具有刚性包封材料的产生气溶胶的制品的制作方法

发明领域

本发明涉及一种产生气溶胶的制品，其中产生气溶胶的材料被加热并由此释放气溶胶，但是产生气溶胶的材料不燃烧。产生气溶胶的制品包括包封材料，其特别用于产生气溶胶的制品的过滤器部分。该包封材料具有特别高的弯曲刚度，并且可以通过使用激光容易地打孔。特别地，根据本发明的产生气溶胶的制品的包封材料包括至少两个彼此连接的纸层，其具有不同的比密度。本发明还涉及用于制造附属的包封材料的方法和相应的包封材料。

背景和现有技术

在现有技术中产生气溶胶的制品是已知的，其包含产生气溶胶的材料和包封该产生气溶胶的材料的材料，并因此形成典型的圆柱形杆。在此，产生气溶胶的材料是在热作用下释放气溶胶的材料，其中产生气溶胶的材料仅被加热而不燃烧。在许多情况下，产生气溶胶的制品还包括可以过滤气溶胶组分且被包封材料包封的过滤器，以及将过滤器和杆彼此连接的接装纸。

对于具有过滤器的产生气溶胶的制品来说，通常在过滤器的区域中设置有穿孔。在预期使用中，这种穿孔允许气流进入产生气溶胶的制品，这稀释了在产生气溶胶的制品中流动的气溶胶。这种穿孔基本上决定了消费者在使用产生气溶胶的制品期间所吸收的气溶胶的量。在许多情况下，穿孔是以孔的形式实现的，这些孔沿圆周方向布置在产生气溶胶的制品周围。这些孔在产生气溶胶的制品上最常由激光辐射穿孔产生。

对于上述类型的产生气溶胶的制品，过滤器通常是过滤纤维的圆柱形棒，其被过滤器包封纸和接装纸包封。包封材料的弯曲刚度对于产生气溶胶的制品是特别重要的，因为这些制品在用于加热产生气溶胶的材料的过程中经常被插入到加热装置中。在使用产生气溶胶的制品之后，将其再次从加热装置中去除。由于在加热装置中加热产生气溶胶的制品，它可以粘附到加热装置上，并且需要来自加热装置的相对较大的力消耗去除。在此，产生气溶胶的材料的较高的弯曲载荷和相应的变形既发生在通常从加热装置中伸出的过滤器部分的区域中，也发生在加热装置内的产生气溶胶的材料的杆的区域中。有时，位于加热装置中的产生气溶胶的制品破裂或变形，使得其部分保留在加热装置中，并且必须在下一次使用过程中进行一些努力或防止产生气溶胶的制品插入。具有高弯曲刚度的包封材料允许变形受到限制，并且基本上防止了这种问题。除了这种特殊的要求之外，通常希望产生气溶胶的制品的过滤器部件具有高的刚度，因为这在消费者的感觉中被认为是高质量的标志。

然而，实践表明，用通常使用的激光辐射对坚硬的包封材料进行穿孔是困难的。这意味着需要较低的处理速度或较高的激光功率来确保硬纸也可以被打孔。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于产生气溶胶的制品的包封材料，该包封材料具有相对较高的刚度，并且还可以用激光辐射容易地打孔。该目的通过根据权利要求1所述的产生气溶胶的制品，根据权利要求27所述的用于制造合适的包封材料的方法和根据权利要求29所述的包封材料来实现。在从属权利要求中提供了其它有利的实施方式。

本发明人已经发现，该目的可以用包封材料实现，该包封材料具有至少50μm且至多350μm的厚度，至少50g/m²且至多200g/m²的基重，至少500kg/m²且至多1300kg/m²的比密度，以及至少0.15nmm且至多1.50nmm的弯曲刚度。根据本发明，包封材料包括至少两个层，其中所述层彼此连接，并且其中至少一个层是纸层。该纸层具有至少40μm且至多70μm的厚度、至少50g/m²且至多80g/m²的基重和至少700kg/m²且至多1300kg/m²的密度，并且具有比包封材料的其余层中的其它层的每一个更高的比密度。

在此，“彼此连接”是指在上方和下方具有层的包封材料的每一层之间存在连接，使得由纸张弯曲引起的应力可以从一个层传递到相邻的层，使得对于弯曲，包封材料表现为复合材料，而不像几个彼此叠置的松散片材。

本发明基于以下考虑。均匀包封材料的弯曲刚度sb(n·mm)可以通过以下等式以较精确的近似值来描述

其中q是比弹性模量(n·mm·kg^-1)，ρ是密度(kg·mm^-3)和d是包封材料的厚度(mm)。假定比弹性模量q恒定，则可以通过增加密度ρ或厚度d来增加弯曲刚度sb。特别地，即使密度在恒定的基重下降低到相同的程度，厚度的增加也会增加弯曲刚度。

然而，如果包封材料在之后还要被激光打孔，则包封材料厚度的增加是有限的。在这种应用中通常使用的激光器产生具有最大能量密度的空间区域小的激光辐射，从而对于厚的包封材料，包封材料的相当大的部分位于最大能量密度的区域之外，因此包封材料不能以期望的速度打孔。根据本发明，包封材料的厚度因此应低于350μm。

另一方面，密度不能任意增加，因为太致密的包封材料也不能被激光高速打孔。在此应当注意，如果弯曲刚度保持相同，则将厚度减半需要将密度增加8倍。为此，可以理解的是，在实践中需要高密度、高厚度或这两者的刚性包封材料确实难以穿孔。

然而，本发明人已经发现，如果包封材料具有不均匀的密度分布，则可以实现在刚性和适于穿孔之间的基本上更有利的折衷。

具体地，根据本发明的包封材料应为至少50μm厚并且具有至少50g/m²且至多200g/m²的基重，使得其具有良好的机械强度。包封材料的密度作为整体应为至少500kg/m³且至多1300kg/m³，使得其可容易地在其整个厚度上穿孔。根据本发明的包封材料的弯曲刚度应该至少为0.15nmm，这意味着与用于产生气溶胶的制品的传统包封材料相比显著增加，并且非常适于包封用于产生气溶胶的制品的过滤器。

另一方面，包封材料的弯曲刚度不应太高。在产生气溶胶的制品的制造过程中，包封材料通常被卷绕在产生气溶胶的制品周围，并被胶接到其自身或产生气溶胶的制品上。如果由于高弯曲刚度引起的恢复力太高，则在胶接连接达到足够的强度之前，胶接连接重新打开。因此，根据本发明的包封材料的弯曲刚度应该至多为1.50nmm。

根据本发明，包封材料应该包括至少两个层，其中所述层彼此连接。本发明的一个基本方面是这些层中的一个是纸层并且具有比其余层的密度更高的密度。通过这种密度在包封材料横截面上的不均匀分布，可以借助激光进行有效穿孔，确保了该致密但相对较薄的层刚好在激光辐射的最大能量密度的区域中，而具有较低密度的剩余层位于激光辐射的较低能量密度的区域中。通过本发明的密度在包封材料横截面上的分布，密度与激光辐射的能量密度的空间分布相适应，并且包封材料的有效且快速的穿孔是可能的。

因此，根据本发明的包封材料的所述纸层应具有至少40μm且至多70μm的厚度、至少50g/m²且至多80g/m²的基重和至少700kg/m²且至多1300kg/m²的厚度。

包封材料和包封材料各层的基重可以根据iso536:2012确定。可以根据iso534:2011确定包封材料和包封材料各层的厚度以及比体积和密度。

包封材料和包封材料各层的弯曲刚度可以根据tappit556确定。在该测量方法中，夹紧具有已知长度和宽度的材料带，并在距夹紧位置一定距离处接触力传感器。在这一点上，夹紧是这样的，即重力与弯曲平面正交，因此对弯曲没有影响。接着，将夹具转动限定的角度，通常为15°，使得材料带弯曲并在力传感器上施加力。记录该力并由此计算弯曲刚度。对于包封材料的不对称结构，如本发明中可能发生的，弯曲测量在两个方向上进行，并通过平均弯曲刚度来确定。

弯曲刚度也可取决于从包封材料中取出材料带的方向。除非另有说明，否则弯曲刚度的值与该方向无关。这意味着，例如，如果弯曲刚度在至少一个方向上在一个指定的区间内，则弯曲刚度在该区间内。

用于不是根据本发明的产生气溶胶的制品的典型包封材料具有0.01nmm至0.10nmm的弯曲刚度。

如上所述，根据本发明的包封材料的厚度为至少50μm，优选至少60μm。厚度为至多350μm，优选为至多200μm，特别优选为至多150μm。低厚度意味着低弯曲刚度和拉伸强度，而在相同基重下较高的厚度意味着包封材料可以更容易地用激光辐射打孔。因此，优选的区间允许特别有利地组合这些矛盾的要求。

包封材料的基重是其拉伸强度所必需的。包封材料应具有至少50g/m²，优选至少55g/m²，特别优选至少60g/m²的基重。基重应为至多200g/m²，优选至多130g/m²，特别优选至多120g/m²。

包封材料的密度对于激光辐射打孔包封材料需要多少能量是非常重要的，并且它对弯曲刚度具有相当大的影响。因此，包封材料应具有至少500kg/m³，优选至少600kg/m³，特别优选至少700kg/m³的密度。包封材料的密度应为至多1300kg/m³，优选至多1250kg/m³，特别优选至多1200kg/m³。同样，优选的区间在高弯曲刚度和良好的穿孔性能之间提供了有利的折衷。

包封材料的弯曲刚度应该至少为0.15nmm，优选至少为0.25nmm，特别优选至少为0.27nmm。在这点上，确保了由根据本发明的包封材料制造的产生气溶胶的制品具有对机械变形的高稳定性，这对于消费者是清楚可察觉的。由于高弯曲刚度也意味着在由根据本发明的包封材料制造产生气溶胶的制品的过程中具有高恢复力，因此弯曲刚度应该至多为1.50nmm，优选至多为1.25nmm，特别优选至多为1.00nmm。在这一点上，优选的区间允许包封材料在容易的加工时具有特别高的弯曲刚度。

包封材料包括至少两个彼此连接的层。在优选实施方式中，包封材料层之间的连接以形状配合方式进行。形状配合连接可以例如通过滚花或通过彼此堆叠的包封材料层的机械穿孔来产生。在这点上，穿孔装置将一个层的穿孔的边缘弯曲到位于下方的层中，从而通过选择足够数量的穿孔，可以产生足以传递弯曲应力的机械连接。滚花以类似的方式工作。这种连接的主要优点是不需要粘合剂，因此包封材料的密度不会增加。另一方面，包封材料的拉伸强度降低。

在另一个优选实施方式中，包封材料的层彼此胶接。在该优选实施方式的变化方案中，所有的胶接在整个表面上进行。如果要获得尽可能高的弯曲刚度，则这种变化方案是优选的。

在该优选实施方式的另一个变化方案中，两层包封材料之间的至少一个胶接不是在整个表面上形成的。

优选地，不在整个表面上形成的至少一个胶接被形成为使得粘合剂被施加到包封材料层的面积的至少10％、优选至少20％、并且特别优选至少40％。通过这种方式，可以实现用于在包封材料各层之间传递弯曲应力的良好机械连接。另一方面，粘合剂的施加也意味着密度的增加，使得粘合剂优选地施加到包封材料层的面积的至多90％、特别优选至多70％、并且更特别优选至多60％。

此外，可以为粘合剂的量限定优选的区间，所述粘合剂将增加的弯曲刚度与低密度特别良好地相结合。优选地，粘合剂的施用量因此为至少2g/m²，特别优选至少4g/m²，更特别优选至少5g/m²。粘合剂的施用量优选为至多12g/m²，特别优选为至多10g/m²，更特别优选为至多9g/m²。就此而言，以g/m²表示的施用量是在粘合剂干燥后纸上剩余的粘合剂的量，相对于粘合剂实际施加的区域。

如果根据本发明的包封材料层的至少一个胶接没有在整个表面上进行，特别优选地，在该至少一个胶接中的粘合剂以图案的形式施加，该图案由于弯曲载荷而基本上在预期的拉伸应力和压缩应力的方向上延伸。特别地，粘合剂可以以多个胶接点的图案的形式施加，所述多个胶接点的平均延伸在对应于由于弯曲载荷引起的预期拉伸应力和压缩应力的方向上大于在与其垂直的方向上。由于沿着装载方向的取向，可以节省更多的粘合剂，并且包封材料的密度不会增加太多，而基本上不会降低弯曲刚度。

对于由根据本发明的包封材料包封的基本上圆柱形的产生气溶胶的制品，预期载荷主要是压缩，即在圆周方向上的弯曲载荷。在这种情况下，胶接可以作为在产生气溶胶的制品的圆周方向上的线的图案进行，使得包封材料在该方向上具有特别高的弯曲刚度。通常，在制造包封材料时，已知包封材料上的哪个方向稍后将对应于由其制造的产生气溶胶的制品的圆周方向。

如果包封材料包括三个或更多个层，从而需要两个或更多个胶接，则可以这样进行胶接，使得粘合剂的施加图案在每个胶接中沿不同方向延伸。更特别优选地，两个这样的图案的方向基本上彼此正交。

用于胶接包封材料各层的粘合剂和方法可以由本领域技术人员根据现有技术选择。

如果包封材料另外形成良好的阻挡水或油渗透的屏障，则可优选使用包封材料的至少两个层之间的胶接。用于产生气溶胶的制品的一些过滤器在内部包含至少一个胶囊，该胶囊包含至少一种芳香物质，并且在使用期间，消费者可以通过手指的压力来压碎该胶囊以释放该至少一种芳香物质。芳香物质或相应的溶剂，例如水或油，可以渗透包封材料并在产生气溶胶的制品的可见外表面上产生污点，这是不希望的。

因此，在包封材料的至少两个层彼此胶接的情况下，包封材料可优选地被设计成具有抵抗油渗透的阻力，并且根据tappit559cm-02测量的kit水平为至少4，特别优选为至少6，更特别优选为至少10。这种对油渗透的抵抗力可以例如通过粘合剂的量、粘合剂的类型、特别是要彼此胶接的包封材料层的平滑度来控制。高平滑度通常导致形成均匀的、封闭的粘合剂层，并因此导致对油渗透的更高的抵抗力。粘合剂可以优选地包含填料或控制阻挡效果的其它材料。

在包封材料的至少两个层彼此胶接的情况下，包封材料优选地被设计成具有抵抗水的吸收的阻力。为了测量水的吸收，可以使用根据iso535:2014测量的cobb60值，其描述了在限定的时间内以g/m²表示的水的吸收量。由于吸收水的能力也将基本上由包封材料的基重决定，因此将cobb60值称为基重(g/m²)是有意义的，并且在这方面获得无量纲比率，该无量纲比率描述了基本上独立于基重的吸水性。良好的防水性对于包封材料也是重要的，以便在高生产速度下实现包封材料与产生气溶胶的制品的部件的良好粘附。对于根据本发明的包封材料，根据iso535:2014以g/m²表示的cobb60值除以以g/m²表示的包封材料的基重之比至多为0.80，特别优选为0.50，更特别优选为至多0.20。

根据本发明的包封材料包括至少一个层，该层是纸层并且具有比包封材料的其余层中每个层更高的比重。

所述纸层的厚度为至少40μm，优选至少45μm，特别优选至少50μm。所述纸层的厚度为至多70μm，优选至多65μm，特别优选至多60μm。所述纸层还具有至少50g/m²，优选至少55g/m²，特别优选至少60g/m²的基重。所述纸层具有至多80g/m²、特别优选至多75g/m²、特别优选至多70g/m²的基重。

为了使弯曲刚度在有利的范围内，所述纸层具有至少700kg/m³，特别优选至少750kg/m³和至多1300kg/m³，特别优选至多1250kg/m³的密度。为了实现这种高密度以及低厚度，可以对纸层进行压光。

通过根据本发明的厚度、基重和密度的参数的这种组合，可以获得良好的弯曲刚度。此外，所述纸层是致密的，但是足够薄以作为包封材料中的组分借助激光以方便的方式打孔。

所述纸层还显著地有助于包封材料的弯曲刚度，因此其本身已经具有高弯曲刚度。特别地，该纸层的弯曲刚度优选为至少0.06nmm，特别优选至少0.07nmm，并且优选至多0.20nmm，特别优选至多0.18nmm。

所述纸层包括纸浆。纸浆可以来自落叶木、针叶木或也来自其它植物。例如，可以通过现有技术中已知的化学或机械方法或其组合来生产纸浆，其中优选使用机械生产的纸浆，因为其具有更高的木质素含量和由此产生的更高的弯曲刚度。另一方面，由于纤维之间更好的结合，如果要对纸层进行压光，则可优选使用化学生产的纸浆。

所述纸层可以包括至少一种填料，其中所述至少一种填料由颗粒形成，并且优选地，所述颗粒在至少一个空间方向上的延伸显著大于与其正交的至少一个方向上的延伸。这可意味着颗粒优选为针状或片状。这种颗粒形状有助于增加所述纸层的弯曲刚度。特别优选的填料是针状石灰石、片状石灰石、高岭土、滑石及其混合物。

技术人员可以根据现有技术选择所述纸层的其它添加剂和组分，其中优选地，可以使用提高纸层强度的添加剂，例如淀粉、淀粉衍生物、纤维素衍生物、聚乙烯醇、瓜尔胶、瓜尔胶衍生物或胶乳及其混合物。对于这种添加剂的类型和量，必须注意纸层不会变得太脆，以致于其能量吸收性太低，并且在由其制造的包封材料制造产生气溶胶的制品的过程中，其不能充分变形而不会断裂。

对于根据本发明的包封材料中的其它层，可以从现有技术选择幅状材料，例如纸或塑料膜，只要满足关于包封材料的厚度、基重、密度和弯曲刚度的要求。

如果包封材料的另一层形成为纸层，则该层包括纸浆，并且优选地，纸浆的一部分是来自大麻、亚麻、剑麻、黄麻或蕉麻的纸浆。这些纸浆允许生产具有特别低密度的纸。优选地，这种另外的纸层不包含或包含很少的填料，使得填料的含量相对于这种纸层的重量小于10重量％，因为用于这种纸的填料主要增加密度，而不明显有助于弯曲刚度。

优选地，这样的另一纸层然后在本领域已知的斜网纸机上生产。

通常，对于用于产生气溶胶的制品的包封材料的组分，必须遵守法律要求。

当选择另外的层，特别是选择另外的层的数量时，还应该注意，层之间可能需要的粘合剂增加了基重和密度，因此可能使符合根据本发明的包封材料的要求复杂化。由于这个原因，其主要涉及彼此胶接的层，而且由于在各层和包封材料的制造过程中的效率的原因而独立地涉及这些层，优选地将层的数量选择为尽可能低。

在优选实施方式中，包封材料因此刚好包括两个或三个层，其中所有层由纸层形成。

对于所述一个纸层，即具有比其它层更高的密度的纸层，以及对于在该优选实施方式中由纸层形成的其它层，适用与上述相同的限制和要求。

在根据本发明的包封材料刚好包括三个层的情况下，它们都形成为纸层，中间纸层可以形成为其密度低于两个外部纸层的密度。以这种方式，在给定的限制下，实现了特别高的弯曲刚度，但是中间纸层的厚度必须不能太高，使得包封材料仍然可以高速打孔。特别优选地，在这种情况下中间纸层的厚度为至少30μm且至多80μm。

在根据本发明的包封材料的另一个实施例中，其中包封材料正好包括三个层，它们都由纸层形成，所述纸层的密度高于任何其它层的密度，可以在包封材料中形成中间纸层。以这种方式，在给定的限制下，可以获得特别好的穿孔能力。然而，因为包封材料的弯曲刚度也高，所以必须选择两个外纸层的较大厚度。特别优选地，两个外纸层中的每一个的厚度为至少40μm且至多100μm。

根据本发明的包封材料包括刚好两个或三个层，其中所有层都是纸层，该包封材料可优选地通过在常规造纸机上提供几个头箱的工艺来生产，纸浆和填料的不同悬浮体从这些头箱流到造纸机的网上，并且因此，几个层的复合材料已经形成在该网上，该网之后形成根据本发明的包封材料。以这种方式不需要层的胶接，因此节省了材料和生产步骤，并且纸层可以在弯曲刚度和适于穿孔方面被设计得甚至更好。具体地说，为了形成第一纸层，可以将第一含纸浆悬浮液从第一流浆箱释放到造纸机的网上，并且可以将第二含纸浆悬浮液从第二流浆箱释放到位于造纸机的网上的第一纸层上，以形成与第一纸层形成复合物的第二纸层。任选地，可将第三含纸浆悬浮液从第三流浆箱释放到第二纸层上，以形成第三纸层，该第三纸层与第二纸层形成复合物。

根据本发明的产生气溶胶的制品包括过滤器和包含产生气溶胶的材料的杆，其中过滤器用根据本发明的包封材料包封。

具体实施方式

下面将描述根据本发明的包封材料的一些优选实施方式。

在所有实施例中，包封材料由两个彼此胶接的纸层组成，其中被称为纸层a的第一纸层具有比另一纸层高得多的密度。

在所有实施例中，纸层a是压光纸，其由来自针叶木的80重量％纸浆和来自落叶木的20重量％纸浆的混合物组成。用2g/m²的聚乙烯醇涂布纸。纸的基重为62.7g/m²，厚度为50.4μm，密度为1244kg/m²。该纸具有0.100nmm的弯曲刚度。

将该纸作为纸层a在整个表面上胶接到两种不同的纸上，以产生根据本发明的两种不同的包封材料。

实施例1

将前述纸层a连接至具有30.9g/m²的基重、48.8μm的厚度、633kg/m²的密度和0.022nmm的弯曲刚度的纸，以形成根据本发明的包封材料。该纸不含填料材料，并且纸浆是来自针叶木的25重量％纸浆(软木纸浆)和来自落叶木的75重量％纸浆(硬木纸浆)的混合物，其中百分比是指纸浆的重量。通过粘合整个表面将纸层连接，其中施加11.3g/m²的粘合剂。该值是在粘合剂干燥之后由粘合之前和之后的基重差确定的。

由此生产的包封材料具有104.2g/m²的基重、100.6m²的厚度和1035kg/m²的密度。测量包封材料的弯曲刚度并发现0.270nmm的值。此外，根据tappit559cm-02测定kit水平，发现值为11。

这种弯曲刚度显著高于用于产生气溶胶的制品的常规包封材料的值。用这种包封材料包封的滤棒由包封材料制造，而没有现有技术中已知的方法的任何问题。在现有技术中已知的另一种方法中，滤棒和其它部件用于制造产生气溶胶的制品，该制品在过滤器中心沿圆周方向被co2激光打孔。这可以毫无问题地实现高达每分钟10000个产生气溶胶的制品的生产速度，从而该示例性包封材料结合了高弯曲刚度和良好的穿孔能力。

实施例2

将前述纸层a连接至具有22.5g/m²的基重、50.8μm的厚度、443kg/m²的密度和0.018nmm的弯曲刚度的纸，以形成根据本发明的包封材料。该纸不含填料材料，并且仅由来自针叶木的纸浆(软木纸浆)和来自剑麻的纸浆构成。通过粘合整个表面将纸层连接，其中施加7.2g/m²的粘合剂。该值是在粘合剂干燥之后由粘合之前和之后的基重差确定的。

由此生产的包封材料具有91.7g/m²的基重、99.4μm的厚度和922kg/m²的密度。测量包封材料的弯曲刚度并发现0.286nmm的值。此外，根据tappit559cm-02测定kit水平，发现值为11。

这种弯曲刚度显著高于用于产生气溶胶的制品的常规包封材料的值。用这种包封材料包封的滤棒由包封材料制造，而没有现有技术中已知的方法的任何问题。在现有技术中已知的另一种方法中，滤棒和其它部件用于制造产生气溶胶的制品，该制品在过滤器中心沿圆周方向被co2激光打孔。这可以毫无问题地实现高达每分钟10000个产生气溶胶的制品的生产速度，从而该示例性包封材料结合了高弯曲刚度和良好的穿孔能力。

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