faserbahn aus Schritt C auf ein Stützsieb

E - Wasserstrahlverfestigen der Faserbahn durch mindestens einen auf die Faserbahn ge richteten Wasserstrahl, um einen wasserstrahlverfestigten Vliesstoff herzustellen F - Trocknen des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs.

Der nach diesem Verfahren hergestellte wasserstrahlverfestigte Vliesstoff soll zur Verwen dung in dem oben beschriebenen Filtermaterial geeignet sein. Dies bedeutet, dass er insbe sondere sämtliche Merkmale einzeln oder in Kombination aufweisen kann, die oben im Zu sammenhang mit dem wasserstrahlverfestigten Vliesstoff als Bestandteil des Filtermaterials beschrieben wurden und in den auf das Filtermaterial gerichteten Ansprüchen definiert sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat die wässrige Suspension in Schritt A einen Feststoffgehalt von höchstens 3,0%, besonders bevorzugt höchstens 1,0%, ganz besonders bevorzugt höchstens 0,2% und insbesondere höchstens 0,05%. Der besonders geringe Feststoffgehalt der Suspension erlaubt es, eine noch weniger dichte Faserbahn in Schritt C zu bilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das umlaufen de Sieb der Schritte B und C in Laufrichtung der Faserbahn gegen die Horizontale um einen Winkel von mindestens 3 ⁰ und höchstens 40° aufwärts geneigt, besonders bevorzugt um ei nen 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 Entwässern der Suspension in Schritt C zu unterstützen, wobei besonders bevorzugt Vaku umkästen oder geeignet geformte Flügel die Druckdifferenz erzeugen.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Viel zahl von Wasserstrahlen verwendet, um das Wasserstrahlverfestigen in Schritt E auszufüh ren, wobei die Wasserstrahlen in mindestens einer Reihe in einem rechten Winkel zur Lauf richtung der Faserbahn angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Wasser strahlverfestigen in Schritt E durch mindestens zwei auf die Faserbahn gerichtete Wasser strahlen bewirkt, wobei besonders bevorzugt die mindestens zwei Wasserstrahlen auf ver schiedene Seiten der Faserbahn wirken.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Trock nen in Schritt F zumindest teilweise durch Kontakt mit Heißluft, durch Infrarotstrahlung oder durch Mikrowellenstrahlung bewirkt. Eine Trocknung durch direkten Kontakt mit einer beheizten Oberfläche ist ebenfalls möglich, aber weniger bevorzugt, weil dabei die Dicke des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs abnehmen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Figur l zeigt eine Vorrichtung mittels der das erfindungsgemäße Verfahren zur Her stellung des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs durchgeführt werden kann.

Figur 2 zeigt die Querschnittsfläche eines erfindungsgemäßen Segments im Vergleich zu einem Segment aus Celluloseacetat und einem Segment aus Papier

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFUHRUNGSFORMEN

Im Folgenden werde einige bevorzugte Ausführungsformen des Filtermaterials, des Seg ments für Rauchartikel, des Rauchartikels und des Verfahrens für die Herstellung des was serstrahlverfestigten Vliesstoffs beschrieben.

Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigen Vliesstoffs, der im erfindungsgemäßen Filterma terial enthalten ist, wurde das in Figur l dargestellte Verfahren verwendet.

Eine Suspension l aus Holzzellstofffasern und Fasern aus regenerierter Cellulose wurde von einem Vorratsbehälter 2 auf ein umlaufendes, gegen die Horizontale aufwärts geneigtes Sieb

3 gepumpt und durch Vakuumkästen 9 entwässert, sodass sich auf dem Sieb eine Faserbahn

4 bildete, deren generelle Bewegungsrichtung durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Die Faser bahn 4 wurde vom Sieb 3 abgenommen und auf ein ebenfalls umlaufendes Stützsieb 5 über geführt. Dort wurden aus Vorrichtungen 6 in mehreren Reihen in rechtem Winkel zur Lauf richtung der Faserbahn 4 angeordnete Wasserstrahlen 11 auf die Faserbahn 4 gerichtet, um die Fasern zu verwirbeln und die Faserbahn 4 zu einem Vliesstoff zu verfestigen. In einem weiteren Schritt wurden durch zusätzliche Vorrichtungen 7 auch Wasserstrahlen 12 auf die andere Seite der Faserbahn 4 gerichtet, um den entstehenden Vliesstoff noch weiter zu ver festigen. Danach durchlief der noch feuchte Vliesstoff eine Trocknungseinrichtung 8 und wurde dort getrocknet.

Zur Herstellung des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs wurden Gemische aus Holzzeh stofffasern und Lyocell® Fasern verwendet. Es wurden 5 verschiedene wasserstrahlverfestig te Vliesstoffe A bis E hergesteht, deren Zusammensetzung und Eigenschaften in Tabelle 1 angegeben sind. Dabei bedeuten die Prozentangaben zu Lyocell® Fasern und Holzzehstofffa sern die Menge an Fasern bezogen auf die Masse des wasserstrahlverfestigten Vliesstoffs. Die Bruchdehnung und das Energieaufnahmevermögen sind jeweils in Maschinenrichtung (MD), also in der durch den Pfeil 10 in Fig. 1 angegebenen Richtung und in der dazu orthogonalen, in der Ebene der Faserbahn 4 hegenden Querrichtung (CD) angegeben.

Tabelle 1

Die wasserstrahlverfestigten Vliesstoffe A bis E wurden jeweils als erfindungsgemäßes Fil termaterial A bis E verwendet ohne weitere Komponenten hinzuzufügen.

Aus dem erfindungsgemäßen Filtermaterial E wurden drei Segmente Si, S2 und S3 mit un terschiedlicher Dichte gefertigt, wobei jedes Filtermaterial zu einem endlosen Strang mit ei nem Durchmesser von 7,9 mm geformt und mit einem Umhüllungsmaterial mit einem Flä chengewicht von 78 g/m ² umhüllt wurde. Der endlose Strang wurde zunächst in Stäbe mit einer Länge von 108 mm geschnitten. Die mittlere Masse der Stäbe und der mittlere Zugwi derstand der Stäbe nach ISO 6565:2015 wurden bestimmt und daraus die Dichte ohne Um hüllungsmaterial und der Zugwiderstand pro Länge berechnet. Anschließend wurden aus den Stäben erfindungsgemäße Segmente mit einer Länge von 22 mm geschnitten. Tabelle 2 zeigt die Daten der Segmente Si, S2 und S3. Eine beispielhafte Berechnung der Dichte des Seg ments wird anhand des Segments Si näher erläutert.

Die Masse des 108 mm langen Stabes zu Segment Si wurde mit 0,743 g gemessen. Der Durchmesser war 7,9 mm. Daraus ergab sich unter Vernachlässigung der Dicke des Umhül lungsmaterials ein Volumen des Stabes von

JI/4 X 7,9 ² x 108 = 5293 mm ³

Die Masse des 27 mm breiten und 108 mm langen Umhüllungsmaterials mit einem Flächen gewicht von 78 g/m ² betrug

78 x 0,027 x 0,108 = 0,227 g.

Die Dichte des Segments ohne Umhüllungsmaterial beträgt daher

(0,743 - 0,227) / 5293 = 97, 5 kg/m ³ .

Tabelle 2

Figur 2 zeigt die Fotografien der Querschnittsfläche des erfindungsgemäßen Segments S2 sowie zweier vergleichbarer Segmente aus Celluloseacetat (CA) und Papier (PA). Beim Seg ment aus Papier ist die grobe Struktur der Querschnittsfläche deutlich sichtbar, während das Segment aus Celluloseacetat eine sehr feine Struktur aufweist. Das erfindungsgemäße Seg ment S2 liegt in seinem Erscheinungsbild wesentlich näher an jenem aus Celluloseacetat (CA) und ergibt damit einen für den Raucher deutlich besser akzeptablen optischen Eindruck als das Segment aus Papier (PA).

Aus den erfindungsgemäßen Segmenten Si, S2 und S3 wurden jeweils nicht ventilierte erfin dungsgemäße Rauchartikel Ri, R2 und R3 mit einer Länge von 83 mm gefertigt, die ein Seg ment mit Tabak und ein Filtersegment enthielten. Das Filtersegment wurde durch jeweils eines der erfindungsgemäßen Segmente Si, S2 und S3 gebildet. Die Rauchartikel Ri, R2 und R3 wurden nach dem in ISO 3308 spezifizierten Verfahren abgeraucht und die Menge an Teer, Nikotin und Wasser im Rauch bestimmt. Ein identischer Rauchartikel, bei dem der Filter durch ein herkömmliches Filtersegment aus Celluloseacetat gebildet war, wurde nach demselben Verfahren abgeraucht. Ein Vergleich der Menge an Teer, Nikotin und Wasser zeigte, dass die Filtersegmente Si, S2 und S3 hinsichtlich ihrer Filtrationseffizienz mit einem Filtersegment aus Celluloseacetat gut übereinstimmen.

Auch die Zugwiderstände der Segmente Si, S2 und S3 waren in einem für Rauchartikel güns tigen Bereich und können selbst bei gegebener Zusammensetzung des Segments anhand der Dichte des Segments gut an die Anforderungen angepasst werden.

Die biologische Abbaubarkeit der Segmente Si, S2 und S3, sowie der daraus gefertigten Rauchartikel Ri, R2 und R3 wurde nicht gesondert geprüft, weil sie sich aus den verwendeten Komponenten von selbst ergab.

Damit zeigt sich, dass erfindungsgemäße Filtermaterialien, die einen wasserstrahlverfestig ten Vliesstoff enthalten, gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Filtermateria lien Vorteile bezüglich der biologischen Abbaubarkeit und des optischen Erscheinungsbilds bieten, ohne dass sie in ihrer Funktion als Filter eingeschränkt werden, und darüber hinaus noch kostengünstig aus leicht verfügbaren Rohmaterialien industriell hergestellt werden können.