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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verpackung, insbesondere permeable Verpackung, speziell aus recyceltem Natronkraftpapier hergestellte Verpackungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Papier und verschlossene Beutel, die Material enthalten, das langsam aufgelöst werden soll.
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HINTERGRUND
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Verpackungen, die zum Auflösen ihres Inhalts in einer Flüssigkeit bestimmt sind, wurden umfangreich benutzt; die für diesen Zweck am meisten bekannte Verpackung ist der Teebeutel. Um ein Austreten seines Inhalts zu vermeiden, ist der Teebeutel in der Vergangenheit mit einer Metallklammer oder einem Drahtstich verschlossen worden, aber dies stellte sich als unbefriedigend heraus und ist durch Versiegelungsmechanismen ersetzt worden, wobei das Teebeutelmaterial mit fein verteiltem thermoplastischem Material, wie beispielsweise Fasern von Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polypropylen oder Copolymeren davon versehen worden ist. Dieses Material ist nicht nur für Tee, sondern auch für Zubereitungen für Schnittblumen verwendet worden, wie in
WO 01/ 96 206 A1 offenbart.
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Jedoch haben die Teebeutel nach
WO 01/ 96 206 A1 den Nachteil, dass sie relativ teuer sind, und dass sie Plastikbestandteile aufweisen, was - prinzipiell - schädlich für die Umwelt ist, wenn die Beutel in den Abfallstrom gelangen. Normales Papier hat den Nachteil, dass es nicht ausreichend durchlässig ist, so dass jede wasserlösliche Komponente, die in dem Beutel enthalten ist, nicht aufgelöst wird und/oder nicht aus dem Beutel in das Lösungsmittel dringt.
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DE 199 31 402 A1 beschreibt biologisch abbaubares und kompostierbares Filtermaterial, das mindestens ein Cellulosederivat enthält, das weichmachende Substanzen enthält.
DE 93 18 405 U1 offenbart ein Filtermaterial aus mindestens einem zweilagigen Vliesstoff und synthetischen Fasern.
DE 197 19 807 A1 offenbart Filtermaterial aus mindestens einer Lage von Naturfasern und mindestens einer zweiten Lage von heißsiegelfähigem synthetischen Material.
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DE 39 35 121 A1 beschreibt Filterbeutel beispielsweise aus Kunststoffvlies, insbesondere mit Polypropylenfasern, wobei die Wandabschnitte durch Falten des Zuschnitts um eine Bodenfalte gegeneinander zu liegen kommen und nur die beiden Seitenränder der Wandabschnitte versiegelt werden.
DE 297 22 628 U1 offenbart Aufgussbeutel, die durch eine zumindest im Randbereich vorgesehene Siegelnaht rundum verschlossen ausgebildet sind.
US 2,335,159 offenbart eine Verpackung umfassend zwei gegenüberliegende Schichten, die teilweise durch thermoplastische Klebemittel miteinander versiegelt sind.
US 2,313,696 beschreibt einen Beutel aus porösem Material mit Klebestreifen zum Versiegeln des Beutels.
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US 2008 / 0 206 407 A1 beschreibt poröse Beutel umfassend Pflanzensteroide, die Cholesterin senken, Emulgatoren und zusätzliche Komponenten wie Tee, Kaffee, Suppe etc.
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Demgemäß besteht immer noch ein Bedarf für einen preiswerten Beutel, der aus einem Material hergestellt ist, das umweltfreundlicher ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Erfindung besteht in einem Beutel, umfassend:
- a. einen geschlossenen Beutel, der aus wasserdurchlässigem recyceltem Natronkraftpapier gebildet wird, und
- b. einen Feststoff, der in dem Beutel enthalten ist, wobei der Feststoff zumindest teilweise durch Wasser gelöst werden soll,
dadurch gekennzeichnet, dass das Natronkraftpapier eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,8 L * m-2 * s-1, überprüft mit einem Textest FX 3300 III Luftdurchlässigkeitsmessgerät, aufweist, mehr bevorzugt mehr als 1 und am meisten bevorzugt zwischen 0,8 und 5 L * m-2 * s-1 aufweist. Um eine solche Luftdurchlässigkeit zu erzielen, hat das Natronkraftpapier vorzugsweise eine Porosität von 500 bis 1.000 ml/min.
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Solch ein Beutel hat vorzugsweise ein Gewicht von 20 bis 60 g/m2 und eine Dicke von 40 bis 80 µm und mehr bevorzugt ein Gewicht von etwa 40g/m2 und eine Dicke von etwa 60 bis 70 µm.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das recycelte Natronkraftpapier einen Bereich, der für das Versiegeln vorgesehen ist. Dieser Bereich ist vorzugsweise mit einem Haftmittel versehen. Das Haftmittel ist vorzugsweise ein Haftmittel, das für Heißsiegelversiegelungen geeignet ist, oder alternativ ein Haftmittel, das für Kaltsiegelversiegelungen geeignet ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Seite des vollständigen Papiers mit Haftmittel versehen, wobei das Papier ausreichende Porosität beibehält, d.h. die Porositätseigenschaften fallen immer noch unter die oben genannten Bereiche. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Feststoff, der in dem Beutel enthalten ist, zumindest teilweise wasserlöslich. In noch einer anderen Ausführungsform ist eine Seite des Natronkraftpapiers geeignet zum Bedrucken.
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen eines Beutels gemäß der Erfindung, umfassend die Schritte
- a. Herstellen des recycelten Natronkraftpapiers unter Verwendung des Kraftprozesses;
- b. optional Drucken von Text und/oder Abbildungen auf eine Seite des Papiers, wobei das Papier eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,8 L * m-2 * s-1, überprüft mit einem Textest FX 3300 III Luftdurchlässigkeitsmessgerät, aufweist, mehr bevorzugt mehr als 1 und am meisten bevorzugt zwischen 0,8 und 5 L * m-2 * s-1 aufweist;
- c. Aufbringen eines Haftmittels auf eine Seite des Papiers,
- d. Falten oder Zuschneiden zweier identischen Beutelhälften aus diesem Papier;
- e. teilweises Versiegeln dieser Beutelhälften aneinander, um einen offenen Beutel zu bilden;
- f. Füllen des offenen Beutels mit einem Feststoff; und
- g. Schließen des Beutels durch Versiegeln.
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In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird während des Versiegelns ein Streifen mit einer daran befestigten Markierung in das Siegel eingeführt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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In dieser Anmeldung wird der Begriff „Beutel“ für einen geschlossenen Beutel verwendet, der eine zumindest teilweise wasserlösliche Zusammensetzung enthält, wobei die Zusammensetzung vorzugsweise in einer pulvrigen Form vorliegt.
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Demgemäß kann der Beutel in Wasser platziert werden, woraufhin sich die Zusammensetzung in dem Beutel langsam auflösen und aus dem Beutel herausdringen wird.
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Solch ein Beutel ist insbesondere nützlich in Anwendung, in denen eine Komponente aufgelöst werden muss, und wobei die Zeit, die die Komponente zum Auflösen benötigt, nicht entscheidend ist. Das Hauptbeispiel in dieser Hinsicht, für das der Beutel insbesondere entwickelt worden ist, ist das Bereitstellen von Nährstoffen und anderen Komponenten an Schnittblumen. Es wird jedoch auch angestrebt, dass die Beutel als Teebeutel zum Herstellen von Tee oder anderen Getränken, die durch die Extraktion von Blättern oder anderen Pflanzenteilen (Wurzeln, Stängeln, etc.) erzeugt werden, verwendet werden können. Sie könnten auch zum Mixen von (Extrakten von) Kräutern oder Gewürzen in wässrigen Lösungen verwendet werden, insbesondere in Fällen, wo die Kräuter oder Gewürze nicht in der Lösung verbleiben sollen (wie beispielsweise Nelken oder Lorbeerblätter). In diesen Fällen werden die Beutel vorzugsweise eine kleine Schnur oder Bindfaden aufweisen, mit denen sie einfach wieder aus der Lösung herausgenommen werden können.
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Sie können auch in weniger flüssigen aber feuchteren Umgebungen wie Topferde oder Erde verwendet werden, um Nährstoffe (Dünger) und/oder landwirtschaftliche Pflanzenschutzkomponenten wie Insektizid- oder Fungizidkomponenten bereitzustellen.
Gemäß der Erfindung ist ein geeignetes Papier für die oben genannten Verwendungen ein recyceltes Natronkraftpapier, das eine Luftdurchlässigkeit von mindestens 0,8 L * m- 2 * s-1, überprüft mit einem Textest FX 3300 III Luftdurchlässigkeitsmessgerät (Textest Instruments, Schwerzenbach, Schweiz) aufweist, und vorzugsweise mehr als 1 L * m-2 * s-1 aufweist. Solch eine Luftdurchlässigkeit kann mit einer Porosität des Papiers von ungefähr 500 bis 1000 ml/min erreicht werden. Diese Porosität ist das Resultat einer Messung mit einem Bendtsen Porosimeter, z.B. gemäß ISO 5636-3, wobei ein Luftdruck von 1,47 kPa bei einer Messung über eine Oberfläche von 10 cm2 angewendet wird. Bendtsen Porosimeter sind beispielsweise von Fibertech (Indien) erhältlich.
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Solch eine Porosität weist darauf hin, dass die Öffnungen in dem Natronkraftpapier ausreichend sind, um ein Passieren von gelösten (kleinen) Molekülen zu erlauben. Ferner ist es bevorzugt, dass die Öffnungen in dem Natronkraftpapier relativ klein sind, um das Austreten von häufig in Pulverform vorliegendem Feststoff zu verhindern, bevor der Beutel in die Flüssigkeit getaucht wird, z.B. um das Austreten von Feststoffen aus dem Beutel während der Lagerung und Handhabung zu verhindern. Dies ist wiederum einer der Nachteile der Nicht-Plastik-Beutel, die gegenwärtig auf dem Markt sind, wie die Beutel, die aus Teebeutelpapier hergestellt sind, aus denen das Pulver des enthaltenen Feststoffs leicht austritt. Dies verursacht eine Atmosphäre von feinen Staubteilchen während der Lagerung und des Transportes der Beutel, was - natürlich abhängig von der Natur des Feststoffes, der in dem Beuteln verpackt ist - schädlich für die Sicherheit der Personen sein kann, die das Material handhaben. Gleichfalls ist natürlich jedes Verschütten des Feststoffes ein Wertverlust. Aus diesem Grund beträgt die Luftdurchlässigkeit vorzugsweise weniger als 5 L * m-2 * s-1.
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Um die Handhabung des recycelten Natronkraftpapiers zu ermöglichen, hat es vorzugsweise ein Gewicht von 20 bis 60 g/m2 und eine Dicke von 40 bis 80 µm, noch spezifischer hat das Natronkraftpapier vorzugsweise ein Gewicht von etwa 40 g/m2 und eine Dicke von etwa 60 bis 70 µm. Diese Gewichts- und Dickenparameter gewährleisten eine einfache Handhabung des Natronkraftpapiers, das auf Bandrollen oder in irgendeiner anderen Weise bereitgestellt sein kann, in der Papier normalerweise gehandhabt und transportiert wird.
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Das recycelte Natronkraftpapier wird unter Verwendung des Kraftprozesses hergestellt (auch bekannt als Kraftaufschluss oder Sulfatprozess), der eine Technologie zur Umwandlung von Holz in Holzfaserstoff, der aus fast puren Cellulosefasern besteht, darstellt. Das Verfahren bringt die Behandlung von Holzteilchen mit einer Mischung von Natriumhydroxid und Natriumsulfid mit sich, die als Weißlauge bekannt ist, welche die Bindungen bricht, die Lignin mit Cellulose verbinden. Natronkraftpapier ist eine Sorte von Papier, die kommerziell erhältlich ist, und die als Einwickelpapier Verwendung findet. In den meisten Fällen ist es braunes Normalpapier, wobei es auch Versionen gibt, in denen das Papier mit helleren braunen Bändern gestreift ist. Es ist insbesondere nützlich zum Verpacken und Einwickeln, da es eine relativ hohe Reißfestigkeit aufweist.
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Das Natronkraftpapier ist teilweise oder vollständig recycelt. Das Recyceln von Natronkraftpapier verringert die Qualität des Papiers, jedoch in einem Ausmaß, das vorteilhaft für die vorliegende Erfindung ist: Durch Recycling wird die Luftdurchlässigkeit des Papiers erhöht.
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Um den Inhalt des Beutels beizubehalten, bis der Beutel in eine Flüssigkeit platziert wird, und der Feststoff gelöst ist und sich von dem Beutel in gelöstem Zustand zerstreut, sollte der Beutel vorzugsweise versiegelt sein. Um ein angemessenes Versiegeln zu erhalten, sollte zumindest ein Teil des Natronkraftpapiers mit einem Abdichtmittel versehen werden, und nach dem Befüllen des Beutels muss das Abdichtmittel aktiviert werden, wodurch der Beutel geschlossen wird. Das Abdichtmittel kann jedes Haftmittel sein, das normalerweise in der Papierindustrie verwendet wird, um Papier zu versiegeln, z.B. um Tüten herzustellen. Vorzugsweise ist das Haftmittel ein Haftmittel auf Wasserbasis, das zum Anhaften entweder durch Heißsiegeln oder durch Kaltsiegeln verwendet werden kann.
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Die Technologie für Kaltsiegelhaftmittel ist viele Jahre alt. Die Formulierungen für diese Stoffe enthalten üblicherweise Naturlatex, der der vorherrschende Inhaltsstoff ist. Klebrig machende Harze, Weichmacher, Füllstoffe oder andere Inhaltsstoffe können zugefügt werden. Eine moderne Technologie beinhaltet die Verwendung von Copolymeren von Vinylacetat und Ethylen gemischt mit Naturlatex. In manchen Fällen werden diese Copolymere ohne das Naturlatex verwendet. Unabhängig von dieser Modifikation werden die erhaltenen Kaltsiegelhaftmittel als wässrige Materialien geliefert. In Verwendung wird ein Film des Kaltsiegelhaftmittels auf jedes der Substrate aufgetragen, vorliegend auf die Hälften des Beutels, die zusammengehalten werden sollen. Das Haftmittel durchläuft einen Trocknungsvorgang, um den wässrigen Träger zu entfernen. Die Einzigartigkeit von Kaltsiegelhaftmitteln ist, dass sie nur gegeneinander versiegeln. Wenn ein mit einem Kaltsiegelhaftmittel beschichtetes Substrat in Kontakt mit einem anderen Substrat kommt, das mit demselben Kaltsiegelhaftmittel beschichtet ist, resultiert das Verbinden aus der einfachen Anwendung von Druck. Darin unterscheidet es sich von einem Heißsiegelhaftmittel, welches nur Haftmittel auf einem Substrat erfordert, aber welches eine Hitzequelle und Druck benötigt, um eine Verbindung zu bilden. Jedoch kann ein Heißsiegel vorteilhafterweise auf beiden Seiten des Siegels verwendet werden, was die Verwendung von Klebstoff auf beiden Seiten minimiert (und dadurch eine bessere Porosität ermöglicht).
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Die Menge an Druck, die im eigentlichen Bindungsprozess angewendet wird, wird einen wesentlichen Unterschied ausmachen. Mehr Druck ist im Allgemeinen gleichbedeutend zu höheren Bindungswerten. Zeit kann hinsichtlich der Bindungswerte auch eine Rolle spielen, indem sie steigen, nachdem das Haftmittel die Bindung herstellt. Für die vorliegende Erfindung können die normalen Arten von Haftmitteln, die für das Verschließen von Papier verfügbar sind, verwendet werden, so lange diese nach dem Versiegeln nicht leicht ihre Hafteigenschaften über die Zeit verlieren. Das bedeutet, wenn der Beutel einmal versiegelt ist, soll der Beutel versiegelt bleiben.
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In einer Ausführungsform wird der Klebstoff, der für das Versiegeln erforderlich ist, nur an solchen Orten vorgesehen, wo er tatsächlich gebraucht wird. Das bedeutet, dass im Herstellungsverfahren des Beutels vorteilshafterweise eine Maske verwendet wird (adhésive à façon), um die Orte zu bestimmen, wo der Klebstoff positioniert werden soll. Solch eine Maske wird auch eine bessere und verlässlichere Positionierung der Fläche auf der Oberfläche des Papiers ermöglichen, die für das Drucken von Text und/oder Abbildungen verwendet werden kann. Ferner bedeutet dies, dass weniger Klebstoff verwendet werden muss, und dass die Porosität des Papiers hoch bleibt, da sie nicht durch den Klebstoff reduziert wird.
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In einer anderen Ausführungsform ist das komplette Natronkraftpapier einseitig mit Haftmittel oder Klebstoff bedeckt, vorausgesetzt, dass eine solche einseitige Bedeckung nicht die Permeabilitätseigenschaften des Beutels behindert. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, ist es möglich, Klebstoff zu verwenden, während die Permeabilität gemäß der Erfindung aufrechterhalten wird.
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Das Bedecken von einer Seite des Natronkraftpapiers mit Haftmitteln hat Vorteile in dem Verarbeiten von dem Papier im Beutel: Wenn das Haftmittel auf das Papier aufgetragen wird, muss keine besondere Sorgfalt darauf verwendet werden, dass einige Teile der Papieroberfläche frei von Haftmittel verbleiben sollen. Ferner, da es keine vorbestimmte Fläche zum Versiegeln gibt, kann eine beliebige Fläche verwendet werden, was bedeutet, dass das Natronkraftpapier, das mit dem Haftmittel versehen wird, für einen beliebigen Typ und eine beliebige Größe von Beutel verwendet werden kann.
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Ein weiterer Vorteil dieser Applikationsart des Klebstoffes ist die Einheitlichkeit des resultierenden Natronkraftpapiers: Wenn das Papier auf Bandrollen aufgerollt und gelagert wird, oder wenn es zum Beutelherstellungsprozess transportiert wird, hat es eine mehr oder weniger konstante Dicke über die gesamte Breite und Länge des Papiers. Dies gewährleistet bessere Handhabungseigenschaften des Papiers. Eine Seite des Beutels, z.B. die Seite, auf die kein Haftmittel aufgebracht wird, und welche einmal die Außenseite des Beutels bilden wird, kann zum Bedrucken verwendet werden. Eine beliebige Form von Bedruckung kann auf dieser Oberfläche aufgebracht werden, aber im Allgemeinen werden die bekannten Arten des Bedruckens mit Tinte am vorteilhaftesten sein. Wie der Fachmann versteht, kann das Bedrucken aus Werbungen, Marken und ähnlichem bestehen, aber auch für Gebrauchsanleitungen des Beutels und für eine Angabe des Inhalts des Beutels. Die Basisform des Beutels wird rechteckig sein, aber auch Beutel in anderen Formen (Dreiecke, Pyramiden, etc.) können hergestellt werden. Es ist auch möglich, dass der Beutel in der Form eines Sticks vorliegt, d.h. eines Papierzylinders, der (vorzugsweise durch Versiegelungen) an der oberen und der unteren Seite geschlossen ist. Sogar ein kugelförmiger Beutel oder spezifische Formen (z.B. Formen von Tieren, Objekten) können hergestellt werden. Es ist vorgesehen, dass die Form des Beutels vorteilhaft für Werbezwecke und für das Ausstellen in Geschäften ist.
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Einer der wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Beutel ist, dass sie vollständig recycelbar sind: Die Beutel selber bilden keinerlei Restmüll. Das bedeutet, dass die Beutel eine preisgünstige und umweltfreundliche Alternative für alle Plastikbeutel (hergestellt aus Polypropylen, Polyethylen, etc.) sind, die heutzutage für das Verpacken von leichten und trockenen Gütern verwendet werden, sogar in Fällen, wo Porosität des Beutels nicht erforderlich ist. Beispiele solcher Verwendungen sind Beutel zum Verpacken von Süßigkeiten und Bonbons, Beutel (oder Sticks) für Zucker, Beutel für kleine Spielzeuge und Papierinhalt (wie Sticker, Aufkleber und Sammelkarten).
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Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Herstellen der Beutel der Erfindung. Der Hauptvorteil des Herstellungsverfahrens ist es, dass er mit existierenden maschinellen Anlagen in Papier- oder Folienverpackungsherstellungseinrichtungen umgesetzt werden kann.
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Für die Herstellung wird der Klebstoff auf einer Seite einer Papierbandrolle aufgebracht. Wie oben beschrieben, kann das Aufbringen des Klebstoffs über die ganze Oberfläche des Natronkraftpapiers erfolgen, oder das Auftragen folgt einer Maske für ein vorbestimmtes Muster auf dem Papier. Die andere Seite des Papiers wird freigelassen oder ist vorbedruckt. In manchen Fällen wird das Bedrucken gleichzeitig mit dem Verpacken des Produktes durchgeführt. Nachdem der Klebstoff angebracht worden ist, wird das Papier auf solche Art und Weise gefaltet, dass die spätere Rückseite und die spätere Vorderseite eines Beutels aufeinandergelegt werden, so dass die mit Klebstoff versehenen Seiten gegeneinander zeigen. Dann wird der Beutel zumindest teilweise mittels Heißsiegel- oder Kaltsiegelverfahren zusammengeklebt und bildet so eine Art von Beutel. Dieser „Beutel“ wird dann mit Inhalt (Pulver, Zucker, Teeblättern oder anderem zu verpackenden Material) befüllt, und nach dem Befüllen wird die offene Seite versiegelt. Im Moment des Versiegelns wird in dem Verschluss ein Streifen oder ein Faden mitversiegelt, an dem eine Markierung befestigt ist (wie es von normalen Teebeuteln bekannt ist).
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Im Falle der Herstellung von Sticks werden Zylinder aus Papier gerollt und in Längsrichtung am unteren Ende versiegelt, wonach das Füllmaterial an der oberen Seite eingeführt werden kann. Nach dem Befüllen wird die Oberseite versiegelt.
Wie es dem Fachmann bekannt ist, ist es möglich, in dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren alle Größen und Formen von erfindungsgemäßen Beuteln herzustellen.
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BEISPIEL
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Zahlreiche Papierproben wurden in einem Textest FX 3300 III Luftdurchlässigkeitsmessgerät überprüft. Die überprüfte Oberfläche einer jeden Papierprobe betrug 20 cm
2, wobei der angewendete Druck 20 bar betrug. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse von acht einzelnen Proben und den Durchschnitt in L * m
-2 * s
-1. Aus diesen Ergebnissen kann gefolgert werden, dass das Standard-Natronkraftpapier mit 40 g/m
2, das sich als nicht geeignet für die vorliegende Erfindung gezeigt hat, eine durchschnittliche Luftdurchlässigkeit von weniger als 0,8 L * m
-2 * s
-1 aufweist.
| Material | Ø | Einzelne Testwerte |
| | | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Teebeutelpapier 40 g/m2 | 201 | 217 | 188 | 202 | 195 | 196 | 210 | 182 | 217 |
| recyceltes Natronkraft 40 g/m2 | 3.00 | 2.43 | 2.76 | 2.81 | 3.43 | 3.38 | 4.19 | 2.60 | 2.37 |
| recyceltes Natronkraft 40 g/m2 mit Haftmittelbeschichtung | 1.04 | 1.37 | 0.93 | 1.31 | 0.86 | 0.93 | 0.82 | 1.12 | 0.95 |
| Natronkraft 40 g/m2 | 0.71 | 0.78 | 0.61 | 0.73 | 0.93 | 0.60 | 0.74 | 0.63 | 0.65 |
| Natronkraft gebleicht 50 g/m2 | 0.13 | 0.12 | 0.13 | 0.12 | 0.12 | 0.12 | 0.13 | 0.13 | 0.13 |