DE19931402A1 - Biologisch abbaubare und kompostierbare Filtermaterialien - Google Patents
Biologisch abbaubare und kompostierbare FiltermaterialienInfo
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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.
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
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.
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
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.
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 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.
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.
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.
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 (8)
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:
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.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE1999131402 DE19931402A1 (de) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | Biologisch abbaubare und kompostierbare Filtermaterialien |
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DE1999131402 DE19931402A1 (de) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | Biologisch abbaubare und kompostierbare Filtermaterialien |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19931402A1 true DE19931402A1 (de) | 2001-01-11 |
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ID=7913971
Family Applications (1)
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DE1999131402 Withdrawn DE19931402A1 (de) | 1999-07-07 | 1999-07-07 | Biologisch abbaubare und kompostierbare Filtermaterialien |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19931402A1 (de) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1514587A1 (de) | 2003-09-13 | 2005-03-16 | Outlast Technologies, Inc. | Filtermaterial |
WO2013079378A2 (de) | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Basf Se | Verfahren zur herstellung von füllstoffhaltigem papier unter einsatz von biologisch abbaubare polyesterfasern und/oder polyalkylencarbonatfasern |
US8940135B2 (en) | 2011-12-01 | 2015-01-27 | Basf Se | Production of filled paper using biodegradable polyester fibers and/or polyalkylene carbonate fibers |
DE102014010196A1 (de) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | Rt-Filtertechnik Gmbh | Filterelement |
DE102013011271B4 (de) | 2012-07-05 | 2019-05-09 | Papierindustrie Maasmond B.V. | Verbesserter versiegelter Papierbeutel aus recyceltem Natronkraftpapier |
EP3672878A4 (de) * | 2017-08-23 | 2021-04-07 | Steeped, Inc. | Kaffeegetränk und verfahren |
-
1999
- 1999-07-07 DE DE1999131402 patent/DE19931402A1/de not_active Withdrawn
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