EP4076045B1 - Verfahren zur herstellung eines filter- und/oder füllmaterials zur verwendung mit rauchwaren oder hnb-produkten, mundstücke und zigarettenfilter mit einem solchen filter- und/oder füllmaterial - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing a filter and/or filling material for mouthpieces for use with smoking products or HNB products, and further to a mouthpiece for use with smoking products or HNB products, the mouthpiece having a filter and/or filling material, which is produced by such a process; and finally a cigarette filter or cigarette filter element, which has a filter and/or filling material which is produced using such a method.
- 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 using smoking products have different functions.
- mouthpieces can serve as a filter device, for example to remove harmful components from a stream of tobacco smoke, such as condensed substances such as tar, as well as particulate matter entrained by the stream of smoke Matter to pull out.
- This filter function is particularly used in classic tobacco applications.
- Mouthpiece can be designed as an integral part of a cigarette or a cigarillo and thus form a "tip" on the cigarette or on the cigarillo.
- mouthpiece is replaceable devices, such as replaceable filter elements, which can be removed after use.
- Such mouthpieces are accommodated in corresponding holders, for example in a cigarette holder or in a pipe mouthpiece.
- a mouthpiece designed as an integral part of a cigarette is the cigarette filter.
- the cigarette filter is intended to prevent the presence of harmful substances such as condensate and gases in the smoke of the cigarette.
- the filter makes the smoke somewhat milder or more pleasant for a large proportion of smokers.
- the filter is covered in filter wrapping paper and is coupled to the tobacco rod with the so-called tipping paper, whereby most industrially manufactured cigarettes are provided with a filter. Self-rollers can buy these from tobacco shops.
- filter materials are already used, in particular to reduce the content of the ingredients in tobacco smoke before it reaches the smoker's respiratory system. In addition to removing the harmful components in large quantities, a satisfactory filter must also be effective without undesirably impeding the passage of air or smoke through the filter so that excessive draft is required. When used in tobacco smoke filters, the filter material must not change the taste of the tobacco smoke by adding its own taste.
- Another important factor in the production of a satisfactory tobacco smoke filter is that its production is not too complex so that the final price of the smoking article in which the filter is used does not rise too high.
- the present teaching relates less to filter materials for the classic tobacco applications described above, but rather in particular to filter and/or filling materials for mouthpieces for the use of smoking products, with these filter and/or filling materials in particular having other functions than just a filter function.
- the filter function of the mouthpieces is by no means a priority.
- HNB products heat-not-burn products
- a portion of processed tobacco is heated by a heat source during use but is not burned.
- Volatile tobacco components such as flavorings, nicotine, glycerin and water, evaporate and are carried away by the air that is drawn through the HNB product by the user. As the released substances cool, an aerosol is formed which is inhaled by the user.
- HNB products usually include a device consisting of a power supply that supplies a heating element and a separate consumable item consisting of a portion of processed tobacco, a support element, such as a tubular cellulose acetate segment, a so-called cooling element downstream in the direction of flow, for example in the form of a crimped polylactide film, which is 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 item consisting of a portion of processed tobacco, a support element, such as a tubular cellulose acetate segment, a so-called cooling element downstream in the direction of flow, for example in the form of a crimped polylactide film, which is gathered into a cylinder with many axial channels, and a mouth-side filter.
- the consumables are placed into the device before use in such a way 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 onto a heating blade in the device.
- An IQOS/HEETS product is an IQOS device marketed by Philip Morris with the associated HEETS consumable item.
- the HEETS consumable is a heat-not-burn product in which tobacco is simply heated instead of burning it.
- a competing product from BAT heats the tobacco from the outside, with the so-called cooling element replaced by a tube.
- a portion of processed tobacco is heated by a heat source during use but is not burned.
- Volatile tobacco components such as flavorings, nicotine, glycerin and water, evaporate and are carried away by the air that is drawn through the HNB product by the user. As the released substances cool, an aerosol is formed which is inhaled by the user.
- an aerosol former is first evaporated (propylene glycol, glycerin), and an aerosol is formed by cooling. This aerosol is passed through a portion of processing tobacco and inhaled by the consumer. Even in such applications, the mouthpiece has the particular function of protecting the user-side end against heating that is unpleasant for the user.
- the elements downstream of the heated tobacco portion in the direction of flow such as the cooling element and the mouth-side filter, only have a small filtering effect with regard to condensed components such as tar because these smoke components can be produced in significantly smaller amounts.
- the filter rod hardness is an important target criterion for cigarette filters. It is usually stated as the so-called Filtrona hardness.
- the Filtrona hardness is determined by holding a cylindrical rod of 12 mm diameter with its flat The front side is pressed 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 touch results in the percentage of Filtrona hardness.
- Filtrona hardness is only measured on a filter, but not on the underlying filter (raw) material.
- the triacetin sprayed onto all cigarette filters influences the Filtrona hardness.
- the minimum limit of Filtrona hardness is around 88% and is based on market requirements.
- the Filtrona hardness of the cigarette filter can preferably be set to approximately 88% to 95%, in particular approximately 90% to 93%.
- the Filtrona hardness is essentially determined by the fiber weight per unit volume.
- the filament titer only has a minor influence on the Filtrona hardness.
- a tipping paper is a paper with which either several filter elements are coupled together or filter elements are coupled to the tobacco rod.
- increasing Filtrona hardness by using a stronger filter wrapping paper or a stronger tipping paper has economic disadvantages as higher costs are expected with this approach.
- the so-called “hot collapse” is related to Filtrona hardness, in which the filter hardness decreases during smoking. This can occur in particular if 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 show a predetermined or determinable filtration performance.
- the filtration performance is selected (among other influencing factors such as tobacco blend, ventilation, etc.) in order to adjust the "delivery” of the cigarette (content of smoke ingredients in mainstream smoke).
- “delivery” is limited by law. Below the legal limit, “delivery” can be adjusted to consumer preferences.
- HNB products there is much less condensed matter with negative health relevance in the aerosol than with conventional products.
- desired substances such as flavor-forming substances and nicotine
- the aim here is to choose the lowest possible filtration performance, which, however, must not fall to zero.
- the filter in addition to setting the "delivery" is used to adjust the pulling resistance of the cigarette.
- the draw resistance contribution of the mouth-side filter (mouthpiece) tends to be as low as possible, since the other components of the HBN device, in particular the heated tobacco portion and the device, already have a high draw resistance contribution.
- a low tensile resistance of the filter (mouthpiece) leads to degrees of freedom for the other components of the HBN device, which is desirable.
- draft resistance and filtration performance can be reduced by reducing the filter length.
- the filter length becomes smaller than the filter diameter, the processability becomes problematic.
- a shorter filter leads to a shorter cooling distance, which is problematic for the heat balance.
- the tensile resistance and the filtration performance can be reduced by reducing the fiber weight in the filter material per volume fraction and/or the total denier.
- this has the disadvantage that the Filtrona hardness decreases and under certain circumstances the minimum hardness can no longer be achieved.
- the pulling resistance and the filtration performance can be reduced by increasing the filament titer.
- the filtration performance and tensile resistance are reduced as the filament titer increases, which is desirable for HNB products compared to conventional products. Since, as stated above, the Filtrona hardness hardly depends on the filament titer, the hardness is not negatively affected.
- the consumer prefers a mouthpiece with a flat, white cross-sectional area on the mouth side.
- 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.
- 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 smoking temperature is noticeably high and, for some consumers, uncomfortably high.
- commercially available HNB products require cooling to cool the evaporated components so that an aerosol is formed from the gaseous components.
- the distance from the heating element to the end of the mouth of the HNB article is certainly the most important parameter for cooling the aerosol.
- a so-called cooling element downstream of the tobacco portion and the support element can be designed in the form of a crimped polylactide film or in the form of a cardboard tube, whereby - in addition to cooling - this element downstream of the tobacco portion and the support element also has the function of a placeholder that provides mechanical stability.
- mouthpiece materials must meet the target parameter of cost-effectiveness. There is a particular need for suitable mouthpiece materials that can be produced with the lowest possible use of materials and with the lowest possible process costs.
- HNB products as well as conventional smoking products, generally have the disadvantage that the inhaled aerosol is absorbed by the user at a high temperature. This is sometimes unpleasant for the user.
- the mouthpiece materials In the case of HNB products in particular, the mouthpiece materials have the task of cooling the aerosol with the lowest possible filtration performance.
- filter materials or materials for the mouthpiece must have a - in comparison to filter materials for King size cigarettes - offer reduced filtration performance and increased cooling and improved haptic properties (firm but not too hard grip).
- a low filtration performance is aimed for. If the amount of filter material is simply 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 desirable.
- the present invention is based on the object of specifying a material which is suitable for a wide range of applications in tobacco products.
- the present invention is based on the object of specifying a filter material with low tensile resistance and low filtration performance, with the filter material being able to achieve a sufficiently high Filtrona hardness that is as constant as possible when used in smoking products, and yet the filter material can be produced particularly economically.
- the filter material should be suitable for producing a filter with a uniform, white and flat mouth-side end face.
- the filter material it is also desirable for the filter material to have a selective filtration effect on phenols.
- the filter material should be particularly suitable for reliably cooling a heated particle-laden gas, so that the temperature of the gas, aerosol or vapor absorbed by the user from a smoking article can be reduced.
- the material should be suitable so that when the material is used as a filter material for, in particular, slim or ultra-slim cigarettes, an adjustable and, in particular, reduced draw resistance compared to king-size filters can be achieved.
- the present teaching relates in particular to a material for forming a mouthpiece for smoking products, the material having a filling material which is based on cellulose acetate filaments, which are at least partially designed as hollow-shaped cellulose acetate filaments.
- the filling material which is partly designed as hollow-shaped cellulose acetate filaments, has a lower density and a higher filling value than classic cellulose acetate filaments, which are not hollow-shaped and which are usually used in cigarette filters.
- hollow-shaped fiber used here is to be understood in particular as meaning a preferably cylindrical fiber which has one or more continuous cavities in cross section.
- the hollow-shaped fibers are preferably at least partially crimped.
- the invention is not limited to crimped hollow fibers, but also relates to non-crimped fibers and their use.
- the hollow-shaped fibers are at least partially designed as multi-lumen hollow fibers.
- multi-lumen hollow fibers are significantly more resistant to kinks, which means that particularly high Filtrona hardness levels can be achieved without increased material compaction.
- Filtrona hardness used herein means the filter hardness determined according to the Filtrona principle. With this principle, the filter hardness is determined by pressing a cylindrical rod with a diameter of 12 mm with its flat face 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 touch results in the percentage of Filtrona hardness.
- the hollow-shaped cellulose acetate filaments at least partially have a trilobal, i.e. three-armed star-shaped cross-sectional shape.
- a cross-sectional shape is suitable if the cellulose acetate filaments should have the largest possible specific surface area, for example to enable high filtration capacity while at the same time economical use of raw materials.
- other cross-sectional shapes are also conceivable for the hollow-shaped cellulose acetate filaments, such as a square cross-sectional shape.
- the filter and/or filling material can be produced inexpensively and can be processed alone or with classic cellulose acetate filaments that are not hollow-shaped to form a filter rod with suitable tensile resistance and optimized filter properties.
- the filter and/or filling material has a filling material which is based on cellulose acetate filaments, which are at least partially designed as hollow-shaped cellulose acetate filaments, a low tensile resistance and a low filtration performance can be achieved, since the filaments of the filter are at least partially designed as hollow-shaped cellulose acetate filaments - and/or filling material have a low external surface area based on the total fiber volume. It is preferred that the filaments of the filter and/or filling material, which are at least partially designed as hollow cellulose acetate filaments, have a cross section that is as round as possible.
- the filter and/or filling material is suitable for producing a filter with a uniform, white and flat mouth-side end face, whereby a selective filtration effect on phenols can also be achieved.
- filter rods can be produced, especially for cigarettes, which have demonstrably outstanding properties regarding specific retention phenomena with regard to the discussion regarding smoking and health.
- a filter made of cellulose acetate filters nitrosamines and phenols, which are harmful to health, much more efficiently than condensate and nicotine.
- the smoke taste of today's common tobacco blends, such as "American Blend”, “German Blend” and “Virginia” in combination with a filter rod made of cellulose acetate is judged by the smoker to be the most pleasant.
- Another advantage of a filter rod made of cellulose acetate that should not be underestimated is the optical homogeneity of the cut surfaces of the filter.
- the filter and/or filling material is at least partially formed from hollow-shaped cellulose acetate filaments, which serve as filling material, the tensile resistance and filtration performance of filter rods made from the material according to the invention can be varied over a wide range.
- a filter material which at least partially consists of hollow-shaped cellulose acetate filaments has an improved thermal cooling effect. It was found that by using hollow-shaped cellulose acetate filaments as filling material, a very low filter effect, ie retention effect, for the suspended matter and gases to be removed can still be achieved. It is assumed that this effect is achieved by the hollow-shaped cellulose acetate filaments changing the surface or the flow of the gas or air to be cleaned in such a way that any suspended matter present in the gas or air is hardly retained. Another reason could be that a different, particularly advantageous surface structure of the filter material can be achieved by using hollow-shaped cellulose acetate filaments.
- the filter and/or filling material also has the advantage that it enables 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 controlled in a targeted manner can be reduced.
- a heated particle-laden gas in particular aerosol
- the desired cooling effect can be adapted to the specific application.
- the viscosity of the aerosol essentially air means that the path of least resistance is chosen (i.e. it flows between the filaments and not through each individual filament.
- the effective filtration surface is in no way maximized, since the hollow-shaped cellulose acetate filaments in the filter and/or filling material are not flowed through.
- the hollow-shaped cellulose acetate filaments can have kinks that close the lumen of the hollow-shaped cellulose acetate filaments, without this having an influence on the performance of the filter and/or filling material with regard to the set target parameters.
- hollow-shaped cellulose acetate filaments designed as hollow fibers do not have to be hollow throughout, but can also be partially closed by kinks. They can also deviate from an ideal circular shape.
- the hollow-shaped cellulose acetate filaments of the filter and/or filling material serve on the one hand as a carrier material and on the other hand as a cooling material. Because the hollow-shaped cellulose acetate filaments also serve as a carrier material, they are particularly compact Mouthpieces can be realized where the dimensions of the smoking article do not have to be increased.
- the filter and/or filling material has adjacent areas with hollow-shaped cellulose acetate filaments and non-hollow-shaped cellulose acetate filaments in the longitudinal direction of the mouthpiece.
- a mixture of hollow and non-hollow cellulose acetate filaments would also be conceivable.
- the hollow and non-hollow cellulose acetate filaments may be arranged in layers and then folded. In this way, the largest possible area of the hollow cellulose acetate filaments serving as cooling material is possible, whereby the particle-laden gas can be cooled better.
- the filter and/or filling material can be introduced into the smoking article in such a way that, in particular, the hollow-shaped cellulose acetate filaments are arranged essentially along the flow direction of the particle-laden gas or the aerosol. In this way, it can be achieved that the filter and/or filling material only causes a reduced pressure loss when the user sucks on the mouthpiece, so that the user does not perceive the suction as strenuous or unpleasant.
- the tensile resistance of the filter and/or filling material can be varied over a wide range and adapted to the respective application.
- the filter and/or filling material consists only of hollow-shaped cellulose acetate filaments.
- the filter and/or filling material then has optimal cooling performance with reduced filtration performance.
- a further embodiment of the filter and/or filling material provides that the filter and/or filling material is arranged as a separate segment in front of the mouthpiece in the flow direction of the particle-laden gas or aerosol.
- the separate segment can have a variety of shapes. A preferred cylindrical shape is described as an example, to which the invention should not be limited. Conventional smoking articles are usually essentially cylindrical.
- the separate segment can also be arranged in front of a possible filter in the flow direction of the particle-laden gas.
- the filter and/or filling material that serves as a cooling device and is designed as a separate segment can, for example, consist entirely of hollow-shaped cellulose acetate filaments.
- the separate segment has a covering, for example made of paper or a type of housing, so that the hollow-shaped cellulose acetate filaments serving as cooling material can be encapsulated.
- the casing or housing has an inlet opening and an outlet opening for the particle-laden gas or aerosol, through which it flows due to the user's suction through the mouthpiece.
- the hollow-shaped cellulose acetate filaments serving as cooling material can, for example, also optionally be attachable in or on the smoking article in encapsulated form. In this way, a user has the option of only cooling the particle-laden gas if they consider it necessary.
- the tensile resistance of a filter rod formed from the filter material can be varied over a significantly larger range by varying the proportion of hollow-shaped cellulose acetate filaments in the filter material.
- the tensile resistance and the filtration performance can be adapted to the respective requirements over a wide range, and in fact significantly more flexibly than with conventional filter materials based on cellulose acetate filaments case is.
- a cooling effect can be adjusted variably.
- the present invention allows mouthpieces or filters to be formed from cellulose acetate, which is normally in the form of a strand of essentially longitudinally directed endless filaments, the endless filaments preferably being crimped so that short areas of the individual filaments are irregularly inserted are arranged 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 cellulose acetate filaments.
- the crimp index of the cellulose acetate filaments is preferably between 10% and 60%, and in particular between 20% and 50%.
- the curl index I x is a measure of the intensity of the curl.
- the test load is 25 N and the preload is 2.5 N.
- the clamping length is 250 mm.
- the crimp index is determined in a tensile test with a constant stretching 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 filter material is preferably in the form of a filter tow consisting of endless, stufferbox-crimped cellulose acetate filaments, and in particular cellulose 2,5-acetate filaments.
- a solution of approximately 30% cellulose 2,5-acetate in acetone is pressed through special spinnerets, the acetone evaporates in a spinning shaft by blowing it with heated air, producing a large number of filaments (1,000 to 35,000). summarized in a band and then curled into a bush chamber. The product is then dried, poured into storage containers and finally pressed into bales weighing 300 to 600 kg.
- spinnerets are used, which are designed to spin hollow-shaped cellulose acetate filaments and/or cellulose acetate staple fibers.
- the filter tow is removed from the bale and placed on a filter rod machine, such as in the publication US 5,460,590 A described, processed into filter rods.
- the filter tow is stretched in a stretching device, provided with an additive used to bond the filaments and then, after forming a three-dimensional fuse, it is introduced into the format part with the help of an inlet funnel, where it is compressed transversely axially, covered with paper and to the final length of the filter rods cut.
- the additive applied to bond the filaments can be a high-boiling solvent for cellulose acetate, such as glycerol triacetate (triacetin), which briefly dissolves the surface of the filaments after its application. Wherever two filaments happen to touch each other, a solid bond occurs some time later because the excess additive migrates into the fiber surface, causing the previously liquid drop of solution to solidify.
- a high-boiling solvent for cellulose acetate such as glycerol triacetate (triacetin)
- triacetin glycerol triacetate
- filter rods which are also referred to as "space filters", and which have a low packing density of usually 20 mg/ml to 90 mg / ml, preferably 30 to 70 mg/ml and more preferably 40 to 60 mg/ml. Due to their hardness, these filter rods can be processed at high speeds without any difficulty on modern cigarette machines.
- the tensile resistance can be as low as required despite increasing the cooling capacity and reducing the filter capacity Range can be maintained without causing an increase in the filament titer.
- the proportion of hollow-shaped (hollow) cellulose acetate filaments in the filter material is between 20 to 100% and preferably between 40 to 100% and even more preferably - depending on the application - between 70 to 100%.
- the hollow content in the filter material is preferably 25 to 90% and preferably 50 to 80%.
- This hollow portion makes a decisive contribution to the filtration performance on the one hand and to the reduction of tensile resistance on the other, which can only be achieved due to a corresponding proportion of hollow fibers in the filter material, but not with closed filaments.
- the hollow portion corresponds to the ratio of the “hollow” area of the filter material to the “total” cross-sectional area of the fibers.
- the filter material according to the invention is particularly characterized by the fact that the filament diameter of the cellulose acetate filaments is significantly larger than the filament diameter of other (synthetic) hollow fibers, the filament diameter of which is in the range between 10 and 30 ⁇ m.
- the filament diameter of the hollow cellulose acetate filaments is in the range between 30 to 150 ⁇ m (outer diameter), and preferably between 50 to 120 ⁇ m (outer diameter), and according to the invention between 60 to 100 ⁇ m (outer diameter).
- the hollow portion can be increased and thus the specific filtration performance of the filter and/or filling material according to the invention can be significantly reduced, while at the same time the cooling performance of the filter and/or filling material according to the invention is increased.
- the invention further relates to a cigarette filter made of a filter material of the aforementioned type.
- thermoplastic cellulose ester fiber material or, in the case of a non-thermoplastic cellulose ester, a water-soluble adhesive may be used.
- a thermoplastic cellulose ester fiber material two cases can be distinguished.
- the fiber material is made from a naturally thermoplastic cellulose ester, such as cellulose acetobutyrate.
- the filter tow can be processed into filters according to the invention without further measures.
- a non-thermoplastic starting polymer such as cellulose 2,5-acetate, it must be thermoplasticized by adding a suitable plasticizer.
- a filter tow is pulled off a bale, spread out pneumatically and stretched using the usual process for spatial filters.
- the acetate weight can be a maximum of 5 mg per mm of filter length and at least about 2 mg per mm of filter length and is in particular about 3 to 4 mg per mm of filter length. If the maximum value of 5 mg per mm of filter length is exceeded, then such a product is not sufficiently economical. Preferably, a minimum value of approximately 2 mg per mm of filter length is maintained. If this value is not reached, the desired hardness of the cigarette filter of at least 88% can no longer be maintained according to the state of the art.
- the tensile resistance can be a maximum of 2 mm daPa per mm filter length and at least approximately 0.1 daPa per mm filter length and is in particular 0.2 daPa to 1 daPa per mm filter length.
- a tensile resistance of 0.3 daPa to 0.7 daPa per mm of filter length is particularly preferred.
- a minimum value of 0.3 daPa per mm of filter length is maintained. If this value is not reached, then the desired hardness of the filter of at least 88% can no longer be maintained according to the current state of the art.
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Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Filter- und/oder Füllmaterials für Mundstücke zur Verwendung mit Rauchwaren oder HNB-Produkten, weiterhin ein Mundstück zur Verwendung mit Rauchwaren oder HNB-Produkten, wobei das Mundstück ein Filter- und/oder Füllmaterial aufweist, welches nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist; und schließlich einen Zigarettenfilter oder Zigarettenfilterelement, welcher bzw. welches ein Filter- und/ oder Füllmaterial aufweist, welches nach einem derartigen Verfahren hergestellt ist.
- Rauchwaren im Sinne der vorliegenden Erfindung betreffen klassische Tabakwaren, insbesondere Zigaretten, aber auch Pfeifen und Marihuana-Produkte sowie sogenannte Heat-Not-Burn (HNB) Produkte, Vaping-Produkte und sogenannte hybride Produkte.
- 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, wie 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.
- 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.
- Ein als integrales Teil einer Zigarette ausgebildetes Mundstück ist der Zigarettenfilter. Der Zigarettenfilter soll den Anteil gesundheitsschädlicher Stoffe wie Kondensat und Gase im Rauch der Zigarette verhindern. 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 umhüllt von einem Filterumhüllungspapier und wird mit dem sogenannten Tipping Papier an den Tabakstrang angekoppelt, wobei die meisten industriell gefertigten Zigaretten mit einem Filter versehen sind. Selbstdreher können diese im Tabakhandel kaufen.
- Es sind bereits zahlreiche Arten von Filtermaterialien eingesetzt, insbesondere um den Gehalt der Inhaltsstoffe des Tabakrauches herabzusetzen, bevor dieser das Atmungssystem des Rauchers erreicht. 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, so dass ein zu starker Zug erforderlich wird. Bei der Verwendung in Tabakrauchfiltern darf das Filtermaterial aber auch nicht den Geschmack des Tabakrauches dadurch verändern, dass sein eigener Geschmack hinzukommt.
- Ein weiterer wesentlicher Faktor in der Herstellung eines zufriedenstellenden Tabakrauchfilters besteht darin, dass seine Herstellung nicht zu aufwendig ist, damit der Endpreis des Rauchartikels, in dem der Filter Verwendung findet, nicht zu hoch ansteigt.
- Die vorliegende Lehre betrifft aber weniger Filtermaterialien für die zuvor beschriebenen klassischen Tabakanwendungen, sondern insbesondere Filter- und/ oder Füllmaterialien für Mundstücke zur Verwendung von Rauchwaren, wobei diesen Filter- und/oder Füllmaterialien insbesondere andere Funktionen zukommen, als lediglich eine Filterfunktion.
- Bei anderen Anwendungsfällen steht nämlich eine Filterfunktion der Mundstücke keinesfalls im Vordergrund. Dies gilt beispielsweise für Heat-Not-Burn Produkte ("HNB-Produkte"), welche sich in den letzten Jahren zunehmender Beliebtheit erfreuen. In diesen Geräten wird während der Benutzung eine Portion verarbeiteten Tabaks durch eine Wärmequelle erhitzt aber nicht verbrannt. Dabei verdampften flüchtige Tabakbestandteile, wie Aromastoffe, Nikotin, Glycerin und Wasser und werden von der Luft mitgerissen, die vom Benutzer durch das HNB-Produkt gezogen wird. Während die freigesetzten Substanzen abkühlen, bildet sich ein Aerosol, welches vom Benutzer inhaliert wird.
- Handelsübliche HNB-Produkte umfassen üblicherweise eine 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.
- 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.
- 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. Dabei verdampften flüchtige Tabakbestandteile, wie Aromastoffe, Nikotin, Glycerin und Wasser, und werden von der Luft mitgerissen, die vom Benutzer durch das HNB-Produkt gezogen wird. Während die freigesetzten Substanzen abkühlen, bildet sich ein Aerosol, welches vom Benutzer inhaliert wird.
- 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.
- Bei sogenannten Hybriden Produkten, wird zunächst ein Aerosolbildner verdampft (Propylenglycol, Glycerin), durch Abkühlung entsteht ein Aerosol. 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.
- Die zum Ausbilden eines Mundstückes für Rauchwaren erforderlichen Materialien müssen somit an die physikalischen Eigenschaften des Rauches (Temperatur, 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:
- Zugwiderstand
- Filtrationsleistung
- Filterstabhärte/Filtronahärte
- Optik
- Wirtschaftlichkeit der Herstellung
- Rauchtemperatur
- 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.
- 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 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.
- 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.
- Gelegentlich wird eine höhere Filtronahärte auch durch ein stärkeres Filterumhüllungspapier oder ein stärkeres Tipping-Papier erreicht. Ein Tipping-Papier ist ein Papier, mit dem entweder mehrere Filterelemente aneinandergekoppelt werden, oder Filterelemente an den Tabakstrang gekoppelt wird. 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.
- In Verbindung zur Filtronahärte steht der sogenannte "Hot Collapse", bei dem die Filterhärte während des Rauchens abnimmt. Dieses kann insbesondere dann auftreten, wenn 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.
- 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 gesundheitlich Relevanz zu finden sind.
- Bei konventionellen Produkten wird (neben anderen Einflussfaktoren wie Tabakblend, Ventilation etc.) die Filtrationsleistung gewählt, um die "Delivery" der Zigarette (Gehalt an Rauchinhaltsstoffen 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.
- 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.
- Tendenziell soll aber bei HNB-Produkten der Zugwiderstandsbeitrag des mundseitigen Filters (Mundstück) möglichst gering sein, da die anderen Komponenten des HBN 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 HBN Gerätes, was erwünscht ist.
- Allerdings sind der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung eng aneinander gekoppelt. Beide können auf mehrere Weisen reduziert werden, wodurch aber häufig andere Parameter negativ beeinflusst werden.
- 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.
- Alternativ oder zusätzlich hierzu können der Zugwiderstand und die Filtrationsleistung reduziert werden, indem das Fasergewicht im Filtermaterial pro Volumenanteil und/oder der Total-Denier 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.
- 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.
- Bezüglich der Rauchtemperatur ist anzumerken, dass die Rauchtemperatur bei heutigen konventionellen Produkten kein Problem darstellt. Bei handelsüblichen HNB-Produkten jedoch ist die Rauchtemperatur 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.
- Bei handelsüblichen HNB-Produkten ist der Abstand von Heizelement zum Mundende der 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. Das Kühlelement kann in Gestalt einer gekräuselten Polylactid-Folie oder in Gestalt einer Pappröhre ausgebildet sein, wobei - neben der Kühlung - diesem der Tabakportion und dem Stützelement nachgeschalteten Element insbesondere auch die Funktion als Platzhalter zukommt, der mechanische Stabilität gibt.
- 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.
- 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.
- 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.
- Auch haben Filter für Slim- oder Ultra-Slim-Zigaretten bei gleicher Faserdichte deutlich höhere Zugwiderstände als King-Size-Filter, was allgemein nicht gewünscht ist.
- 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 strauchkammergekräuselt. 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.
- Auf Grundlage dieser Problemstellung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Material anzugeben, welches für einen breiten Anwendungsbereich bei Rauchwaren geeignet ist.
- Insbesondere liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Filtermaterial mit niedrigem Zugwiderstand und niedriger Filtrationsleistung anzugeben, wobei mit dem Filtermaterial eine hinreichend hohe und bei der Anwendung in Rauchwaren möglichst konstante Filtronahärte realisierbar ist, und wobei sich dennoch das Filtermaterial besonders wirtschaftlich herstellen lässt.
- Darüber soll das Filtermaterial zur Herstellung eines Filters mit einer gleichmäßigen, weißen und ebenen mundseitigen Stirnseite geeignet sein.
- Wünschenswert ist in diesem Zusammenhang ferner, dass das Filtermaterial eine selektive Filtrationswirkung auf Phenole zeigt.
- Das Filtermaterial soll insbesondere geeignet sein, zuverlässig ein erwärmtes partikelbeladenes Gas zu kühlen, so dass die Temperatur des vom Anwender von einem Rauchartikel aufgenommenen Gases, Aerosols oder Dampfes reduziert werden kann.
- Ferner soll das Material geeignet sein, dass bei der Anwendung des Materials als Filtermaterial für insbesondere Slim- oder Ultra-Slim-Zigaretten ein einstellbarer und insbesondere im Vergleich zu King-Size-Filtern reduzierter Zugwiderstand realisierbar ist.
- Diese Aufgaben werden durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche 1, 8 und 12 gelöst.
- Demgemäß betrifft die vorliegende Lehre insbesondere ein Material zum Ausbilden eines Mundstückes für Rauchwaren, wobei das Material ein Füllmaterial aufweist, welches auf Celluloseacetatfilamenten basiert, die zumindest teilweise als hohlförmige Celluloseacetatfilamente ausgebildet sind. Das teilweise als hohlförmige Celluloseacetatfilamente ausgebildete Füllmaterial weist eine geringere Dichte und einen höheren Füllwert auf, als klassische Celluloseacetatfilamente, die nicht hohlförmig ausgebildet sind, und die üblicherweise bei Zigarettenfiltern zum Einsatz kommen. Durch das Vorsehen eines solchen Füllmaterials kann die mit dem Mundstück erzielbare Performance und das Anwendungsspektrum deutlich erhöht werden.
- Unter dem hierin verwendeten Begriff "hohlförmige Faser" ist insbesondere eine vorzugsweise zylinderförmige Faser zu verstehen, die im Querschnitt einen oder mehrere durchgängige Hohlräume aufweist. Die hohlförmigen Fasern sind vorzugsweise zumindest teilweise gekräuselt. Allerdings ist die Erfindung nicht auf gekräuselte Hohlfasern beschränkt, sondern betrifft auch ungekräusele Fasern bzw. deren Verwendung.
- Gemäß Ausführungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind die hohlförmigen Fasern zumindest teilweise als mehrlumige Hohlfasern ausgeführt. Im Vergleich zu einlumigen Hohlfasern sind mehrlumige Hohlfasern deutlich knickstabiler, wodurch besonders hohe Filtronahärten ohne erhöhte Materialverdichtung realisierbar sind.
- Unter dem hierin verwendeten Begriff "Filtronahärte" ist die nach dem Filtrona-Prinzip bestimmte Filterhärte zu verstehen. Bei diesem Prinzip wird die Filterhärte 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.
- Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen die hohlförmigen Celluloseacetatfilamente zumindest teilweise eine trilobale, d.h. dreiarmigsternförmige Querschnittsform auf. Eine solche Querschnittsform bietet sich an, wenn die Celluloseacetatfilamente eine möglichst große spezifische Oberfläche aufweisen sollen, um beispielsweise ein hohes Filtrationsvermögen bei gleichzeitigem sparsamen Rohstoffeinsatz zu ermöglichen. Alternativ dazu ist es möglich, die gewünschte große spezifische Oberfläche durch ein Bündel extrem feiner Filamente kreisförmigen Querschnitts zu erhalten. Allerdings sind auch andere Querschnittsformen für die hohlförmigen Celluloseacetatfilamente denkbar, wie beispielsweise einen viereckige Querschnittsform.
- Das Filter- und/oder Füllmaterial ist kostengünstig herstellbar und allein oder mit klassischen Celluloseacetatfilamente, die nicht hohlförmig ausgebildet sind, zu einem Filterstab mit geeignetem Zugwiderstand und optimierten Filtereigenschaften verarbeitbar.
- Dadurch, dass das Filter- und/oder Füllmaterial ein Füllmaterial aufweist, welches auf Celluloseacetatfilamenten basiert, die zumindest teilweise als hohlförmige Celluloseacetatfilamente ausgebildet sind, kann ein niedriger Zugwiderstand und eine niedrige Filtrationsleistung realisiert werden, da die zumindest teilweise als hohlförmige Celluloseacetatfilamente ausgebildeten Filamente des Filter- und/oder Füllmaterials eine geringe äußere Oberfläche bezogen auf das Gesamtfaservolumen aufweisen. Hierbei ist es bevorzugt, dass die zumindest teilweise als hohlförmige Celluloseacetatfilamente ausgebildeten Filamente des Filter- und/oder Füllmaterials einen möglichst runden Querschnitt aufweisen. In diesem Zusammenhang wurde überraschend festgestellt, dass aufgrund der zumindest teilweise als hohlförmige Celluloseacetatfilamente ausgebildeten Filamente mit dem Filter- und/oder Füllmaterial besonders hohe Filtronahärten realisierbar sind. Tatsächlich hat sich herausgestellt, dass Filter, die zumindest teilweise aus hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten (Hohlfasern) gebildet sind, bei geringerem Fasergewicht pro Volumeneinheit die gewünschte Mindest-Filtronahärte erreichen.
- Da es auf Celluloseacetatfilamenten basiert, eignet sich das Filter- und/oder Füllmaterial zur Herstellung eines Filters mit einer gleichmäßigen, weißen und ebenen mundseitigen Stirnseite geeignet sein, wobei ferner eine selektive Filtrationswirkung auf Phenole realisierbar ist.
- Durch die Verwendung eines Filter- und/oder Füllmaterials, welches auf Celluloseacetatfilamenten basiert, sind einerseits Filterstäbe insbesondere für Zigaretten herstellbar, welche im Hinblick auf die Diskussion bezüglich Rauchen und Gesundheit nachweislich hervorzuhebende Eigenschaften betreffend spezifischer Retentionsphänome aufweisen. So filtert ein Filter aus Celluloseacetat gesundheitlich bedenkliche Nitrosamine und Phenole weitaus effizienter als Kondensat und Nikotin. Außerdem wird der Rauchgeschmack der heute üblichen Tabakmischung, wie zum Beispiel "American Blend", "German Blend" und "Virginia" in Kombination mit einem Filterstab aus Celluloseacetat durch den Raucher als am angenehmsten beurteilt. Ein weiterer nicht zu unterschätzender Vorteil eines Filterstabes aus Celluloseacetat ist in der optischen Homogenität der Schnittflächen der Filter begründet.
- Indem das 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.
- Insbesondere hat sich gezeigt, dass ein Filtermaterial, welches zumindest bereichsweise aus hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten besteht, eine verbesserte thermische Kühlwirkung aufweist. Es wurde festgestellt, dass durch den Einsatz von hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten als Füllmaterial nach wie vor eine sehr niedrige Filterwirkung, d.h. Rückhaltewirkung, für die zu entfernenden Schwebstoffe und Gase, erreicht werden kann. Es wird vermutet, dass diese Wirkung dadurch erreicht wird, dass durch die hohlförmigen Celluloseacetatfilamente die Oberfläche oder der Durchfluss des zu reinigenden Gases oder der Luft derart verändert wird, dass die in dem Gas bzw. in der Luft gegebenenfalls vorhandenen Schwebstoffe kaum zurückgehalten werden. Ein weiterer Grund könnte darin liegen, dass durch die Verwendung von hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten eine andere, besonders vorteilhafte Oberflächenstruktur des Filtermateriales erzielbar ist.
- Das Filter- und/oder Füllmaterial weist ferner den Vorteil auf, dass es eine insbesondere einstellbare Kühlung eines erwärmten partikelbeladenen Gases (insbesondere Aerosols) ermöglicht, so dass 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 hohlförmigen Celluloseactetatfilamente in dem Filter- und/oder Füllmaterial ist dabei die angestrebte Kühlwirkung anwendungsspezifisch anpassbar. Wichtig zu erwähnen ist ferner, dass die hohlförmigen Celluloseactetatfilamente (= Hohlfasern) in dem Filter- und/oder Füllmaterial im Wesentlich umströmt werden und weniger durchströmt werden. Aus geometrischen Überlegungen ist ersichtlich, dass dabei die Faser-zu-Faser-Abstände wesentlich größer sind als das Lumen (Hohlanteil) der Hohlfaser. Die Viskosität des Aerosols (im wesentlichen Luft) für dann dazu, dass der Weg des geringsten Widerstandes gewählt wird (d.h. es strömt zwischen den Filamenten und nicht durch jedes einzelne Filament.
- Mit anderen Worten, bei dem Filter- und/oder Füllmaterial wird keinesfalls die filtrationswirksame Oberfläche maximiert, da in dem Filter- und/oder Füllmaterial die hohlförmigen Celluloseactetatfilamente nicht durchströmt werden.
- Insbesondere können somit die hohlförmigen Celluloseactetatfilamente Knickstellen aufweisen, die das Lumen der hohlförmigen Celluloseactetatfilamente verschließen, ohne dass dies im Hinblick auf die eingestellten Zielparameter einen Einfluss auf die Performance des Filter- und/oder Füllmaterial hat.
- Insbesondere ist in diesem Zusammenhang zu erwähnen, dass die als Hohlfasern ausgeführten hohlförmigen Celluloseactetatfilamente nicht durchgängig hohl sein müssen, sondern auch partiell durch Knicke verschlossen sein können. Auch können sie von einer idealen Kreisform abweichen.
- Bei Ausgestaltungen ist vorgesehen, dass die hohlförmigen Celluloseactetatfilamente des Filter- und/oder Füllmaterials einerseits als Trägermaterial und andererseits als Kühlmaterial dienen. Indem die hohlförmigen Celluloseactetatfilamente gleichzeitig als Trägermaterial dienen sind besonders kompakte Mundstücke realisierbar, bei denen die Dimensionen des Rauchartikels nicht vergrößert werden müssen.
- Denkbar ist es beispielsweise, dass das Filter- und/oder Füllmaterials in Längsrichtung des Mundstückes aneinander angrenzende Bereiche mit hohlförmigen Celluloseactetatfilamente und nicht-hohlförmigen Celluloseactetatfilamenten aufweist. Auch wäre eine Mischung aus hohlförmigen und nicht-hohlförmigen Celluloseactetatfilamente denkbar. Alternativ oder zusätzlich hierzu können die hohlförmigen und nicht-hohlförmigen Celluloseactetatfilamente in Schichten angeordnet und dann gefaltet sein. Auf diese Weise ist ein möglichst großflächiger Bereich der als Kühlmaterial dienenden hohlförmigen Celluloseactetatfilamente möglich, wodurch das partikelbeladene Gas besser abgekühlt werden kann.
- Das Filter- und/oder Füllmaterial kann derart in den Rauchartikel eingebracht werden, dass insbesondere die hohlförmigen Celluloseactetatfilamente im Wesentlichen längs zur Strömungsrichtung des partikelbeladenen Gases oder des Aerosols angeordnet sind. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass mit dem Filter- und/oder Füllmaterial nur ein reduzierter Druckverlust beim Ansaugen des Anwenders am Mundstück verursacht wird, so dass das Ansaugen vom Anwender nicht als anstrengend oder unangenehm aufgefasst wird. Durch Variation der Ausrichtung der hohlförmigen Celluloseactetatfilamente mit Bezug auf die Strömungsrichtung des partikelbeladenen Gases oder des Aerosols kann der Zugwiderstand des Filter- und/oder Füllmaterials über einen weiten Bereich variiert und an den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
- Indem der Anteil der hohlförmigen und nicht-hohlförmigen Celluloseactetatfilamente in dem Filter- und/oder Füllmaterial variiert wird und/oder indem die Ausrichtung der hohlförmigen und nicht-hohlförmigen Celluloseactetatfilamente mit Bezug auf die Strömungsrichtung des partikel beladenen Gases oder des Aerosols in dem Filter- und/oder Füllmaterial variiert wird, kann nicht nur die Kühl- und Filtrationsleistung, sondern auch der Zugwiderstand des Filter- und/oder Füllmaterials eingestellt werden.
- Alternativ ist vorgesehen, dass das Filter- und/oder Füllmaterial nur aus hohlförmigen Celluloseactetatfilamenten besteht. Dann kommt dem Filter- und/oder Füllmaterial eine optimale Kühlleistung bei einer reduzierten Filtrationsleistung zu.
- Eine weitere Ausgestaltung des Filter- und/oder Füllmaterials sieht vor, dass das Filter- und/oder Füllmaterial als separates Segment in Strömungsrichtung des partikelbeladenen Gases bzw. des Aerosols vor dem Mundstück angeordnet ist. Das separate Segment kann eine Vielzahl an Formen aufweisen. Beispielhaft sei eine bevorzugte Zylinderform beschrieben, auf die die Erfindung nicht begrenzt sein soll. Herkömmliche Rauchartikel sind meist im Wesentlichen zylinderförmig ausgestaltet. Das separate Segment kann dabei außerdem in Strömungsrichtung des partikelbeladenen Gases vor einem möglichen Filter angeordnet sein. Das als Kühleinrichtung dienende und als separates Segment ausgebildete Filter- und/oder Füllmaterial kann beispielsweise vollständig aus hohlförmigen Celluloseactetatfilamenten bestehen.
- Denkbar ist auch, dass das separate Segment eine Umhüllung beispielsweise aus Papier oder eine Art Gehäuse aufweist, so dass die als Kühlmaterial dienenden hohlförmigen Celluloseactetatfilamente gekapselt vorliegen können. Die Umhüllung bzw. das Gehäuse weist eine Eintrittsöffnung und eine Austrittsöffnung für das partikelbeladene Gas bzw. das Aerosol auf, durch die es aufgrund des Ansaugens durch das Mundstück vom Anwender hindurchströmt. Die als Kühlmaterial dienenden hohlförmigen Celluloseactetatfilamente können beispielsweise in gekapselter Form auch optional in bzw. an dem Rauchartikel anbringbar sein. Auf diese Weise hat ein Anwender die Option, das partikelbeladene Gas nur zu kühlen, wenn er es für notwendig hält.
- Wie bereits ausgeführt, kann insbesondere der Zugwiderstand eines aus dem Filtermaterial gebildeten Filterstabes durch Variation des Anteiles an hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten im Filtermaterial über einen deutlich größeren Bereich variiert werden.
- Zusammengefasst bleibt somit festzuhalten, dass durch die Verwendung eines Filtermateriales, welches zumindest teilweise aus hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten besteht, 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.
- Insbesondere erlaubt es die vorliegende Erfindung, dass Mundstücke bzw. Filter aus Celluloseacetat gebildet wird, welches normalerweise in Form eines Stranges von im Wesentlichen längsgerichteten Endlos-Filamenten vorliegt, wobei die Endlos-Filamenten vorzugsweise gekräuselt sind, so dass kurze Bereiche der einzelnen Filamente unregelmäßig in nicht-parallelen, zusammenlaufenden und auseinanderstrebenden Richtungen im Vergleich zu der überwiegend längsverlaufenden Richtung des Stranges angeordnet sind.
- In einer möglichen Ausgestaltung des Filtermateriales kann die Oberflächenstruktur des Filtermateriales dadurch variiert werden, dass insbesondere gekräuselte Celluloseacetatfilamente zum Einsatz kommen. Der Kräuselindex der Celluloseacetatfilamente liegt vorzugsweise zwischen 10 % und 60 %, und insbesondere zwischen 20 % und 50 %.
- Der Kräuselindex Ix ist ein Maß für die Intensität der Kräuselung. Der Kräuselindex eines Filter Tows wird durch einen Zugversuch (Zusammenhang Kraft/Dehnung) bestimmt. Er ist definiert als das Verhältnis aus der gestreckten Länge L2 unter Prüflast minus der Ausgangslänge zur Ausgangslänge unter Vorlast L1:
- 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.
- Vorzugsweise liegt das Filtermaterial in Gestalt eines Filter-Tows bestehend aus endlosen, stauchkammergekräuselten Celluloseacetatfilamenten, und insbesondere Cellulose-2,5-acetat-Filamenten, vor. Zur Produktion des Filter-Tows wird eine Lösung von ca. 30 % Cellulose-2,5-acetat in Aceton durch spezielle 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 strauchkammergekräuselt. Daraufhin wird das Produkt getrocknet, in Ablagebehälter eingefüllt und letztlich zu Ballen mit einem Gewicht von 300 bis 600 kg gepresst.
- Zum Verspinnen der Spinnlösung werden Spinndüsen eingesetzt, welche ausgebildet sind, hohlförmige Celluloseacetatfilamente und/oder Celluloseacetatspinnfasern zu spinnen.
- Nach dem Transport der Filter-Tow-Ballen zum Filter- oder Zigarettenhersteller wird das Filter-Tow dem Ballen entnommen und auf einer Filterstabmaschine, wie zum Beispiel in der Druckschrift
US 5,460,590 A beschrieben, zu Filterstäben verarbeitet. Dabei wird das Filter-Tow in einer Streckeinrichtung verstreckt, mit einem zur Verklebung der Filamente dienenden Zusatzmittel versehen und dann nach Bildung einer dreidimensionalen Lunte mit Hilfe eines Einlauftrichters in das Formatteil eingeführt, dort quer axial verdichtet, mit Papier umhüllt und auf die Endlänge der Filterstäbe geschnitten. - Das zur Verklebung der Filamente aufgebrachte Zusatzmittel kann ein hochsiedendes Lösungsmittel für Celluloseacetat sein, wie zum Beispiel Glycerintriacetat (Triacetin), welches nach dessen Applikation die Oberfläche der Filamente kurzzeitig anlöst. Überall dort, wo sich zufällig zwei Filamente berühren, kommt es einige Zeit danach zu einer festen Verklebungsstelle, da das überschüssige Zusatzmittel in die Faseroberfläche migriert, wodurch sich der zuvor flüssige Lösungstropfen verfestigt. Nach einer Lagerdauer von weniger als einer Stunde erhält man, bedingt durch die zuvor erwähnte Migration des Härtungsmittels, mechanisch feste, dreidimensional vernetzte Filterstäbe, die auch als "Raumfilter" bezeichnet werden, und die eine geringe Packungsdichte von üblicherweise 20 mg/ml bis 90 mg/ml, vorzugsweise 30 bis 70 mg/ml und noch bevorzugter 40 bis 60 mg/ml aufweisen. Diese Filterstäbe lassen sich aufgrund Ihrer Härte ohne Schwierigkeiten auf modernen Zigarettenmaschinen mit hohen Geschwindigkeiten verarbeiten.
- Untersuchungen haben gezeigt, dass durch die Verwendung von hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten im Filtermaterial die Filtrationsleistung von Raumfiltern unter Beibehaltung der Vorgaben, wie Länge, Durchmesser, Zugwiderstand und Filamententiter, abgesenkt und die Kühlleistung erhöht werden kann.
- Indem der Anteil an Hohlfasern (hohlförmige Celluloseacetatfilamente) in dem Filtermaterial entsprechend erhöht wird, kann trotz Erhöhung der Kühlleistung und Reduzierung der Filterleistung der Zugwiderstand in dem geforderten geringen Bereich gehalten werden, ohne dass es zu einer Erhöhung des Filamenttiters kommt.
- Insbesondere ist somit gemäß Realisierungen des Filtermateriales vorgesehen, dass der Anteil an hohlförmigen (hohlen) Celluloseacetatfilamenten im Filtermaterial zwischen 20 bis 100 % und vorzugsweise zwischen 40 bis 100 % und noch bevorzugter - je nach Anwendungsfall - zwischen 70 bis 100 % beträgt.
- Erfindungsgemäß beträgt der Hohlanteil in dem Filtermaterial vorzugsweise 25 bis 90 % und vorzugsweise 50 bis 80 %. Dieser Hohlanteil liefert einen entscheidenden Beitrag zur Filtrationsleistung einerseits und zur Reduzierung des Zugwiderstandes andererseits, was nur aufgrund eines entsprechenden Anteiles an hohlen Fasern im Filtermaterial, nicht aber bei geschlossenen Filamenten realisierbar ist. Der Hohlanteil entspricht dabei dem Verhältnis von "hohler" Fläche des Filtermateriales zur "gesamten" Querschnittsfläche der Fasern.
- In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass sich das erfindungsgemäße Filtermaterial insbesondere auch dadurch auszeichnet, dass der Filamentdurchmesser der Celluloseacetatfilamente deutlich größer ist, als der Filamentdurchmesser anderer (synthetischer) Hohlfasern ist, deren Filamentdurchmesser im Bereich zwischen 10 und 30 µm liegt. Im Unterschied hierzu liegt der Filamentdurchmesser der hohlen Celluloseacetatfilamente im Bereich zwischen 30 bis 150 µm (Außendurchmesser), und vorzugsweise zwischen 50 bis 120 µm (Außendurchmesser), und erfindungsgemäß zwischen 60 bis 100 µm (Außendurchmesser). Auf diese Weise kann der Hohlanteil erhöht und somit die spezifische Filtrationsleistung des erfindungsgemäßen Filter- und/oder Füllmaterials deutlich erniedrigt werden, während gleichzeitig die Kühlleistung des erfindungsgemäßen Filter- und/oder Füllmaterials erhöht wird.
- Die Erfindung betrifft ferner einen Zigarettenfilter aus einem Filtermaterial der zuvor genannten Art.
- Zur Herstellung eines Filters kann gemäß nicht einschränkenden Ausführungsformen entweder ein thermoplastisches Celluloseester-Fasermaterial oder im Falle eines nicht thermoplastischen Celluloseesters ein wasserlösliches Verklebungsmittel verwendet werden. Für den ersten Fall eines thermoplastischen Celluloseester-Fasermateriales kann man zwei Fälle unterscheiden. Im ersten Fall ist das Fasermaterial aus einem von Natur aus schon thermoplastischen Celluloseester, wie beispielsweise Celluloseacetobutyrat, hergestellt. In diesem kann das Filter-Tow ohne weitere Maßnahmen zu erfindungsgemäßen Filtern verarbeitet werden. Im Falle eines nicht thermoplastischen Ausgangspolymeres, wie zum Beispiel Cellulose-2,5-acetat, muss dieses durch Zugabe eines geeigneten Weichmachers thermoplastifiziert werden.
- Zur Herstellung des Filters wird ein Filter-Tow von einem Ballen abgezogen, pneumatisch ausgebreitet und nach dem für Raumfilter üblichen Verfahren verstreckt.
- Das Acetatgewicht kann im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre maximal 5 mg pro mm Filterlänge und mindestens etwa 2 mg pro mm Filterlänge betragen und liegt insbesondere bei etwa 3 bis 4 mg pro mm Filterlänge. Wird der Maximalwert von 5 mg pro mm Filterlänge überschritten, dann ist ein derartiges Produkt nicht hinlänglich wirtschaftlich. Vorzugsweise wird ein Mindestwert von etwa 2 mg pro mm Filterlänge eingehalten. Wird dieser Wert unterschritten, dann lässt sich nach dem Stand der Technik die gewünschte Härte des Zigarettenfilters von minimal 88 % nicht mehr einhalten.
- Der Zugwiderstand kann im Rahmen der erfinderischen Lehre maximal 2 mm daPa pro mm Filterlänge und mindestens etwa 0,1 daPa pro mm Filterlänge betragen und liegt insbesondere bei 0,2 daPa bis 1 daPa pro mm Filterlänge. Besonders bevorzugt ist ein Zugwiderstand von 0,3 daPa bis 0,7 daPa pro mm Filterlänge. Vorzugsweise wird ein Mindestwert von 0,3 daPa pro mm Filterlänge eingehalten. Wird dieser Wert unterschritten, dann lässt sich nach dem Stand der Technik die gewünschte Härte des Filters von minimal 88 % nicht mehr einhalten.
- Nachfolgend werden einige wesentliche Aspekte zusammengefasst:
- Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Lehre ein Filter- und/oder Füllmaterial für Mundstücke zur Verwendung mit Rauchwaren oder HNB-Produkten, wobei das Filter- und/oder Füllmaterial auf Celluloseacetatfilamenten basiert, welche zumindest teilweise als hohlförmige und/oder rohrförmige Celluloseacetatfilamente ausgebildet sind.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials weisen die Celluloseacetatfilamente hohlförmige und insbesondere gekräuselte endlos-Celluloseacetatfilamente und/oder hohlförmige und insbesondere gekräuselte und geschnittene Endlos- Celluloseacetatfilamente auf.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials liegt der Kräuselindex der Celluloseacetatfilamente zwischen 10 % und 60 %, insbesondere zwischen 20 % und 50 %.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials sind die Celluloseacetatfilamente aus einem thermoplastischen Cellulosematerial gebildet, wobei die Celluloseacetatfilamente, sofern ein Weichmacher einbezogen wird, diesen gleichmäßig verteilt enthalten, und/oder wobei auf der Oberfläche der Celluloseacetatfilamente ein wasserlösliches Verklebungsmittel vorliegt.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials liegt im Falle des Einsatzes eines Weichmachers der Weichmachergehalt zwischen 1 und 40 %.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials ist im Falle des Einsatzes eines Weichmachers dieser Triacetin, Triethylenglykoldiacetat und/oder Zitronensäurediethylester.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials weisen die Celluloseacetatfilamente eine Feinheit zwischen 5 bis 30 Denier, bevorzugt zwischen 10 bis 25 Denier und noch bevorzugt zwischen 15 bis 20 Denier auf.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials beträgt der Gesamttiter des Filter- und/oder Füllmaterials zwischen 4.000 und 40.000 Denier und vorzugsweise zwischen 6.000 und 30.000 Denier.
- Gemäß der Erfindung beträgt - bezogen auf einen Schnitt orthogonal zu den Fasern des Filter- und/oder Füllmaterials - der Hohlanteil in dem Filter- und/oder Füllmaterial 25 % bis 90 % und vorzugsweise 50 % bis 80 %.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials liegt der Filamentdurchmesser der Celluloseacetatfilamente in einem Bereich zwischen 30 bis 150 µm (Außendurchmesser), und vorzugsweise in einem Bereich zwischen 50 bis 120 µm (Außendurchmesser), und erfindungsgemäß in einem Bereich zwischen 60 bis 100 µm (Außendurchmesser).
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials liegt der Masseanteil an hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten bei 20 bis 100 % vorzugsweise bei 50 bis 100 % und noch bevorzugter bei 70 bis 100 %.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials stehen die hohlförmigen Celluloseacetatfilamente mit gegenseitigen Abständen in ungeregelter Anordnung zueinander, wobei die Celluloseacetatfilamente vernetzt sind, und wobei die verbindenden Celluloseacetatfilamente gegenseitig verschlauft und/oder verhakt sind.
- Gemäß einer Ausführungsvariante des Filter- und/oder Füllmaterials ist ferner ein Binder, insbesondere ein organischer oder anorganischer Binder vorgesehen zum Zusammenhalten der Celluloseacetatfilamente.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Mundstück zur Verwendung mit Rauchwaren oder HNB-Produkten, wobei das Mundstück ein Filter- und/oder Füllmaterial der zuvor genannten, erfindungsgemäßen Art aufweist.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Zigarettenfilter oder ein Zigarettenfilterelement, welcher bzw. welches ein Filter- und/oder Füllmaterial der zuvor genannten, erfindungsgemäßen Art aufweist.
- Gemäß Ausführungsvarianten des Zigarettenfilters bzw. des Zigarettenfilterelements ist mindestens ein Merkmal der nachfolgend genannten Merkmale realisiert:
- ▪ die Faserdichte des Filter- und/oder Füllmaterials beträgt zwischen 10 bis 70 kg pro m3 und vorzugsweise zwischen 20 bis 70 kg pro m3 und noch bevorzugter zwischen 40 bis 60 kg pro m3;
- ▪ 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;
- ▪ der Zigarettenfilter oder das Zigarettenfilterelement weist einen Zugwiderstand von mindestens 0,1 daPa pro mm Filterlänge und vorzugsweise einen Zugwiderstand von 0,2 daPa bis 1,0 daPa pro mm Filterlänge und noch bevorzugter einen Zugwiderstand von 0,3 daPa bis 0,7 daPa pro mm Filterlänge auf;
- ▪ das Filter- und/oder Füllmaterial weist einen Weichmacher auf, wobei der Weichmachergehalt zwischen 1 % bis 40 % liegt.
- Gemäß Ausführungsvarianten des Zigarettenfilters bzw. des Zigarettenfilterelements ist ferner ein insbesondere kapselförmiges oder kapselartiges Geschmacksabgabeelement in dem Filter- und/oder Füllmaterial eingebettet.
- Gemäß Ausführungsvarianten des Zigarettenfilters bzw. des Zigarettenfilterelements weist der Zigarettenfilter bzw. das Zigarettenfilterelement zusätzlich zu den hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten massive Celluloseacetatfilamente auf.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Lehre die Verwendung des erfindungsgemäßen Filter- und/oder Füllmaterials in Rauchwaren oder in HNB-Produkten.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Filter- und/oder Füllmaterials für Mundstücke zur Verwendung mit Rauchwaren oder HNB-Produkten, wobei das Filter- und/oder Füllmaterial vorzugsweise aus Celluloseacetatfilamenten und/oder Celluloseacetatspinnfasern besteht, wobei eine Lösung von Celluloseacetat mit einer Acetylzahl von mindestens 53 % in Aceton durch eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen gepresst wird, und wobei anschließend gegebenenfalls die Celluloseacetatfilamente zu Celluloseacetatspinnfasern zerschnitten werden und wobei eine Vielzahl der so erhaltenen Celluloseacetatfilamente und/oder Celluloseacetatspinnfasern zu einem Filtertow zusammengefasst werden, welches gegebenenfalls gekräuselt wird, wobei die Spinndüse, durch welche die Lösung von Celluloseacetat gepresst wird, derart ausgestaltet ist, dass hohlförmige Celluloseacetatfilamente ersponnen werden.
Claims (15)
- Verfahren zur Herstellung eines Filter- und/oder Füllmaterials für Mundstücke zur Verwendung mit Rauchwaren oder HNB-Produkten, welches aus Celluloseacetatfilamenten und/oder Celluloseacetatspinnfasern besteht, wobei eine Lösung von Celluloseacetat mit einer Acetylzahl von mindestens 53 % in Aceton durch eine Spinndüse mit mehreren Öffnungen gepresst wird, und wobei anschließend gegebenenfalls die Celluloseacetatfilamente zu Celluloseacetatspinnfasern zerschnitten werden und wobei eine Vielzahl der so erhaltenen Celluloseacetatfilamente und/oder Celluloseacetatspinnfasern zu einem Filtertow zusammengefasst werden, welches gegebenenfalls gekräuselt wird, wobei die Spinndüse, durch welche die Lösung von Celluloseacetat gepresst wird, derart ausgestaltet ist, dass hohlförmige Celluloseacetatfilamente ersponnen werden, wobei - bezogen auf einen Schnitt orthogonal zu den Fasern des Filter- und/oder Füllmaterials - der Hohlanteil in dem Filter- und/oder Füllmaterial 25 % bis 90 % und vorzugsweise 50 % bis 80 % beträgt, und wobei der Filamentdurchmesser der Celluloseacetatfilamente in einem Bereich zwischen 60 bis 100 µm liegt.
- Verfahren nach Anspruch 1,
wobei der Kräuselindex der Celluloseacetatfilamente zwischen 10 % und 60 %, insbesondere zwischen 20 % und 50 % liegt. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,wobei die Celluloseacetatfilamente einen Weichmacher gleichmäßig verteilt enthalten; und/oderwobei auf der Oberfläche der Celluloseacetatfilamente ein wasserlösliches Verklebungsmittel vorliegt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,wobei die Celluloseacetatfilamente und/oder Celluloseacetatspinnfasern einen Weichmacher aufweisen, und wobei der Weichmachergehalt zwischen 1 und 40 % liegt; und/oderwobei die Celluloseacetatfilamente und/oder Celluloseacetatspinnfasern einen Weichmacher aufweisen, und wobei der Weichmacher Triacetin, Triethylenglykoldiacetat und/oder Zitronensäurediethylester ist.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,wobei die Celluloseacetatfilamente eine Feinheit zwischen 5 bis 30 Denier, bevorzugt zwischen 10 bis 25 Denier und noch bevorzugt zwischen 15 bis 20 Denier aufweisen; und /oderwobei der Gesamttiter des Filter- und/oder Füllmaterials zwischen 4.000 und 40.000 Denier und vorzugsweise zwischen 6.000 und 30.000 Denier beträgt.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der Masseanteil an hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten bei 20 bis 100 % vorzugsweise bei 50 bis 100 % und noch bevorzugter bei 70 bis 100 % liegt. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,wobei die hohlförmigen Celluloseacetatfilamente mit gegenseitigen Abständen in ungeregelter Anordnung zueinanderstehen, und wobei die Celluloseacetatfilamente vernetzt sind, wobei die verbindenden Celluloseacetatfilamente gegenseitig verschlauft und/oder verhakt sind; und/oderwobei ferner ein Binder, insbesondere ein organischer oder anorganischer Binder vorgesehen ist zum Zusammenhalten der Celluloseacetatfilamente.
- Mundstück zur Verwendung mit Rauchwaren oder HNB-Produkten, wobei das Mundstück ein Filter- und/oder Füllmaterial aufweist, welches nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
- Mundstück nach Anspruch 8,wobei die Faserdichte des Filter- und/oder Füllmaterials zwischen 10 bis 70 kg pro m3 und vorzugsweise zwischen 20 bis 70 kg pro m3 und noch bevorzugter zwischen 40 bis 60 kg pro m3 beträgt; und/oderwobei der Zigarettenfilter oder das Zigarettenfilterelement eine Filtronahärte von mindestens 88 % und vorzugsweise eine Filtronahärte von 88 % bis 95 % und noch bevorzugter eine Filtronahärte von 90% bis 93 % aufweist; und/oderwobei der Zigarettenfilter oder das Zigarettenfilterelement einen Zugwiderstand von mindestens 0,1 daPa pro mm Filterlänge und vorzugsweise einen Zugwiderstand von 0,2 daPa bis 1,0 daPa pro mm Filterlänge und noch bevorzugter einen Zugwiderstand von 0,3 daPa bis 0,7 daPa pro mm Filterlänge aufweist.
- Mundstück nach Anspruch 8 oder 9,
wobei ferner ein insbesondere kapselförmiges oder kapselartiges Geschmacksabgabeelement in dem Filter- und/oder Füllmaterial eingebettet ist. - Mundstück nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Filter- und/oder Füllmaterial zusätzlich zu den hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten massive Celluloseacetatfilamente aufweist.
- Zigarettenfilter oder Zigarettenfilterelement, welcher bzw. welches ein Filter- und/oder Füllmaterial aufweist, welches nach einem Verfahren gemäß der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
- Zigarettenfilter oder Zigarettenfilterelement nach Anspruch 12,wobei die Faserdichte des Filter- und/oder Füllmaterials zwischen 10 bis 70 kg pro m3 und vorzugsweise zwischen 20 bis 70 kg pro m3 und noch bevorzugter zwischen 40 bis 60 kg pro m3 beträgt; und/oderwobei der Zigarettenfilter oder das Zigarettenfilterelement eine Filtronahärte von mindestens 88 % und vorzugsweise eine Filtronahärte von 88 % bis 95 % und noch bevorzugter eine Filtronahärte von 90% bis 93 % aufweist; und/oderwobei der Zigarettenfilter oder das Zigarettenfilterelement einen Zugwiderstand von mindestens 0,1 daPa pro mm Filterlänge und vorzugsweise einen Zugwiderstand von 0,2 daPa bis 1,0 daPa pro mm Filterlänge und noch bevorzugter einen Zugwiderstand von 0,3 daPa bis 0,7 daPa pro mm Filterlänge aufweist.
- Zigarettenfilter oder Zigarettenfilterelement nach Anspruch 12 oder 13, wobei ferner ein insbesondere kapselförmiges oder kapselartiges Geschmacksabgabeelement in dem Filter- und/oder Füllmaterial eingebettet ist.
- Zigarettenfilter oder Zigarettenfilterelement nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Zigarettenfilter bzw. das Zigarettenfilterelement zusätzlich zu den hohlförmigen Celluloseacetatfilamenten massive Celluloseacetatfilamente aufweist.
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