DE19931402A1

DE19931402A1 - Biologisch abbaubare und kompostierbare Filtermaterialien

Info

Publication number: DE19931402A1
Application number: DE1999131402
Authority: DE
Inventors: Sabine Schroft; Martin Buechsel; Guenter Heinrich; Manfred Kausen
Original assignee: Schoeller und Hoesch GmbH
Current assignee: Schoeller und Hoesch GmbH
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-01-11

Abstract

Beschrieben werden Filtermaterialien, die mindestens ein biologisch abbaubares Cellulosederivat enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosederivat 0,05 bis 50 Gew.-Teile einer weichmachenden Substanz, bezogen auf 100 Teile Cellulosederivat, enthält, die aus Plastifizierungsmitteln und/oder biologisch abbaubaren Polymeren ausgewählt ist, wobei die biologisch abbaubaren Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe der aliphatischen oder teilaromatischen Polyesteramide, aliphatischen oder teilaromatischen Polyester, aliphatischen oder teilaromatischen Polyesterurethane und aliphatischen oder aliphatisch-aromatischen Polyestercarbonate, und wobei die Plastifizierungsmittel ausgewählt sind aus Triacetin, Triethylenglykol, Glycerin, Triphenylphosphat, Resorcindiphosphat, Polyethylenglykol, Propylenglykol, Milchsäureethylester, Milchsäuremethylester, Caprolacton, Weinsäuredimethylester, Weinsäurediethylester, Glycerintriacetat, Triethylcitrat und Diethylcitrat.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein biologisch abbaubares und kom postierbares Filtermaterial mit ausgezeichneten Partikelrückhaltungs- und Luftdurchlässigkeitseigenschaften, das als eine Komponente ein Cellulosederivat enthält.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein biologisch abbau bares und kompostierbares Filtermaterial, das als eine Komponente mindestens ein Cellulosederivat, welches biologisch abbaubar und kom postierbar ist, enthält.

In der EP-A-0 656 224 wird ein Filtermaterial insbesondere zur Her stellung von Teebeuteln und Kaffeebeuteln bzw. Filtern beschrieben mit einem Flächengewicht zwischen 8 und 40 g/m², bei welchem die heiß siegelnde Lage aus Kunststoffasern besteht, bevorzugt Polypropylen oder Polyethylen, die in erweichtem Zustand auf die erste aus natür lichen Fasern bestehende Lage abgelegt wird.

In der deutschen Patentanmeldung DE-A 21 47 321 wird eine thermopla stische, heißsiegelfähige Masse beschrieben, die aus einem Polyole finpulver (Polyethylen oder Polypropylen) besteht, welches in einer Trägermatrix aus Vinylchlorid/Vinylacetat-Copolymer eingebettet ist. Auch dieses Material wird zur heißsiegelfähigen Ausrüstung von pa piermäßig hergestelltem Fasermaterial verwendet.

In der DE-A-197 19 807 wird ein biologisch abbaubares heißsiegelfähi ges Filtermaterial, das aus mindestens einer Lage von Naturfasern und mindestens einer zweiten Lage von heißsiegelfähigem synthetischem Ma terial, welches biologisch abbaubar ist, beschrieben. Dieses Filter material wird erhalten, indem auf einem Papiermaschinensieb in einer ersten Stufe als wäßrige Suspension die Naturfasern aufgebracht und in einer zweiten Stufe die heißsiegelfähigen, biologisch abbaubaren Polymerfasern auf die Naturfaserschicht derart abgelagert werden, daß sie die Naturfaserschicht teilweise durchdringen können.

Bei dem aus diesem Filtermaterial beispielsweise hergestellten Tee filterbeutel wird die Möglichkeit einer hohen Partikelrückhaltung ge schaffen. Diese wird jedoch durch eine reduzierte Luftdurchlässigkeit "erkauft". Eine hohe Luftdurchlässigkeit bei gleichzeitig guter Par tikelrückhaltung ist jedoch das angestrebte Ziel eines optimalen Fil termeterials.

Ferner ist bekannt, daß die gebrauchten Filtermaterialien z. B. Tee beutel, Kaffeebeutel oder auch andere Filter, häufig auf einem Kom posthaufen oder über die Biomülltonne entsorgt werden. Nach einem ge wissen Zeitraum, der von weiteren Parametern, wie Temperatur, Luft feuchtigkeit, Mikroorganismen etc. abhängt, ist die Naturfaserkompo nente des Filters zerfallen und biologisch abgebaut, während das thermoplastische Polymerfasernetz erhalten bleibt und die Qualität des Komposts vermindert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war deshalb, ein biologisch völlig abbaubares und kompostierbares Filtermaterial mit gleichzeitig sowohl ausgezeichneten Partikelrückhaltungs- als auch Luftdurchlässigkeits eigenschaften zu schaffen.

Außerdem sollen Verfahren zur Herstellung derartiger Filtermateria lien beschrieben werden.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß unter Verwendung von mit bestimmten weichmachenden Substanzen behandelten Cellulosederi vatfasern die oben beschriebenen Nachteile der Filtermaterialien des Standes der Technik überwunden werden können und Filtermaterialien bereitgestellt werden können, die biologisch abbaubar und kompostier bar sind und gleichzeitig ausgezeichnete Eigenschaften bezüglich Par tikelrückhaltung und Luftdurchlässigkeit liefern.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Filtermaterial, das mindestens ein biologisch abbaubares und kompostierbares Cellulose derivat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosederivat 0,05 bis 50 Gew.-Teile einer weichmachenden Substanz, bezogen auf 100 Gew.-Teile Cellulosederivat, enthält, die aus Plastifizierungsmitteln und/oder biologisch abbaubaren Polymeren ausgewählt ist, wobei die biologisch abbaubaren Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe der aliphatischen oder teilaromatischen Polyesteramide, aliphatischen oder teilaromatischen Polyester, aliphatischen oder teilaromatischen Polyesterurethane und aliphatischen oder aliphatisch-aromatischen Polyestercarbonate, und wobei die Plastifizierungsmittel ausgewählt sind aus Triacetin, Triethylenglykol, Glycerin, Triphenylphosphat, Resorcindiphosphat, Polyethylenglykol, Propylenglykol, Milchsäureethylester, Milchsäuremethylester, Caprolacton, Wein säuredimethylester, Weinsäurediethylester, Glycerintriacetat, Tri ethylcitrat und Diethylcitrat.

Die erfindungsgemäß einsetzbaren Cellulosederivate werden z. B. in der JP-A-10317228, Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 5. Auf lage in englischer Sprache, Weinheim, Verlag Chemie, 1985-1994, Bd. A5, S. 419-488, Mark, Gaylord und Bikales, Encyclopädia of polymer science and Technology, New York, Wiley Interscience 1964-1978, Bd. 3, S. 124-226 und 291-458, beschrieben.

In bevorzugter Weise handelt es sich bei dem Cellulosederivat erfin dungsgemäß um einen Celluloseester und/oder Celluloseether.

Celluloseester und -ether im Sinne der Erfindung sind solche wie sie in Römpp Lexikon Chemie Version 1.5 Stuttgart/New York, Georg Thieme Verlag 1998 beschrieben sind. Ihre Herstellung ist ebenfalls im Römpp Lexikon Chemie beschrieben.

Erfindungsgemäß bevorzugt verwendete Celluloseester sind vorzugsweise Ester mit C₂-C₆-Monocarbonsäuren, besonders bevorzugt mit C₂-C₄-Mono carbonsäuren. Insbesondere sind Celluloseacetat, Celluloseacetobuty rat, Celluloseacetopropionat und Cellulosepropionat geeignet. Noch stärker bevorzugt ist Celluloseacetat.

Erfindungsgemäß bevorzugt verwendete Celluloseether sind vorzugsweise Methylcellulose, Ethylcellulose, Dihydroxypropylcellulose, Hydroxy butylcellulose, Methylhydroxyethylcellulose, Methylhydroxypropylcel lulose, Methylhydroxybutylcellulose, Ethylhydroxypropylcellulose, Ethylhydroxyethylcellulose, Carboxyalkylcellulose, Sulfoalkylcellulo se, Cyanoethylcellulose, deren Herstellung in "Enzyclopedia of poly mer science and engineering" Wiley N. Y. 1985 Vol. 3, S. 242 ff. be schrieben ist. Als Epoxide eignen sich bevorzugt Monoepoxide wie Ethylenoxid, Propylenoxid, 1,2-Epoxybutan, 1,2-Epoxyhexan, 1,2- Epoxyoctan, 1,2-Epoxydecan, 1,2-Epoxydodecan, 1,2-Epoxyhexadecan, 1,2-Epoxyoctadecan, Stearinsäureglycidylether, Epoxybutylstearat, Laurylglycidylether, Glycidylmethylether, Glycidylethylether, Glyci dylpropylether, Glycidylbutylether, Glycidyltert.-butylether, Glyci dylacrylat, Glycidylmethacrylat, Allylglycidylether, Butadienmono oxid, Glycidol, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyl triethoxysilan, Di-N-Butylamino-2,3-epoxypropan, Diethyl-β-γ-epoxypro pylphosphat, 4-(2,3-Epoxypropyl)-morpholin und Styroloxid.

Besonders bevorzugte Celluloseether sind Hydroxyethylcellulose oder Hydroxypropylcellulose.

Der Substitutionsgrad der eingesetzten Cellulosederivate, insbeson dere der oben genannten speziellen Celluloseether und -ester, muß da bei im allgemeinen erfindungsgemäß so eingestellt sein, daß die bio logische Abbaubarkeit der Materialien gegeben ist. Diese Substitu tionsgrade liegen bei Cellulose zweckmäßigerweise bei 0,1 bis 3, vor zugsweise zwischen 0,9 und 2,5, insbesondere zwischen 1,5 und 2,5, noch stärker bevorzugt zwischen 2,0 und 2,5.

Die weichmachende Substanz wird erfindungsgemäß aus den genannten Plastfizierungsmitteln und/oder Polymeren, vorzugsweise aus den ge nannten Polymeren, beispielsweise einem Polyesteramid aus AH-Salz, Adipinsäure, Butandiol mit einem Amidgehalt von 60 Gew.-% und einem Estergehalt von 40 Gew.-% und einem massegemittelten Molekulargewicht von 19 300 (ermittelt mittels GPC in m-Kresol gegen Polystyrolstan dard), ausgewählt. In besonders bevorzugter Weise wird die weichma chende Substanz aus einer Kombination aus einem der genannten Plastifizierungsmittel und der genannten Polymere ausgewählt, wobei beliebige Kombinationen aus Plastifizierungsmitteln und Polymeren ausgewählt werden können.

In besonders bevorzugter Weise werden beispielsweise die folgenden Kombinationen ausgewählt:

Eine Kombination aus einem Polyesteramid aus Caprolactam, Adipin säure, Butandiol mit einem Amidgehalt von 40 Gew.-% und einem Ester gehalt von 60 Gew.-% und einem massegemittelten Molekulargewicht von 24 500 (ermittelt mittels GPC in m-Kresol gegen Polystyrolstandard) und Triacetin oder eine Kombination aus einem Polyesteramid aus AH- Salz, Adipinsäure, Butandiol mit einem Amidgehalt von 60 Gew.-% und einem Estergehalt von 40 Gew.-% und einem massegemittelten Molekular gewicht von 19 300 (ermittelt mittels GPC in m-Kresol gegen Polysty rolstandard) und Diethylcitrat.

Ohne an irgendeine Theorie gebunden werden zu wollen, gehen wir ge genwärtig davon aus, daß von den oben genannten Polymeren diejenigen bevorzugt sind, deren Molekülstruktur so ausgestaltet ist, daß die Polymermoleküle in den in der durch die Cellulosederivatmoleküle ge bildeten Molekülstruktur vorhandenen Lücken zu liegen kommen. In stärker bevorzugter Weise können darüberhinaus die derart ausgestal teten Polymermoleküle mit funktionellen Gruppen versehen sein, die dafür sorgen, daß die Polymermoleküle bei Einbau in die Molekül struktur des Cellulosederivats mit den Cellulosederivatmolekülen da rüberhinaus eine Bindung eingehen. Bei diesen Bindungen kann es sich um assoziative Bindungen oder chemische Bindungen, vorzugsweise che mische Bindungen handeln.

Die erfindungsgemäß verwendeten Plastifizierungsmittel sind dabei aus der Gruppe Triacetin, Triethylenglykol, Glycerin, Triphenylphosphat, Resorcindiphosphat, Polyethylenglykol, Propylenglykol, Milchsäure ethylester, Milchsäuremethylester, Caprolacton, Weinsäuredimethyl ester, Weinsäurediethylester, Glycerintriacetat, Triethylcitrat und Diethylcitrat ausgewählt.

Besonders bevorzugt erfindungsgemäß verwendbar sind Triethylcitrat, Diethylcitrat und Glycerintriacetat.

Die erfindungsgemäß als weichmachende Mittel verwendbaren biologisch abbaubaren Polymere sind aus der folgenden Gruppe ausgewählt:

Aliphatische oder teilaromatische Polyester:

A) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol oder besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cy cloaliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt mit 5 oder 6 C- Atomen im cycloaliphatischen Ring, wie beispielsweise Cyclohexandi methanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monome ren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propy lenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymeren daraus mit Molekularge wichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls gerin gen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt C₃-C₁₂-Al kyldiolen, wie beispielsweise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebe nenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen wie beispiels weise 1,2,3-Propantriol oder Trimethylolpropan sowie aus aliphati schen bifunktionellen Säuren, vorzugsweise C₂-C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure, Adipinsäure und/oder gegebenenfalls aromatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Phthalsäure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie bei spielsweise Trimellitsäure oder
B) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette beispielsweise Hydroxy buttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure, oder deren Derivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend A und B,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen.

Aliphatische oder teilaromatische Polyesterurethane:

A) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol, besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cycloali phatischen bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit C₅- oder C₆-cy cloaliphatischem Ring, wie beispielsweise Cyclohexandimethanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monomeren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propylenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymeren daraus mit Molekulargewichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise C₃-C₁₂-Alkyldio len, wie beispielsweise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebenen falls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise C₃- C₁₂-Alkylpolyolen, wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol oder Trime thylolpropan sowie aus aliphatischen bifunktionellen Säuren, vorzugs weise C₂-C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure, Adipinsäure, und/oder gegebenenfalls aromatischen bi funktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthal säure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oder
B) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen, beispielsweise Hydroxybuttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure, oder deren Derivaten, beispiels weise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend C und D,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen,
C) aus dem Reaktionsprodukt von C und/oder D mit aliphatischen und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen und zusätzlich gegebenen falls höherfunktionellen Isocyanaten, mit vorzugsweise 1 bis 12 C- Atomen bzw. 5 bis 8 C-Atomen im Falle von cycloaliphatischen Isocya naten, z. B. Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Iso phorondiisocyanat, gegebenenfalls zusätzlich mit linearen und/oder verzweigten und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen und/oder hö herfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise C₃-C₁₂-Alkyldi- oder -polyole bzw. 5 bis 8 C-Atomen im Falle von cycloaliphatischen Alkoholen, z. B. Ethandiol, Hexandiol, Butandiol, Cyclohexandimethanol, und/oder gege benenfalls zusätzlich mit linearen und/oder verzweigten und/oder cy cloaliphatischen bifunktionellen und/oder höherfunktionellen Aminen und/oder Aminoalkoholen mit vorzugsweise 2 bis 12 C-Atomen in der Al kylkette, z. B. Ethylendiamin oder Aminoethanol, und/oder gegebenen falls weitere modifizierte Amine oder Alkohole wie beispielsweise Ethylendiaminoethansulfonsäure, als freie Säure oder als Salz, wobei der Esteranteil C) und/oder D) mindestens 75 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus C), D) und E), beträgt.

Aliphatische oder aliphatisch-aromatische Polyestercarbonate:

A) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol oder besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cy cloaliphatischen bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit 5 bis 8 C-Atomen im cycloaliphatischen Ring, wie beispielsweise Cyclohexandi methanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monome ren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propy lenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymere daraus mit Molekularge wichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls gerin gen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit C₂- C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise Neopentylglykol und zu sätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol, Trimethylolpropan sowie aus aliphatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure, Adipinsäure und/oder gegebenenfalls aromatischen bi funktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthal säure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oder
B) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette, beispielsweise Hydroxybuttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure, oder deren De rivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend F und G,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen,
C) einem Carbonatanteil, der aus aromatischen bifunktionellen Phe nolen, bevorzugt Bisphenol-A, und Carbonatspendern, beispielsweise Phosgen, hergestellt wird,
oder
einem Carbonatanteil, der aus aliphatischen Kohlensäurreestern oder deren Derivaten wie beispielsweise Chlorkohlensäureestern oder ali phatischen Carbonsäuren oder deren Derivaten wie beispielsweise Sal zen und Carbonatspendern, beispielsweise Phosgen, hergestellt wird, wobei
der Esteranteil F) und/oder G) mindestens 70 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus F), G) und H) beträgt.

Aliphatische oder teilaromatische Polyesteramide:

A) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol oder besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cy cloaliphatischen bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit 5 bis 8 C-Atomen im cycloaliphatischen Ring, wie beispielsweise Cyclohexandi methanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monome ren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propy lenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymere daraus mit Molekularge wichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls gerin gen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit C₂- C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise Neopentylglykol und zu sätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol, Trimethylolpropan sowie aus aliphatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise und bevorzugt Bernteinsäure, Adipinsäure und/oder gegebenenfalls aromatischen bi funktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthal säure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oder
B) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Kohlenstoffkette, beispielsweise Hydroxybuttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure oder deren Deri vaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend I) und K),
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen,
C) einem Amidanteil aus aliphatischen und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifunktionellen Aminen, bevorzugt sind lineare aliphatische C₂- bis C₁₀-Diamine, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunk tionellen Aminen, unter den Aminen bevorzugt Hexamethylendiamin, Iso phorondiamin und besonders bevorzugt Hexamethylendiamin, sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen Säuren, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette bzw. C₅- oder C₆-Ring im Falle von cycloaliphatischen Säuren, bevorzugt Adipinsäure, und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifunktionellen und/oder gegebenenfalls aromatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthalsäure, Naphthalindicarbonsäure und zusätz lich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren, vor zugsweise mit 2 bis 10 C-Atomen, oder
D) aus einem Amidanteil aus säure- und aminfunktionalisierten Bau steinen, vorzugsweise mit 4 bis 20 C-Atomen in der cycloaliphatischen Kette, bevorzugt ω-Laurinlactam, ε-Caprolactam, besonders bevorzugt ε- Caprolactam,
oder einer Mischung enthaltend L) und M) als Amidanteil, wobei
der Esteranteil I) und/oder K) mindestens 20 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus I), K), L) und M) beträgt, vorzugsweise der Gewichtsanteil der Esterstrukturen 20 bis 80 Gew.-%, der Anteil der Amidstrukturen 80 bis 20 Gew.-% beträgt.

Alle als Säuren genannten Monomere können auch in Form von Derivaten wie beispielsweise Säurechloride oder Ester, sowohl als Monomere als auch als oligomere Ester, eingesetzt werden.

Die Synthese der erfindungsgemäß verwendeten biologisch abbaubaren Polyesteramide kann sowohl nach der "Polyamid-Methode" durch stöchio metrisches Mischen der Ausgangskomponenten gegebenenfalls unter Zu satz von Wasser und anschließendes Entfernen von Wasser aus dem Reak tionsgemisch als auch nach der "Polyester-Methode" durch stöchiome trisches Mischen der Ausgangskomponenten sowie Zugabe eines Überschus ses an Diol mit Veresterung der Säuregruppen und nachfolgender Ume sterung bzw. Umamidierung dieser Ester erfolgen. In diesem zweiten Fall wird neben Wasser auch der Überschuß an Diol wieder abdestil liert. Bevorzugt ist die Synthese nach der beschriebenen "Polyester- Methode".

Die Polykondensation kann weiterhin durch den Einsatz von bekannten Katalysatoren beschleunigt werden. Sowohl die bekannten Phosphorver bindungen, die die Polyamidsynthese beschleunigen, als auch saure oder metallorganische Katalysatoren für die Veresterung wie auch Kom binationen aus den beiden sind zur Beschleunigung der Polykondensa tion möglich.

Es ist darauf zu achten, daß die gegebenenfalls verwendeten Katalysa toren weder die biologische Abbaubarkeit bzw. Kompostierbarkeit noch die Qualität des resultierenden Komposts negativ beeinflussen.

Weiterhin kann die Polykondensation zu Polyesteramiden durch die Ver wendung von Lysin, Lysinderivaten oder von anderen amidisch verzwei genden Produkten wie beispielsweise Aminoethylaminoethanol beeinflußt werden, die sowohl die Kondensation beschleunigen als auch zu ver zweigten Produkten führen (siehe beispielsweise EP-A-0 641 817; DE-A- 38 31 709).

Die Herstellung von Polyestern, Polyestercarbonaten und Polyester urethanen ist allgemein bekannt bzw. wird nach bekannten Verfahren analog durchgeführt (vgl. z. B. EP-A-0 304 787, WO 95/12629, WO 93/13154, EP-A-0 682 054, EP-A-0 592 975).

Die erfindungsgemäß verwendeten Polyester, Polyesterurethane, Poly estercarbonate oder Polyesteramide können weiterhin 0,1 bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 3 Gew.-%, insbesondere 0,1 bis 1 Gew.-% an Additi ven, bezogen auf das Polymer, enthalten (vgl. auch Beschreibung der Polymere). Beispiele für diese Additive sind Verzweiger und/oder Mo difizierungsmittel und/oder Füll- und Verstärkungsstoffe und/oder Verarbeitungshilfsmittel wie beispielsweise Nukleierungshilfsmittel, übliche Weichmacher, Entformungshilfsmittel, Flammschutzmittel, Schlagzähigkeitsmodifikatoren, farbgebende Mittel, Stabilisatoren und sonstige im Thermoplastbereich übliche Zusatzmittel, wobei im Hin blick auf die Anforderung der biologischen Abbaubarkeit darauf zu achten ist, daß die vollständige Kompostierbarkeit durch die Additive nicht beeinträchtigt wird und die im Kompost verbleibenden Additive unschädlich sind. Beispiele für die genannten Verzweiger sind z. B. trifunktionelle Alkohole wie Trimethylolpropan oder Glycerin, tetra funktionelle Alkohole wie Pentaerythrit, und trifunktionelle Carbon säuren wie Citronensäure. Die Verzweiger erhöhen die Schmelzviskosi tät der erfindungsgemäß verwendeten Polyesteramide soweit, daß diese Polymeren sogar einem Extrusionsblasformen unterzogen werden können. Der biologische Abbau dieser Materialien wird dadurch nicht behin dert.

Die biologisch abbaubaren/kompostierbaren Polyesterurethane, Poly ester, Polyestercarbonate und Polyesteramide haben in der Regel ein Molgewicht von 5000 bis 300 000 g/mol, zweckmäßigerweise von 5000 bis 200 000 g/mol, vorzugsweise von 10 000 bis 100 000 g/mol, ermit telt durch Gelchromatographie (GPC) beispielsweise in m-Kresol gegen einen Polystyrolstandard. Vorzugsweise weisen die biologisch abbauba ren/kompostierbaren Polymere eine statistische Verteilung der Aus gangsmonomeren auf. Bei polyurethantypischem Polymeraufbau, gegebe nenfalls aus C) und D) sowie aus E), ist eine vollständig statisti sche Verteilung der Monomerbausteine nicht immer zu erwarten.

Wie oben ausgeführt wurde, können erfindungsgemäß in bevorzugter Weise Kombinationen aus Plastifizierungsmitteln und/oder biologisch abbaubaren Polymeren verwendet werden. Hierdurch lassen sich die Ei genschaften der erfindungsgemäßen Filtermaterialien, beispielsweise bezüglich Migration und Verflüchtigung der weichmachenden Substanzen, weiter optimieren.

Im Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform können die erwünschten Eigenschaften beispielsweise durch gezielte Festlegung von Molekular gewicht und Molekülgröße der zuzusetzenden weichmachenden Substanz gesteuert werden. Darüber hinaus kann auch durch den Einbau reaktiver Gruppen in die weichmachenden Substanzen eine direkte chemische Bin dung unter Beeinflussung des Eigenschaftsprofils erzielt werden.

Die weichmachende Substanz ist dem Cellulosederivat erfindungsgemäß in einer Menge von 0,05-50, vorzugsweise 0,1-35, insbesondere 0,5-20 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile Cellulosederivat, zugesetzt.

Erfindungsgemäß kann der Einsatz der weichmachenden Substanz auf ver schiedene Weise erfolgen. Beispielsweise kann die weichmachende Sub stanz den Cellulosederivatfasern in der Leimpresse an der Papierma schine oder bereits vorher direkt bei der Faserproduktion zugesetzt werden.

In stärker bevorzugter Weise kann die weichmachende Substanz durch ein gemeinsames Einbringen von Cellulosederivatfaser und weichmachen der Substanz, wobei die weichmachende Substanz auf die Faser aufgezo gen und adsorbiert ist, zugesetzt werden.

Der Einsatz von einer Kombination aus Cellulosederivat und biologisch abbaubarem Polymer, beispielsweise einer Kombination von Cellulose acetat plus einem der oben genannten biologisch abbaubaren Polymere, erniedrigt ferner den Schmelzpunkt des Cellulosederivats, was im Sinne einer vereinfachten Verarbeitung erwünscht ist und zu heißsie gelfähigen, biologisch abbaubaren und kompostierbaren Produkten führt.

Erfindungsgemäß können die als eine Komponente des Filtermaterials verwendeten Kombinationen aus Cellulosederivat und weichmachender Substanz ferner bevorzugt durch einfaches Mischen der Ausgangsmate rialien, d. h. des Cellulosederivats und der weichmachenden Substanz, beispielsweise unter Verwendung von handelsüblichen Extrudern z. B. eines Zweiwellenextruders, hergestellt werden. Aus diesen Blends können dann in üblicher bekannter Weise die gewünschten Fasern her gestellt werden.

Im folgenden werden die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Filtermaterialien sowie deren Herstellung detaillierter be schrieben.

Im allgemeinen umfassen die erfindungsgemäßen Filtermaterialien neben der oben genannten Komponente aus einem Cellulosederivat und einer weichmachenden Substanz mindestens eine weitere Komponente, die na türliche Fasern umfaßt oder vorzugsweise aus diesen besteht.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Filtermaterial somit aus zwei oder mehr Lagen unterschiedlicher Komponenten hergestellt, wobei mindestens eine Lage natürliche Fasern und eine Lage einen Faserblend aus Cellulosederivat und einer weichmachenden Substanz enthält, wobei gilt, daß sich die mindestens zwei Lagen nach der Herstellung des Filtermaterials teilweise durchdringen können. Der Grad der Durchdringung der Lagen kann durch das Herstellungsverfahren des Filtermaterials, beispiels weise im Falle der Verwendung einer Papiermaschine durch Einstellen des Entwässerungsgrads auf dem Sieb, gesteuert werden.

Die Lage aus dem Faserblend aus Cellulosederivat und einer weichma chenden Substanz kann sowohl in einem Arbeitsgang auf der Papierma schine auf die Lage aus natürlichen Fasern gebracht werden, als auch als Blend im erwärmten Zustand durch ein Schmelzblasverfahren (Melt- Blown) auf diese Papierlage aus natürlichen Fasern abgelegt und so wohl miteinander als auch mit der Papierlage verschmolzen werden.

Die erste Lage des Filtermaterials hat im allgemeinen ein Flächenge wicht zwischen 8 und 40 g/m², vorzugsweise von 10 bis 20 g/m² und eine Luftdurchlässigkeit von 300 bis 4000 l/m².s (DIN ISO 9237), vor zugsweise von 500 bis 3000 l/m².s.

Die zweite Lage des Filtermaterials hat im allgemeinen ein Flächenge wicht zwischen 1 und 15 g/m², vorzugsweise von 1,5 bis 10 g/m².

Die erste Lage des Filtermaterials mit bzw. bevorzugt aus natürlichen Fasern ist vorzugsweise naßfest ausgebildet.

Für die erste Lage mit bzw. bevorzugt aus Naturfasern werden erfin dungsgemäß gewöhnlich bekannte Naturfasern, wie Hanf, Manila, Jute, Sisal und andere langfaserige Holzzellstoffe sowie bevorzugt Gemische hiervon verwendet.

Die zweite Lage kann das Gemisch aus Cellulosederivat und weichma chender Substanz enthalten sowie daraus bestehen. Bevorzugt umfaßt die zweite Lage neben dem Gemisch aus Cellulosederivat und weichma chender Substanz einen weiteren Bestandteil, insbesondere Naturfa sern, wobei Mischungsverhältnisse von 1/3 Naturfasern und 2/3 Gemisch aus Cellulosederivat und weichmachender Substanz besonders bevorzugt sind.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Filtermaterial heiß siegelfähige Fasern. Das erfindungsgemäße Filtermaterial kann bei spielsweise zur Herstellung von Teebeuteln, Kaffeebeuteln oder Tee- bzw. Kaffeefiltern verwendet werden.

Wie oben ausgeführt, kann das Verfahren zur Herstellung der erfin dungsgemäßen Filtermaterialien so gesteuert werden, daß die biolo gisch abbaubaren heißsiegelfähigen Fasern der zweiten Lage die erste Lage teilweise durchdringen und die Fasern der ersten Lage, vorzugs weise die Naturfasern der ersten Lage, somit beim Trocknungsprozeß beispielsweise auf der Papiermaschine im geschmolzenen Zustand um hüllen. Dabei werden jedoch erfindungsgemäß die notwendigen Poren für eine Filtration freigelassen.

Im folgenden werden die erfindungsgemäß verwendbaren Herstellungsver fahren anhand der Figuren am Beispiel eines zweilagigen Filtermate rials näher erläutert.

Dabei zeigt Fig. 1 die verschiedenen Stadien bei der Bildung des er findungsgemäßen Filtermaterials aus Naturfasern und synthetischen Fa sern am Beispiel der Verwendung einer Papiermaschine in einer allge meinen, grob schematischen Darstellung.

In Fig. 1 ist in einer schematischen Darstellung die Bildung des er findungsgemäßen Filtermaterials gezeigt. Dabei ist in Fig. 1a) die Bildung einer ersten Faserschicht aus Naturfasern 1 und die Bildung einer zweiten Faserschicht mit synthetischen, biologisch abbaubaren heißsiegelbaren Fasern 2 dargestellt. Die Bildung der zweiten Schicht mit den Fasern 2 erfolgt also durch Ablagerung über der ersten Schicht, welche durch die Naturfasern 1 gebildet ist. In der Zeich nung sind zur Unterscheidung die Naturfasern 1 waagerecht schraf fiert, während die synthetischen Fasern 2 annähernd senkrecht schraf fiert wurden.

Fig. 1b) zeigt, wie durch die beschriebene Entwässerung der beiden Schichten, insbesondere der zweiten Schicht mit den Fasern 2, eine teilweise Durchdringung der beiden Schichten erzielt wird, so daß die synthetischen Fasern 2 zwischen die Naturfasern 1 gelangen.

In einem weiteren Herstellungsschritt werden die einander teilweise durchdringenden Schichten 1 und 2 getrocknet und dabei derart er hitzt, daß die synthetischen Fasern 2 schmelzen und sich bei der Wie derverfestigung so um die Fasern 1 legen, daß diese zumindest teil weise umhüllt werden. Das Filtermaterial ist somit heißsiegelfähig geworden (Fig. 1c).

Fig. 2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Papiermaschine, wie sie zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filtermaterials verwendet werden kann. Zunächst wird aus den gemahlenen Naturfasern und Wasser eine Suspension "A" gebildet. Außerdem wird mit dem Faserblend aus Cellulosederivat und der weichmachenden Substanz sowie gegebenenfalls einem Anteil anderer Fasern, beispielsweise Naturfasern, sowie Wasser eine Suspension "B" hergestellt.

Diese beiden Suspensionen A und B werden aus den jeweiligen Behältern (3 und 4) über den sogenannten Stoffauflauf (head box) der Papierma schine zugeführt. Diese besitzt im wesentlichen ein umlaufendes Sieb (5), welches über eine Anzahl von Entwässerungskammern (6, 7 und 8) hinweggeführt wird.

Über geeignete Rohrleitungen und Pumpvorrichtungen, die nicht näher dargestellt sind, wird die Suspension A auf das Sieb 5, über den er sten beiden Entwässerungskammern 6, geleitet, wobei durch die Kammern 6 und die Entwässerungsleitung das Wasser abgesaugt wird. Dabei bil det sich auf dem bewegten Sieb 5 eine erste Faserschicht aus den Na turfasern 1. Bei der Weiterbewegung des Siebes 5 über die Entwässe rungskammern 7 wird die zweite Suspension B zugeführt, wobei über den Entwässerungskammern 7 die zweite Schicht aus synthetischen Fasern auf der ersten Schicht abgelagert wird. Die Entwässerung erfolgt da bei über die Entwässerungsleitung. Bei der Weiterbewegung des Siebes 5 mit den beiden aufeinanderliegenden Faserschichten wird über die Entwässerungskammern 8 eine Entwässerung vorgenommen, wodurch die beiden Schichten einander teilweise durchdringen. Durch entsprechende Einstellung der Entwässerung kann die Durchdringung mehr oder weniger stark sein.

Das nunmehr gebildete Material 9 aus Naturfasern und synthetischen Fasern wird von dem Sieb abgenommen und einer Trocknung zugeführt. Diese Trocknung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen, z. B. durch Kontakttrocknung oder Durchströmtrocknung.

Die Elemente 10 geben nur grob schematisch den Hinweis auf entspre chende Trocknungselemente.

In Fig. 2 sind 3 Trockenzylinder 10 gezeichnet, über die die geformte Papierbahn im Kontaktverfahren getrocknet wird. Es ist jedoch auch praktikabel, die gebildete Papierbahn nur über einen Zylinder zu füh ren und sie mit heißer Luft zu trocknen, ohne daß die Bahn auf diesem Zylinder aufliegt.

Die Erwärmung des zweischichtigen Fasermaterials bringt die syntheti schen Fasern 2 in der Mischschicht 9 zum Schmelzen. Bei der Wieder verfestigung am Ausgang der Trockenstation umhüllen die synthetischen Fasern zumindest teilweise die Naturfasern und das heißsiegelfähige Filtermaterial wird auf eine Rolle 11 aufgerollt.

Das erfindungsgemäße biologisch abbaubare Filtermaterial kann ferner nach dem Meltblown-Verfahren, wie im folgenden für ein zweilagiges Filtermaterial beschrieben, hergestellt werden:

Falls das die zweite Lage bildende, biologisch abbaubare Polymer als Granulat vorliegt, kann es mit Hilfe des Melt-Blown (schmelzgeblasene Fasern)-Verfahrens zu Fasern geformt und im noch heißen klebenden Zu stand auf eine Unterlage, z. B. ein Papier aus Naturfasern, abgelegt werden.

Dieser Prozeß gehört zum Stande der Technik, aber es soll trotzdem kurz auf die Grundlagen des in Fig. 3 dargestellten Verfahrens einge gangen werden:

Das getrocknete Granulat 12 wird in einen Extruder 13 transportiert, in dem es geschmolzen und auf die nötige Temperatur aufgeheizt wird, die für die Faserbildung nötig ist. Dieses geschmolzene und aufge heizte Polymer erreicht dann die MB-Düse 14. Diese Düse hat eine hohe Anzahl von kleinen Öffnungen, durch die das geschmolzene Polymer ge drückt und zu Fasern gezogen wird. Diese Fasern 15 werden direkt un terhalb dieser Düse von einem starken Luftstrom erfaßt, weiter ver streckt, in unterschiedliche Längen zerrissen und auf einer Unter lage, z. B. ein Papier aus Naturfasern 16, das auf einer Saugwalze 17 liegt, abgelegt. Da diese Fasern noch im heißen, klebrigen Zustand sind, verkleben sie mit den Naturfasern des Papieres. Anschließend wird das Material im erkalteten Zustand auf dem Wickler 18 aufge rollt. Die typischen Durchmesser dieser schmelzgeblasenen Fasern lie gen zwischen 2 und 7 µm. Die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Meltblown-Verfahrens.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen de taillierter beschrieben. Es ist jedoch selbstverständlich, daß diese Beispiele die vorliegende Erfindung in keinster Weise einschränken.

Beispiel 1

Komponente 1: Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad von 2,2
Komponente 2: Polyesteramid aus Caprolactam, Adipinsäure, Butandiol mit einem Amidgehalt von 40 Gew.-% und einem Estergehalt von 60 Gew.-% und einem massegemittelten Molekulargewicht von 24 500 (ermittelt mittels GPC in m-Kresol gegen Polystyrolstandard)
Komponente 3: Triacetin

Der Gehalt an Komponente 2 beträgt 10 Gew.-%, der Gehalt an Kompo nente 3 beträgt 3 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Komponente 1.

Beispiel 2

Komponente 1: Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad von 2,3
Komponente 2: Polyesteramid aus AH-Salz, Adipinsäure, Butandiol mit einem Amidgehalt von 60 Gew.-% und einem Estergehalt von 40 Gew.-% und einem massegemittelten Molekulargewicht von 19 300 (ermittelt mittels GPC in m-Kresol gegen Polystyrolstandard)
Komponente 3: Triethylcitrat

Der Gehalt an Komponente 2 beträgt 15 Gew.-%, der Gehalt an Kompo nente 3 beträgt 2 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Komponente 1.

Beispiel 3

Komponente 1: Celluloseacetat mit einem Substitutionsgrad von 2,3
Komponente 2: Polyesteramid aus AH-Salz, Adipinsäure, Butandiol mit einem Amidgehalt von 60 Gew.-% und einem Estergehalt von 40 Gew.-% und einem massegemittelten Molekulargewicht von 19 300 (ermittelt mittels GPC in m-Kresol gegen Polystyrolstandard)

Der Gehalt an Komponente 2 beträgt 8 Gew.-%, bezogen auf die Kompo nente 1.

Die Blends werden durch einfaches Mischen der Ausgangskomponenten auf handelsüblichen Zweiwellenextrudern der Fa. Werner & Pfleiderer her gestellt. Aus diesen Blends wurden mittels eines Schmelzspinnverfah rens in an sich dem Fachmann bekannter Weise Fasern einer Faserlänge von ca. 6 mm und einer Faserstärke von 1,6 Dernier hergestellt.

Beispiel 4

Komponente 1: Celluloseacetatfasern mit einem Substitutionsgrad von 2,1, einer Faserlänge von 6,35 mm und einer Faserstärke von 1,6 Der nier
Komponente 2: Triethylcitrat.

Der Gehalt der Komponente 2 beträgt 42,5 Gew.-%, bezogen auf die Kom ponente 1.

Unter Verwendung einer oben beschriebenen Spezialpapiermaschine wurde wie folgt ein kompostierbares hießsiegelfähiges Filtermaterial (Filtermaterialien 1 bis 4) produziert, wobei die heißsiegelfähigen Fasern etwa 20-30% bezogen auf das Gesamtflächengewicht des Mate rials ausmachen. Die heißsiegelfähigen Fasern bestehen aus den in den Beispielen 1 bis 3 beschriebenen Celluloseacetatgemischen mit Fasern einer Länge von 6,35 mm und 1,6 Dernier. Für das Filtermaterial 4 wurden die in Beispiel 4 genannten Celluloseacetatfasern mit der Kom ponente 2 in der Leimpresse in den angegebenen Mengenverhältnissen gemischt.

Die Herstellung mit den genannten Fasern erfolgte auf einer Papierma schine mit zwei Stoffaufläufen. Die erste Schicht bestand aus 100% Naturfasern (Mahlgrad 23°SR) bei einer Faserkonzentration von ca. 1 g/l und einem Flächengewicht von 11 g/m². Die zweite Schicht bestand aus 1/3 Naturfasern (Mahlgrad 23°SR) und 2/3 der wie oben beschrieben hergestellten Celluloseacetatfasern mit einer Faserkonzentration von 0,5 g/l und einem Flächengewicht von 6 g/m². Ferner wurden beiden Schichten 1,3% Aktivsubstanz des wasserlöslichen Epichlorhydrinharzes als Naßfestmittel zugesetzt. Die Oberflächentemperatur der Troc kenzylinder lag bei ungefähr 140°C, darüber hinaus wurde keine weitere thermische Behandlung durchgeführt.

Für das Filtermaterial 4 erfolgte die Behandlung der Celluloseacetat fasern mit Triethylcitrat in der Leimpresse derart, daß ca. 15% im fertigen Papier resultierten. Die Weichmacher wurden als 3%ige wäß rige Lösung eingesetzt und das Papier wurde im Nachtrockenprozeß bei einer Oberflächentemperatur bei ca. 105°C getrocknet.

Aus diesen heißsiegelfähigen biologisch abbaubaren Filtermaterialien 1 bis 4 wurden ferner heißgesiegelte Filterbeutel (Filterbeutel 1 bis 4) in einer Abmessung von ca. 7 × 7 cm nach folgendem Verfahren her gestellt:

Zwei Lagen des beschriebenen Filtermaterials wurden mit den heißsie gelfähigen Seiten gegeneinander gelegt und mit einem Siegelgerät auf allen Seiten mit einer Siegelnahtbreite von etwa 10 mm versiegelt.

Vor der endgültigen Versiegelung wurde der Filterbeutel mit 1,9 g Schwarztee gefüllt.

Anschließend wurden die Beutel, wie es beim Teeaufguß üblich ist, mit einer Menge von ca. 300 ml kochendem Wasser übergossen. Nach einer Einwirkungszeit (Ziehdauer) von 5 min wurden die Beutel aus der Tee lösung entfernt und die Siegelnähte geprüft.

Neben den mechanischen Eigenschaften, z. B. Stabilität der Beutel in kochendem Wasser, spielen zwei weitere Eigenschaften bei einem Fil terbeutel, z. B. für Tee, eine entscheidende Rolle:

- die Teediffusion, gemessen über die Luftdurchlässigkeit des Fil termaterials, sowie
- das Staub(Tee-)rückhaltevermögen des Filtermaterials.

Diese beiden Eigenschaften sind für den Einsatz des Filtermaterials als Filterbeutel für Extraktionsgetränke äußerst wichtig.

Aus diesem Grunde wurde das heißsiegelfähigen, biologisch abbaubare Filtermaterial in Bezug auf seine Infusion (Luftdurchlässigkeit) und sein Staubrückhaltevermögen geprüft.

Naturgemäß sind die Luftdurchlässigkeit (Diffusion) sowie das Staub(Tee)rückhaltevermögen des Filtermaterials in ihren Funktionen gegenläufig, d. h. ein sehr poröses, offenes Material liefert zwar in kurzer Zeit ein geschmacklich und farblich gutes Filtrat, allerdings läßt es sich nicht vermeiden, daß durch die sehr offenen Poren Tee partikel bereits in die Außenverpackung oder sogar in den Teeaufguß gelangen.

Ein dagegen sehr dichtes Material mit geringer Luftdurchlässigkeit und geringer Diffusion hält dagegen Teepartikel fast aller Größe zu rück, allerdings wird die Qualität des Aufgusses erst nach wesentlich längerer Zeit erreicht, auch unter Inkaufnahme von Geschmacksverlu sten.

Ziel war es daher, ein vollständig biologisch abbauba res/kompostierbares, heißsiegelfähiges Filtermaterial bereitzustel len, welches bei geringstem Partikelausfall des Füllgutes in kurzer Zeit ein kräftig gefärbtes und geschmacksstarkes Getränk liefert.

Messung

Die Messung des quantitativen Partikelrückhaltevermögens wird mit Hilfe definierter Partikelteilchen (Sand) gemessen, die in einer festgelegten Zeit und einer Rüttelbewegung mit festgelegtem Hub durch eine Lage des trockenen Filtermaterials hindurchfallen. Die hindurch gefallene Menge wird zur eingewogenen Menge prozentual ins Verhältnis gesetzt.

Die Geschmacks- und Farbentwicklung des Teefiltrates oder auch Tee diffusion genannt, wird durch die Luftdurchlässigkeit des Filtermate rials bestimmt. Die Luftdurchlässigkeit ist wiederum durch die Poren größe und Porenanzahl des Filtermaterials bestimmt.

Bei einer definierten Fläche Filtermaterial wird die Luftmenge in Li ter gemessen, die in einer Sekunde bei definiertem Unterdruck hin durchgeht und dann auf einen Quadratmeter umgerechnet. Die Messung erfolgte nach DIN EN ISO 9237.

Folgende Tabelle gibt einen Vergleich vierer biologisch abbaubarer kompostierbarer heißsiegelfähiger Filtermaterialien gegenüber einem herkömmlichen, bekannten Material (Vergleichsbeutel) mit nicht biolo gisch abbaubaren kompostierbaren Heißsiegelfasern aus Polypropylen (die Herstellung erfolgte wie oben beschrieben, wobei die zweite Schicht aus 1/3 Naturfasern (Mahlgrad 23°SR) und 2/3 Polypropylenfa sern einer Faserlänge von 4,6 mm und einer Faserstärke von 2,2 dtex bei einer Faserkonzentration von 0,5 g/l und einem Flächengewicht von 6 g/m² bestand) an.

Die Ergebnisse zeigen, daß die beiden biologisch abbaubaren Filterma terialien mit Celluloseacetatfasern hinsichtlich der Diffusion (Luftdurchlässigkeit) die besten Ergebnisse zeigen. Der Partikelaus fall ist gleichfalls gegenüber dem herkömmlichen Material mit Poly propylen wesentlich geringer, wobei Celluloseacetat mit Polyesteramid und Triethylcitrat das beste Ergebnis zeigt.

Der Versuch mit Celluloseacetatfasern, Polyamid und Triethylcitrat führt zu einer erniedrigten Migration des Weichmachers im Filterpa pier und reduziert alle damit verbundenen Nachteile bei gleichzeitig guter Diffusion und vertretbarem Partikelausfall.

Das bedeutet, daß die Seite mit der heißsiegelfähigen Schicht, welche aus biologisch abbaubaren Fasern gebildet wurde, mit einer großen An zahl von Mikroporen zu einer hohen Luftdurchlässigkeit (Diffusion) beiträgt.

Zugleich verhindert die heißsiegelfähige Schicht aus kompostierbaren Fasern, daß große Mengen von Teepartikeln durch diese Mikroporen und dadurch durch das Filtermaterial hindurchfallen.

Claims

1. Filtermaterial, das mindestens ein biologisch abbaubares Cellu losederivat enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulosederivat 0,05 bis 50 Gew.-Teile einer weichmachenden Substanz, bezogen auf 100 Teile Cellulosederivat, enthält, die aus Plastifizierungsmitteln und/oder biologisch abbaubaren Polymeren ausgewählt ist, wobei die biologisch abbaubaren Polymere ausgewählt sind aus der Gruppe der aliphatischen oder teilaromatischen Polyesteramide, aliphatischen oder teilaromatischen Polyester, aliphatischen oder teilaromatischen Polyesterurethane und aliphatischen oder aliphatisch-aromatischen Po lyestercarbonate, und wobei die Plastifizierungsmittel ausgewählt sind aus Triacetin, Triethylenglykol, Glycerin, Triphenylphosphat, Resorcindiphosphat, Polyethylenglykol, Propylenglykol, Milchsäure ethylester, Milchsäuremethylester, Caprolacton, Weinsäuredimethyl ester, Weinsäurediethylester, Glycerintriacetat, Triethylcitrat und Diethylcitrat.

2. Filtermaterial nach Anspruch 1, wobei das biologisch abbaubare Polymer aus der folgenden Gruppe von Polymeren ausgewählt ist:
Aliphatische oder teilaromatische Polyester:

A) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol oder besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cy cloaliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt mit 5 oder 6 C- Atomen im cycloaliphatischen Ring, wie beispielsweise Cyclohexandi methanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monome ren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propy lenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymeren daraus mit Molekularge wichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls gerin gen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt C₃-C₁₂-Al kyldiolen, wie beispielsweise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebe nenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen wie beispiels weise 1,2,3-Propantriol oder Trimethylolpropan sowie aus aliphati schen bifunktionellen Säuren, vorzugsweise C₂-C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure, Adipinsäure und/oder gegebenenfalls aromatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Phthalsäure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie bei spielsweise Trimellitsäure oder
B) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette beispielsweise Hydroxy buttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure, oder deren Derivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend A und B,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen;
aliphatische oder teilaromatische Polyesterurethane:
C) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol, besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cycloali phatischen bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit C₅- oder C₆-cy cloaliphatischem Ring, wie beispielsweise Cyclohexandimethanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monomeren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propylenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymeren daraus mit Molekulargewichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise C₃-C₁₂-Alkyldio len, wie beispielsweise Neopentylglykol, und zusätzlich gegebenen falls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise C₃- C₁₂-Alkylpolyolen, wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol oder Trimethy lolpropan sowie aus aliphatischen bifunktionellen Säuren, vorzugs weise C₂-C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure, Adipinsäure, und/oder gegebenenfalls aromatischen bi funktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthal säure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oder
D) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen, beispielsweise Hydroxybuttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure, oder deren Derivaten, beispiels weise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend C und D,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen,
E) aus dem Reaktionsprodukt von C und/oder D mit aliphatischen und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen und zusätzlich gegebenen falls höherfunktionellen Isocyanaten, mit vorzugsweise 1 bis 12 C- Atomen bzw. 5 bis 8 C-Atomen im Falle von cycloaliphatischen Isocya naten, z. B. Tetramethylendiisocyanat, Hexamethylendiisocyanat, Iso phorondiisocyanat, gegebenenfalls zusätzlich mit linearen und/oder verzweigten und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen und/oder hö herfunktionellen Alkoholen, vorzugsweise C₃-C₁₂-Alkyldi- oder -polyole bzw. 5 bis 8 C-Atomen im Falle von cycloaliphatischen Alkoholen, z. B. Ethandiol, Hexandiol, Butandiol, Cyclohexandimethanol, und/oder gege benenfalls zusätzlich mit linearen und/oder verzweigten und/oder cy cloaliphatischen bifunktionellen und/oder höherfunktionellen Aminen und/oder Aminoalkoholen mit vorzugsweise 2 bis 12 C-Atomen in der A1 kylkette, z. B. Ethylendiamin oder Aminoethanol, und/oder gegebenen falls weitere modifizierte Amine oder Alkohole wie beispielsweise Ethylendiaminoethansulfonsäure, als freie Säure oder als Salz,
wobei der Esteranteil C) und/oder D) mindestens 75 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus C), D) und E), beträgt;
aliphatische oder aliphatisch-aromatische Polyestercarbonate:
F) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol oder besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cy cloaliphatischen bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit 5 bis 8 C-Atomen im cycloaliphatischen Ring, wie beispielsweise Cyclohexandi methanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monome ren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propy lenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymere daraus mit Molekularge wichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls gerin gen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit C₂- C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise Neopentylglykol und zu sätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol, Trimethylolpropan sowie aus aliphatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise und bevorzugt Bernsteinsäure, Adipinsäure und/oder gegebenenfalls aromatischen bi funktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthal säure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oder
G) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette, beispielsweise Hydroxybuttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure, oder deren De rivaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend F und G,
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen,
H) einem Carbonatanteil, der aus aromatischen bifunktionellen Phe nolen, bevorzugt Bisphenol-A, und Carbonatspendern, beispielsweise Phosgen, hergestellt wird,
oder
einem Carbonatanteil, der aus aliphatischen Kohlensäurreestern oder deren Derivaten wie beispielsweise Chlorkohlensäureestern oder ali phatischen Carbonsäuren oder deren Derivaten wie beispielsweise Sal zen und Carbonatspendern, beispielsweise Phosgen, hergestellt wird, wobei
der Esteranteil F) und/oder G) mindestens 70 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus F), G) und H) beträgt
aliphatische oder teilaromatische Polyesteramide:
I) aus aliphatischen bifunktionellen Alkoholen, bevorzugt linearen C₂- bis C₁₀-Dialkoholen wie beispielsweise Ethandiol, Butandiol, Hexan diol oder besonders bevorzugt Butandiol und/oder gegebenenfalls cy cloaliphatischen bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit 5 bis 8 C-Atomen im cycloaliphatischen Ring, wie beispielsweise Cyclohexandi methanol, und/oder teilweise oder vollständig statt der Diole monome ren oder oligomeren Polyolen auf der Basis von Ethylenglykol, Propy lenglykol, Tetrahydrofuran oder Copolymere daraus mit Molekularge wichten bis 4000, bevorzugt bis 1000, und/oder gegebenenfalls gerin gen Mengen verzweigten bifunktionellen Alkoholen, vorzugsweise mit C₂- C₁₂-Alkyldicarbonsäuren, wie beispielsweise Neopentylglykol und zu sätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Alkoholen wie beispielsweise 1,2,3-Propantriol, Trimethylolpropan sowie aus aliphatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise und bevorzugt Bernteinsäure, Adipinsäure und/oder gegebenenfalls aromatischen bi funktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthal säure, Naphthalindicarbonsäure und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren wie beispielsweise Trimellitsäure oder
J) aus säure- und alkoholfunktionalisierten Bausteinen, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Kohlenstoffkette, beispielsweise Hydroxybuttersäure, Hydroxyvaleriansäure, Milchsäure oder deren Deri vaten, beispielsweise ε-Caprolacton oder Dilactid,
oder einer Mischung und/oder einem Copolymer enthaltend I) und K),
wobei die aromatischen Säuren nicht mehr als 50 Gew.-% Anteil, bezo gen auf alle Säuren, ausmachen,
K) einem Amidanteil aus aliphatischen und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifunktionellen Aminen, bevorzugt sind lineare aliphatische C₂- bis C₁₀-Diamine, und zusätzlich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunk tionellen Aminen, unter den Aminen bevorzugt Hexamethylendiamin, Iso phorondiamin und besonders bevorzugt Hexamethylendiamin, sowie aus linearen und/oder cycloaliphatischen bifunktionellen Säuren, vorzugs weise mit 2 bis 12 C-Atomen in der Alkylkette bzw. C₅- oder C₆-Ring im Falle von cycloaliphatischen Säuren, bevorzugt Adipinsäure, und/oder gegebenenfalls geringen Mengen verzweigten bifunktionellen und/oder gegebenenfalls aromatischen bifunktionellen Säuren wie beispielsweise Terephthalsäure, Isophthalsäure, Naphthalindicarbonsäure und zusätz lich gegebenenfalls geringen Mengen höherfunktionellen Säuren, vor zugsweise mit 2 bis 10 C-Atomen, oder
L) aus einem Amidanteil aus säure- und aminfunktionalisierten Bau steinen, vorzugsweise mit 4 bis 20 C-Atomen in der cycloaliphatischen Kette, bevorzugt ω-Laurinlactam, ε-Caprolactam, besonders bevorzugt ε- Caprolactam,
oder einer Mischung enthaltend L) und M) als Amidanteil,
wobei der Esteranteil I) und/oder K) mindestens 20 Gew.-%, bezogen auf die Summe aus T), K), L) und M) beträgt, vorzugsweise der Gewichtsanteil der Esterstrukturen 20 bis 80 Gew.-%, der Anteil der Amidstrukturen 80 bis 20 Gew.-% beträgt.

3. Filtermaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Filtermaterial ferner eine weitere Komponente enthält, die natürliche Fasern umfaßt.

4. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Fil termaterial aus zwei oder mehr Lagen unterschiedlicher Komponenten hergestellt, wobei mindestens eine Lage natürliche Fasern und eine Lage Fasern aus einem Blend aus Cellulosederivat und einer weichma chenden Substanz enthält, wobei gilt, daß sich die mindestens zwei Lagen nach der Herstellung des Filtermaterials teilweise durchdringen können.

5. Filtermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die erste Lage ein Flächengewicht zwischen 8 und 40 g/m² und eine Luftdurchläs sigkeit von 300 bis 4000 l/m².s (DIN ISO 9237) aufweist.

6. Filtermaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Lage mit den biologisch abbaubaren Cellulosederivatfasern ein Flächengewicht von 1 bis 15 g/m² aufweist.

7. Filtermaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die er ste Lage aus natürlichen Fasern besteht und naßfest ausgebildet ist.

8. Verwendung des Filtermaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Teebeuteln, Kaffeebeuteln oder Tee- bzw. Kaffee filtern.