Прозрачный фильтрующий материал - RU2631802C2

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к прозрачному фильтрующему материалу, а также к способу производства прозрачного фильтрующего материала и пакетиков для чая или кофе или для кофейных таблеток, выполненных из прозрачного фильтрующего материала.

Уровень техники

Большинство используемых в настоящее время инфузионных мешочков, таких как пакетики для чая, кофе или кофейных таблеток, выполнены из непрозрачных или частично прозрачных материалов, вследствие чего потребители обычно не имеют возможности визуально проверить качество нерастворимых веществ, содержащихся в инфузионном мешочке. В частности, в случаях с чаем или кофе, когда потребители знакомы с листовым чаем, кофейными зернами или кофе-порошком, непрозрачность инфузионных пакетиков негативно сказывается на восприятии потребителей, которые могут подумать, что чай или кофе, содержащийся в пакетиках, обладает худшим качеством в сравнении с листовым чаем или кофейными зернами.

Вследствие этого назрела необходимость в предложении прозрачного фильтрующего материала, как термосвариваемого, так и не термосвариваемого, пригодного для изготовления инфузионных мешочков, таких как пакетики для чая, кофе или кофейных таблеток, которые позволяют потребителю визуально наблюдать содержащиеся внутри нерастворимые вещества.

С другой стороны, инфузионные мешочки, такие как пакетики для чая, кофе или кофейных таблеток, являются изделиями массового производства, требующих простоты и эффективности по затратам, как в отношении материала фильтра, так и упаковки чая или кофе в пакетики или мешочки, которая в предпочтительном варианте должна выполняться с использованием упаковочных машин стандартного типа.

В публикации WO 02/48443 описан нетканый инфузионный упаковочный материал повышенной прозрачности, содержащий первый слой из двухкомпонентных термопластовых волокон, идущих параллельно друг другу или располагающихся относительно друг друга в произвольном порядке, который по воздуху соединен со вторым слоем из двухкомпонентных термопластовых волокон, идущих параллельно друг другу или располагающихся относительно друг друга в произвольном порядке. Однако свойства этого нетканого инфузионного упаковочного материала оказались неудовлетворительными с точки зрения прозрачности и простоты изготовления.

Известны некоторые нетканые материалы (производства компании Ohki Co. Ltd, Япония) и тканые материалы (производства компании Yamanaka Industries Co. Ltd, Япония), характеризующиеся высокой степенью прозрачности. Однако эти материалы не являются термосвариваемыми; при этом они запаиваются только с помощью ультразвука, а это требует наличия специального оборудования, не пригодного для использования в процессах высокоскоростного производства.

В патенте ЕР 1553224 А1 описано нетканое волокно со степенью прозрачности, подходящей для чайных пакетиков; при этом нетканое волокно представляет собой слоистый материал, состоящий из термопластичного нетканого синтетического волокна фильерного способа производства, характеризующийся средним диаметром волокна 7-15 мкм, и термопластичного нетканого синтетического волокна фильерного способа производства, характеризующийся средним диаметром волокон 15-40 мкм.

В патенте ЕР 2266791 А1 описан волоконный лист, характеризующийся прозрачностью, который получен путем наслаивания нетканого волокна на марле.

Однако эти многослойные материалы слишком дороги для массового производства чанных пакетиков.

Таким образом, потребность в прозрачном фильтрующем материале, пригодном для выпуска изделий массового производства, таких как пакетики для чая, кофе или кофейных таблеток, который бы позволил упаковывать чай или кофе в мешочки с помощью упаковочных машин стандартного типа, до сих пор не удовлетворена.

Недавно компания Kelheim Fibres GmbH выпустила на рынок более прозрачное в сравнении с обычным волокно, выполненное из вискозы и характеризующееся в высшей степени плоским поперечным сечением.

Однако авторы настоящего изобретения выяснили, что достаточно высокую степень прозрачности можно получить только при высоком содержании этих плоских вискозных волокон в фильтрующем материале. С другой стороны, из-за слабых водородных связей в сравнении с натуральными волокнами вискозные волокна с трудом образуют связи друг с другом или с натуральными волокнами; а ввиду необходимости высокого содержания указанных плоских волокон в фильтрующем материале для достижения достаточно высокой степени прозрачности ухудшаются важные характеристики фильтрующего материала, такие как разрывная нагрузка и разрывная длина, в частности, разрывная нагрузка в мокром и/или горячем состоянии, которая представляет особое значение для фильтрующего материала для нерастворимых напитков, таких как чай или кофе.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы устранить указанные выше проблемы и недостатки. Таким образом, цель заявленного изобретения состоит в том, чтобы предложить прозрачный фильтрующий материал, который можно легко и экономически эффективно изготавливать в бумажном производстве, и который дает возможность упаковывать чай или кофе в мешочки или пакетики из прозрачного фильтрующего материала с помощью упаковочных машин стандартного типа. Требуются, как термосвариваемые, так и не термосвариваемые фильтрующие материалы.

Раскрытие изобретения

Авторы настоящего изобретения провели тщательные исследования и пришли к выводу, что цель заявленного изобретения может быть достигнута путем добавления к прозрачным волокнам сильно трепаного целлюлозного волокна. В частности, авторы настоящего изобретения выяснили, что методом добавления сильно трепаного целлюлозного волокна можно увеличить разрывную нагрузку и удлинение фильтрующего материала с прозрачными волокнами, одновременно сохранив прозрачность фильтрующего материала практически на прежнем уровне. Кроме того, авторы заявленного изобретения пришли к выводу, что за счет объединения сильно трепаных целлюлозных волокон по меньшей мере с одним связующим компонентом можно еще больше увеличить разрывную нагрузку и удлинение с сохранением практически прежней степени прозрачности фильтрующего материала.

Соответственно, заявленное изобретение относится к фильтрующему материалу, содержащему прозрачные волокна и сильно трепаные целлюлозные волокна. В предпочтительном варианте фильтрующий материал содержит по меньшей мере один связующий компонент.

Настоящее изобретение также относится к использованию сильно трепаного целлюлозного волокна для наделения фильтрующего материала, содержащего прозрачные волокна, прочностью на растяжение; при этом в предпочтительном варианте прочность на растяжение фильтрующего материала, содержащего прозрачные волокна, обеспечивается за счет объединения сильно трепаных целлюлозных волокон по меньшей мере с одним связующим компонентом.

Помимо прочего, настоящее изобретение относится к способу производства фильтрующего материала с прозрачными волокнами, характеризующегося тем, что в нем применены сильно трепаные целлюлозные волокна, объединенные в предпочтительном варианте по меньшей мере с одним связующим компонентом.

И, наконец, настоящее изобретение относится к пакетикам для чая, кофе или кофейных таблеток, выполненных из фильтрующего материала согласно заявленному изобретению.

Осуществление изобретения

Ниже в настоящем документе представлены подробности заявленного изобретения, а также описаны его признаки и преимущества. Однако настоящее изобретение не ограничено конкретными описаниями и вариантами его осуществления, представленными ниже, которые носят скорее иллюстративный характер.

Настоящее изобретение предлагает фильтрующий материал, содержащий прозрачные волокна и сильно трепаные целлюлозные волокна. В частности, фильтрующий материал согласно заявленному изобретению прозрачен сам по себе.

В контексте настоящего документа слово «содержит» означает не только «содержащий», но также и «преимущественно состоящий из» и «состоящий из».

Термин «прозрачный» означает степень прозрачности, достаточную для того, чтобы невооруженный глаз мог различать форму и цвет конкретного нерастворимого вещества, такого как чай или кофе. В частности, термин «прозрачный» обозначает просвечивающийся фильтрующий материал или фильтрующий материал, менее непрозрачный в сравнении с обычными фильтрующими материалами. Степень прозрачности может быть измерена фотоспектрометром в процентах света, пропускаемого материалом. Например, термин «прозрачный» может означать, что материал характеризуется светопроницаемостью (Т) 22% или выше, в частности, 25% или выше, в частности, 30% или выше при длине световой волны 445 нм; при этом светопроницаемость Т определяется следующим образом: интенсивность света, проходящего через материал, делится на интенсивность падающего света и умножается на 100%.

Термин «сильно трепаные (целлюлозные) волокна» в контексте настоящего документа обозначает (целлюлозные) волокна с высокой степенью измельчения (или степенью помола), например, в диапазоне 30-80 SR (по шкале Шоппер-Риглера), в предпочтительном варианте в диапазоне 40-70 SR, а в более предпочтительном варианте в диапазоне 50-60 SR, в частности, около 55 SR. Степень помола по шкале Шоппер-Риглера может определяться в соответствии с требованиями стандарта DIN ISO 5267-1.

Прозрачные волокна согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте представляют собой вискозные волокна. В предпочтительном варианте прозрачные волокна, в частности, прозрачные вискозные волокна, характеризуются плоским поперечным сечением с отношением ширины к толщине 10:1 и более, в предпочтительном варианте 20:1 и более, а в еще более предпочтительном варианте около 40:1. Обычно отношение ширины к толщине составляет 100:1 или меньше, в частности, 80:1 или меньше. Предпочтительно также, чтобы прозрачные волокна - в частности, прозрачные вискозные волокна - характеризовались ровной или гладкой поверхностью. Кроме того, предпочтительно, чтобы прозрачные волокна - в частности, прозрачные вискозные волокна - характеризовались постоянным поперечным сечением и однородной поверхностью.

Содержание прозрачных волокон согласно настоящему изобретению в фильтрующем материале в предпочтительном варианте составляет 20-95% от всей массы фильтрующего материала, в более предпочтительном варианте - от 30 до 90% масс, а в еще более предпочтительном варианте - от 40 до 80% масс.

Сильно трепаные целлюлозные волокна согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте представляют собой волокна сильно трепаной пеньки, манильской пеньки, джута, сизаля или абаки, или сочетание указанных материалов. В частности, в качестве сильно трепаных целлюлозных волокон согласно настоящему изобретению предпочтительно использовать сильно трепаные волокна манильской пеньки, применение которых показало превосходные результаты.

Эти сильно трепаные целлюлозные волокна выпускаются в промышленных масштабах, однако их можно без труда подготовить на месте, что понятно любому специалисту в данной области техники, путем трепания соответствующих исходных целлюлозных волокон, например, в машинах типа Hollander или Refiner.

Содержание сильно трепаных целлюлозных волокон согласно настоящему изобретению в фильтрующем материале в предпочтительном варианте составляет 5-80% от всей массы фильтрующего материала, в более предпочтительном варианте - от 10 до 70% масс., а в еще более предпочтительном варианте - от 20 до 60% масс.

В особо предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения фильтрующий материал согласно заявленному изобретению также содержит по меньшей мере один связующий компонент.

Связующий компонент согласно заявленному изобретению в предпочтительном варианте представляет собой водорастворимый связующий компонент.

Связующий компонент согласно заявленному изобретению в предпочтительном варианте представляет собой по меньшей мере один синтетический связующий компонент. В частности, в качестве связующего компонента согласно настоящему изобретению предпочтительно использовать стирол-акрилатный сополимер, а еще более предпочтительно - сополимер на основе стирола/n-бутилакрилата, такой как Акронал S 728 производства компании BASF SE.

С точки зрения сохранения запасов углеводородов также предпочтительно, чтобы связующий компонент согласно настоящему изобретению представлял собой связующий компонент, полученный из биологического сырья. Связующий компонент на основе биологического сырья представляет собой связующий компонент, который может быть получен из природных источников, таких как растения или микроорганизмы, и который обычно подвержен микробиологическому разрушению, что особенно удобно в случаях, когда фильтрующий материал подлежит компостированию после использования.

Применимы также сочетания синтетических связующих компонентов и связующих компонентов на основе биологического сырья.

Содержание связующего компонента согласно настоящему изобретению в фильтрующем материале в предпочтительном варианте составляет 0,5-15% от всей массы фильтрующего материала, в более предпочтительном варианте - от 1 до 10% масс., а в еще более предпочтительном варианте - от 4 до 9% масс.

При наличии связующего компонента массовое отношение сильно трепаных целлюлозных волокон к связующему компоненту составляет в предпочтительном варианте от 40:1 до 0,5:1, в более предпочтительном варианте - от 20:1 до 1:1, а в еще более предпочтительном варианте - от 6:1 до 2:1.

В фильтрующем материале согласно настоящему изобретению могут также присутствовать и другие компоненты или добавки, которые обычно используются в фильтрующих материалах, при условии, что они существенно не ухудшают прозрачность или иные важные характеристики фильтрующего материала. Для этого подходят натуральные или искусственные термосвариваемые волокна, такие как полиэтиленовая масса или биокомпонентные волокна, а также влагостойкие агенты. Влагостойкий агент представляет собой агент, который повышает разрывную прочность фильтрующего материала в мокром состоянии. К приемлемым влагостойким агентам можно отнести меламиноформальдегидную смолу или полиамид-полиамин-эпихлоргидринную смолу.

В предпочтительном варианте фильтрующий материал согласно настоящему изобретению также содержит полиэтиленовую массу (ПЭ-массу). Авторы настоящего изобретения выяснили, что за счет добавления ПЭ-массы можно еще больше повысить прозрачность фильтрующего материала, не ухудшая его механические свойства. Не связывая себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения предполагают, что за счет добавления ПЭ-массы, которая плавится при высоких температурах без образования комков, расплавленная ПЭ-масса образует пленку на поверхности фильтрующего материала по мере его высыхания в бумагоделательной машине, что еще больше повышает степень прозрачности фильтрующего материала.

Граммаж (или масса 1 м²) фильтрующего материала согласно настоящему изобретению специально не ограничен. Обычно фильтрующий материал имеет граммаж 8-120 г/м², в предпочтительном варианте - от 10 до 40 г/м², а в наиболее предпочтительном варианте - от 12 до 30 г/м².

Такие параметры, как длина и плотность прозрачных волокон, также специально не ограничены при условии, что указанные параметры не влияют на прозрачность волокон. Плотность волокна определяется как масса волокна в расчете на единицу его длины. Обычно прозрачные волокна характеризуются длиной 1-15 мм, а в предпочтительном варианте - от 2 до 12 мм. Плотность прозрачного волокна обычно составляет 1,5-12 дтекс, а в предпочтительном варианте - от 4 до 9 дтекс.

Фильтрующий материал согласно настоящему изобретению в предпочтительном варианте представляет собой фильтрующий материал для чая или кофе, однако фильтрующий материал согласно настоящему изобретению может быть также использован и для иных нерастворимых веществ.

В предпочтительном варианте осуществления заявленного изобретения фильтрующий материал согласно настоящему изобретению является термосвариваемым материалом. Для придания фильтрующему материалу такого свойства, как термосвариваемость, обычно достаточно, чтобы содержание в фильтрующем материале термосвариваемых волокон составляло 15-35% от всей массы фильтрующего материала, а в предпочтительном варианте - от 20 до 30% масс.

В зависимости от цели применения может оказаться предпочтительным, чтобы фильтрующий материал согласно настоящему изобретению был не термосвариваемым.

Фильтрующий материал согласно настоящему изобретению может быть подготовлен в ходе обычного бумажного производства с использованием бумагоделательной машины, предпочтительно сеточного типа; при этом используются прозрачные волокна, сильно трепаные целлюлозные волокна и по меньшей мере один опциональный связующий компонент. Обычный процесс производства бумаги описан, например, в патенте США №2004/0129632 А1, содержание которого полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Процесс производства фильтрующего материала, содержащего прозрачные волокна согласно настоящему изобретению, характеризуется тем, что в нем предусмотрено применение сильно трепаных целлюлозных волокон.

Предпочтительно, чтобы был использован по меньшей мере один связующий компонент.

В предпочтительном варианте производства фильтрующего материала, содержащего прозрачные волокна согласно настоящему изобретению, также включает в себя стадию горячего тиснения фильтрующего материала. Авторы настоящего изобретения пришли к выводу, что тем самым еще больше повышается прозрачность фильтрующего материала без ухудшения его механических свойств. Не связывая себя какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения предполагают, что за счет теплового воздействия и приложения давления на стадии горячего тиснения может быть обеспечено полное закрытие пор, что еще больше повышает прозрачность фильтрующего материала.

Фильтрующий материал согласно настоящему изобретению особенно хорошо подходит для горячей или холодной фильтрации, а также для фильтрации под определенным давлением, ввиду улучшенной разрывной прочности и относительного удлинения в сравнении с обычным прозрачным фильтрующим материалом.

Более того, он без труда может быть получен с использованием обычной технологии производства бумаги, не требуя применения дорогостоящих материалов, что делает технологический процесс в высшей степени экономичным. Кроме того, фильтрующий материал может обрабатываться и заполняться растворимыми веществами, таким как чай или кофе, с использованием упаковочных машин стандартного типа, что делает его пригодным для применения в изделиях массового производства, таких как пакетики для чая, кофе или кофейных таблеток.

Пакетики для чая, кофе или кофейных таблеток согласно настоящему изобретению выполняются из фильтрующего материала согласно настоящему изобретению, в результате чего обеспечивается не только их прозрачность, позволяющая потребителю визуально отслеживать содержимое таких пакетиков, как в сухом, так и в мокром состоянии, но также и многообразие вариантов их использования, как и обычных прозрачных пакетиков, без существенного риска разрыва и попадания нерастворимого вещества в приготовляемый напиток.

Примеры реализации настоящего изобретения

С помощью лабораторной листоформовочной машины (Rapid-Köthen) были получены фильтрующие материалы, характеризующиеся составом, который приведен в примерах выше, и содержащие влагостойкий агент массовым объемом 0,6%.

Прозрачные волокна: вискозные волокна (Leonardo, производства компании Kelheim Fibres GmbH, Германия).

Сильно трепаные целлюлозные волокна: волокна манильской пеньки (Ga-Una Blue, производства компании Newtech Pulp, Inc., Филиппины), которые подвергаются трепанию в машинах типа Hollander до степени помола около 55 SR.

Связующий компонент: сополимер на основе стирола/n-бутилакрилата (Акронал S 728 производства компании BASF SE, Германия).

Свойства полученных в итоге фильтрующих материалов определяются следующим образом:

Воздухопроницаемость («Акустрон»): с использованием тестера воздухопроницаемости «Акустрон» (производства компании Thwing-Albert Instrument Company)

Разрывная нагрузка в сухом состоянии: в соответствии с требованиями ISO 1924-2

Удлинение: в соответствии с требованиями ISO 1924-2

Прозрачность: с использованием фотоспектрометра «CADAS 200» (от компании Dr. Bruno Lange GmbH & Co. KG) при длине световой волны 445 нм.

Эксперимент 1

Были получены фильтрующие материалы, содержащие прозрачные волокна и/или сильно трепаные целлюлозные волокна, описанные выше, в соотношении, приведенном в Таблице 1, а также содержащие влагостойкий агент в объеме 0,6% масс. Результаты представлены в Таблице 1.

Как следует из результатов, представленных в Таблице 1, фильтрующий материал согласно настоящему изобретению (Примеры 1-4) характеризуется превосходными качествами в отношении разрывной прочности и относительного удлинения с сохранением прозрачности фильтрующего материала, обеспеченной за счет прозрачных волокон, практически на прежнем уровне.

Эксперимент 2

Были получены фильтрующие материалы, содержащие прозрачные волокна и сильно трепаные целлюлозные волокна, описанные выше, в соотношении, приведенном в Таблице 1, а также содержащие указанный выше связующий компонент в объеме 7% масс. и влагостойкий агент в объеме 0,6% масс. Результаты представлены в Таблице 2.

Как следует из результатов, представленных в Таблице 2, фильтрующий материал, содержащий связующий компонент (Примеры 5-8), характеризуется еще более улучшенными качествами в отношении разрывной прочности и относительного удлинения с сохранением прозрачности фильтрующего материала, обеспеченной за счет прозрачных волокон, практически на прежнем уровне.

Хотя настоящее изобретение подробно описано в привязке к конкретным вариантам и примерам его осуществления, оно не ограничено указанными вариантами и примерами, и возможны различные изменения и модификации без отступления от объема заявленного изобретения.

Реферат

Изобретение относится к прозрачному фильтрующему материалу, а также к способу производства прозрачного фильтрующего материала и пакетиков для чая или кофе или для кофейных таблеток, выполненных из прозрачного фильтрующего материала. Фильтрующий материал содержит прозрачные волокна и трепаные целлюлозные волокна, характеризующиеся степенью помола в диапазоне 30-80 градусов Шоппер-Риглера. Обеспечивается увеличение разрывной нагрузки и относительного удлинения с сохранением прозрачности фильтрующего материала. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

Формула