DE2167293C1

DE2167293C1 - Thermoplastisches,heisssiegelfaehiges Material zur Erzeugung von Heisssiegelungseigenschaften in einem bahnfoermigen Fasermaterial

Info

Publication number: DE2167293C1
Application number: DE19712167293
Authority: DE
Inventors: Sherrill John West Suffield Conn. Hazard jun.; Earl Walter Bloomfield Conn. Malcolm
Original assignee: Dexter Corp
Current assignee: Dexter Corp
Priority date: 1970-09-23
Filing date: 1971-09-22
Publication date: 1986-08-07
Also published as: BE772854A; GB1294064A; NL172577C; IT942431B; CA939107A; DE2147322C2; FR2112210B1; NL7113132A; FR2112210A1; DE2147322A1; SE388883B

Description

Die Erfindung betrifft ein Material zur Erzeugung von Heißsiegeleigenschaften in einem bahnförmigen, in Wasser abgesetzten Fasermaterial aus thermoplastischen, gestreckten, nicht granulierten Teilchen mit verfeinerter, f ibrillenförmiger Struktur.

Es ist bekannt, daß faseriges Papiermaterial zur Verwendung als Verpackungsmaterial zu Infusionszwecken bei der Herstellung von Teeaufgußbeuteln u. dgl. geeignet ist. Seit vielen Jahren sind eine Reihe von Versuchen unternommen worden, Papiermaterial der vorstehend beschriebenen Art heißsiegelfähige Eigenschaften zu verleihen, wodurch eine Heißsiegelung des Aufgußbeutels an seinen Rändern möglich wird, während sich gleichzeitig eine Beeinflussung oder Verschlechterung der Infusionseigenschaften des Papiers vermeiden läßt.

Bei Verwendung als Teebeutel o. dgl. ist es notwendig, eine wirksame Siegelung zu erreichen, die beim Eintauchen in heißem oder kochendem Wasser auch für einen erheblich längeren Zeitraum beständig ist. Ursprünglich wurde dies dadurch erreicht, daß eine granulierte oder gepulverte, thermoplastische, heißsiegelfähige Masse auf einer Oberfläche eines vorher geformten, porösen Papiermaterials verteilt und das granulierte Material teilweise geschmolzen wurde, wodurch es auf dem Papier haftete, ohne dessen poröse Struktur zu zerstören. Das allgemein verwendete thermoplastische Harz bestand aus einem Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeren, das in gepulverter Form leicht zugänglich ist. Leider stand das Harz nicht als feines Pulver zur Verfügung und führte bei dem Papier nicht nur zu einer außerordentlich rauhen Oberflächenbeschaffenheit, sondern auch zu unästhetisch wirkenden, durchscheinenden Flecken, die auf dem Papier verteilt waren. Beim anfänglichen Erhitzen des Copolymeren zur Erzielung einer besseren Haftung des Harzes auf der faserigen Papierstruktur schrumpfte das Harz außerdem ein, wodurch es unerwünschterweise agglomeriert oder verklumpte. Weiterhin neigte das geschmolzene Harz dazu, die Flüssigkeitsinfusionsgeschwindigkeit durch das Papier herabzusetzen. Schließlich ergaben sich noch Probleme dadurch, daß das Harz sich an den Schweißbacken der Versiegelungsmaschine ansammelte. Obwohl das Copolymere auch durch diskontinuierliche Walzenauftragung oder ähnliche Maßnahmen auf das vorgeformte Papier gebracht werden konnte, waren auf diese Weise behandelte Materialien kommerziell nie besonders erfolgreich.

In der US-PS 24 14 833 ist ein in hohem Maße poröses, in Wasser hergestelltes Papiermaterial beschrieben, welchem das heißversiegelnde Vinylharz in Faserform zugesetzt ist. Die thermoplastischen Fasern sind mindestens etwa 1,6 mm lang und werden während der Papierherstellung mit den Zellulosefasern mechanisch verschlungen. Dadurch läßt sich ein Ausmaß des kontrollierten Vermengens im Gewebe erreichen, das mit dem bisher verwendeten Pulver nicht zu erreichen ist. Die heißversiegelnden Fasern können im Gewebe verteilt werden, werden jedoch vorzugsweise hauptsächlich an einer Oberfläche des Papiermaterials angeordnet.

Obwohl die in den Papiermaterialien verwendeten copolymeren Vinylharze nach den entsprechenden FDA-Richtlinien genehmigt sind, können Teeprüfer immer geringe Spuren von Material feststellen, das in dem zur Teebereitung verwendeten heißen oder kochenden Wasser von dem Harz abgegeben wird. Infolge dieser erkennbaren und geschmacksbeeinträchtigenden Eigenschaften suchte man nach verbesserten Siegelungsmethoden und auch nach anderen thermoplastischen Materialien zur Verwendung als heißsiegelfähige Komponente in derartigen Papiermaterialien.

In diesem Zusammenhang wurden einige Verbesserungen im Vergleich zu copolymerpulver-beschichtetem Papier erzielt, indem das Copolymer durch Polyäthylen und ähnliche thermoplastische Polyolefinpulver ersetzt wurde, welche die unerwünschten geschmachsbeeinträchtigenden Eigenschaften nicht mehr aufweisen. Weil Polyäthylen eine kleinere spezifische Dichte als 1 aufweist, wird es im allgemeinen auf ein vorgeformtes Papier in Pulverform oder als gleichförmige dünne Schicht oder Folie, die nachträglich durch Hitzeschrumpfung zerstört wird, aufgetragen. Leider zeigt ein auf diese Weise mit Polyäthylenpulverbehandeltes Papier viele der gleichen Nachteile, wie sie auch vorher bei mit Pulver überzogenen Materialien auftraten. Das Pulver bleibt beispielsweise nicht auf einer Seite des Papiers haften. Außerdem ist es schwierig, das gepulverte Polyäthylen in geeigneter Weise auf das Papier aufzuschmelzen, ohne daß gleichzeitig durch die Hitzeeinwirkung Abbauerscheinungen im Papiermaterial auftreten.

Das erfindungsgemäße Material zur Erzeugung von Heißsiegeleigenschaften in einem bahnförmigen Fasermaterial ist dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus einem Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeren bestehen, daß sie eine Größenverteilung aufweisen, so daß mindestens 75% der Teilchen durch ein Sieb mit 0,42 mm öffnungen passen, und daß sie nicht zur Bildung einer selbsttragenden Bahn befähigt sind.

Die Teilchen des erfindungsgemäßen Materials bestehen aus brüchigen, dünnen Körpern, die selbst kein stabiles, ungeleimtes Papier bilden können. Sie weisen jedoch eine gestreckte, unregelmäßige Form und eine feine Struktur auf, wodurch sie vorzüglich in einem Naßprozeß zur Papierherstellung verwendbar sind. Ein mit dem erfindungsgemäßen Material als heißsiegelfähiger Komponente hergestelltes Papiermaterial weist eine glatte, heiß versiegelbare Oberfläche auf, welche im wesentlichen frei von der nachteiligen Rauheit oder den durchscheinenden Flecken ist, wie sie bisher bei Papiermaterialien mit einem Gehalt von pulverförmigen Vinyl-copolymeren auftraten.

Weitere Vorteile eines solchen Papiermaterials ergeben sich aus seiner ausgezeichneten Heißversiegelungsstärke, seiner vorzüglichen Widerstandsfähigkeit gegenüber Delamination in heißem oder kochendem Wasser und seinen geschmacksneutralen Eigenschaften, wobei geringe Mengen an heißversiegelten Teilchen benötigt werden und die Trockenversiegelungseigenschaften des Papiers nicht nachteilig beeinflußt werden.

Besonders vorteilhaft sind Teilchen, die an den Fasern des Papiermaterials verankert werden und mit ihm eine feste, mechanische Bindung ausbilden können, wobei gleichzeitig die mit granulierten, heiß versiegelbaren Teilchen erzielbaren Vorteile erhalten bleiben.

Besonders vorteilhaft sind weiterhin Teilchen, die dünne, verfeinerte und faserlose Stränge in unregelmäßiger, netzartiger Anordnung enthalten. Sie sind zur Verwendung als heißversiegelnde Komponente von in Wasser hergestellten Infusionspapiermaterialien besonders geeignet. Die Teilchen weisen keinerlei Tendenz zur Selbstadhäsion bei Raumtemperatur, d. h. unterhalb der zur Heißversiegelung benötigten Temperatur auf. Sie zeigen weiterhin geringe oder keine Kontraktions- oder Schrumpfungserscheinungen beim Erhitzen, wodurch Agglomerationen verhindert werden, wobei Sie gleichzeitig zu einer glatten Oberfläche des Papiermaterials, welchem sie einverleibt sind, führen.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich in einfacher und wirtschaftlicher Weise erzielen, Vorzugsweise unter Verwendung von in den entsprechenden FDA-Richtlinien genehmigten Materialien. Die heißsiegelbaren Infusionspapiermaterialien weisen ausgezeichnete geschmackliche und optische Eigenschaften bei außerordentlicher Heißsiegelungsstärke auf, wobei annähernd ein Drittel des bisher benötigten Heißsiegelungsmaterials eingespart werden kann.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, bei der auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.

Die Zeichungen zeigen:

F i g. 1 ein Fließband einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von verfeinerten Teilchen der Erfindung und Infusionsmaterialien und

F i g. 2 eine Fotografie durch ein Mikroskop bei etwa 105-facher Vergrößerung der verfeinerten, heißversiegelnden Teilchen nach der Erfindung.

Das in F i g. 1 abgebildete Fließband zeigt schematisch ein Verfahren zur Herstellung der heißvefsiegelnden Teilchen und Infusionspapiermaterialien. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, werden die verfeinerten heißversiegelten Teilchen mit Hilfe einer gleichzeitigen Ausfällung und Streckung umfassenden Technik hergestellt. Die Teilchen werden in Form eines zähen, in Wasser dispergierbaren, flockigen Niederschlags erhalten und weisen eine gestreckte, nicht granulierte, fibrillin-förmige Struktur auf, wodurch sie während der Papierherstellung mit herkömmlichen Fasern zur Papierherstellung unter Bildung des gewünschten, heiß versiegelbaren Infüsionspapiers verankert werden können. Die Teilchen nach der Erfindung stellen jedoch keine papierformenden Fasern dar und können allein kein stabiles, ungeleimtes Papier bilden. Dementsprechend müssen sie zum Erhalten der gewünschten stabilen, faserigen Papierstruktur mit anderen Fasern zur Papierherstellung kombiniert werden.

Wie weiterhin aus dem Fließband ersichtlich, wird das heiß versiegelbare, thermoplastische Harz in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst und nachfolgend in Form von verfeinerten Teilchen ausgefällt. Ein für das Harz geeignetes Ausfällungsmittel wird zur Erzielung der gewünschten Verfeinerung geeigneter Strömungsbedingungen unterworfen, beispielsweise durch schnelle Bewegung, Rühren oder andere Scherbedingungen oder einfach durch rasches Strömen durch eine rohrförmige Ausfällungskammer. Die Harzdispersion wird unter diesen Bedingungen zu dem Ausfällungsmittel gegeben, und wenn das Harz aus der Lösung ausgefällt wird, entsteht die nicht granulären und faserlosen flockigen Teilchen in gestreckter Form.

Das tatsächliche Aussehen der heißversiegelnden Teilchen ergibt sich aus der in F i g. 2 abgebildeten Vergrößerung. Man erkennt die einzelnen Stränge von gestreckten Harzteilchen als regellos orientiertes Netz oder Matrix aus dünnen, brüchigen, fibrillin-förmigen Strängen. Man erkennt weiterhin, daß das Harz nicht in Form von Teilchen gleicher Größe vorliegt. Das Harz weist dagegen erhebliche Unterschiede bezüglich seiner Größe und Form auf und scheint eine Vielzahl von fibrillinartigen Strängen aufzuweisen, die sich in seine Hauptebene hinein und aus ihr heraus erstrecken. Dieser in höchstem Maße regellose, fibrilline Aufbau läßt die heißversiegelnden Teilchen äußerst gut zur Haftung im Papierherstellungsprozeß geeignet werden, obwohl etwa 85% der Teilchen eine Größe von weniger als 0,397 mm aufweisen und in Abwesenheit von anderen Fasern zur Papierherstellung selbst kein stabiles, ungeleimtes Papier bilden können. Die Teilchen sind in Wasser gut dispergierbar und können an der Naßpartie einer Papiermaschine in einer im wesentlichen gleichen Weise wie herkömmliche Papierfasern aufgegeben werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, sie so in die Papiermaschine einzubringen, daß sich ein zweischichtiges, heiß versiegelbares Infusionspapiermaterial bildet.

In dem Zwei-Schichten-Verfahren werden die Teilchen praktisch durch die anfängliche Ablagerung von Papierfasern aus ihren wässrigen Dispersionen filtriert, bevor sich das Papier vollständig gebildet hat oder vollständig entwässert worden ist. Die Teilchen werden vorzugsweise an einer Oberfläche des Papiers angeordnet und verleihen ihr somit die gewünschte Heißversiegelungseigenschaften. Besonders vorteilhaft ist, daß die heißversiegelnden Teilchen nach der Erfindung äußerst günstige Eigenschaften aufweisen, beispielsweise keine Schrumpfungserscheinungen beim Erhitzen im herkömmlichen Papiertrocknungssystem, geringe oder keine Neigung zur Agglomeration oder Selbstadhäsion und keine nachteilige Papierdurchdringung bei Versiegelungstemperaturen.

Das normalerweise feste, synthetische, als Ausgangsmaterial verwendete thermoplastische Harz muß leicht in einem geeigneten Lösungsmittel löslich und aus ihm unter den erforderlichen Bedingungen ausfällbar sein, damit die gewünschte Verfeinerung erhalten wird. Thermoplastische Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymere erfüllen diese Bedingungen, weil sie in Aceton leicht löslich und aus ihrer Lösung durch Zugabe zu einem geeigneten Ausfällungsmittel, beispielsweise Wasser oder einer Wasser-Aceton-Mischung, leicht ausfällbar sind.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Vinyl-Copolymeren, wie sie unter entsprechenden FDA-Richtli-

nien zur Verwendung in Teeaufgußbeuteln u. dgl. genehmigt sind, näher beschrieben. Dementsprechend ist das bevorzugte Harz ein aus etwa 86% Vinylchlorid und 14% Vinylacetet bestehendes Copolymer. Die spezielle Form des als Ausgangsmaterial verwendeten Harzes ist ohne Bedeutung, weil das Harz während des Prozesses nach der Erfindung gelöst wird.

Selbstverständlich können die besonderen Lösungs- und Ausfällungsmittel je nach dem jeweils verwendeten Harz variiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Lösungsmittel aus Aceton, nicht nur wegen seiner Löslichkeitseigenschaften, sondern auch, weil es dem Ausfällungsprozeß angepaßt werden kann, indem das Harz lediglich durch Zugabe zu Wasser oder einer Wasser-Aceton-Mischung ausgefüllt wird.

Wie vorstehend beschrieben, werden die heißversiegelnden Teilchen nach der Erfindung hergestellt, indem

ίο die Dispersion des thermoplastischen Harzes zu einem Ausfällungsmittel für das Harz unter geeigneten Bewegungsbedingungen zugegeben wird. Der Ausfällungsprozeß unterwirft das synthetische, polymere Material bei der Ausfällung gleichzeitig starken Scherkräften. Das Verfahren führt zum Auseinanderreißen und Strecken des Niederschlags und ergibt dünne, verfeinerte, nicht granulierte Teilchen. Obwohl die Ausfällungstechnik unter gleichzeitiger Scherung den Verfahren ähnelt, wie sie in der Zellulose-Acetat-Industrie und bei der Herstellung von faserartigen Materialien (fibrids) gebräuchlich sind, weisen die Teilchen nach der Erfindung im wesentlichen keine faserartigen (fibrid) Eigenschaften auf. Sie bilden insbesondere keine in Wasser stabile Papierstruktur und weisen in Wirklichkeit auch keine faserartige Struktur auf, weil sie allein kein stabiles, ungeleimtes Papier bilden können. Genauer ausgedrückt können lediglich aus diesen Teilchen bestehenden Papiere nicht von einem papierformenden Draht entfernt werden und besitzen keinerlei oder nur eine geringe Festigeit nach dem Trocknen an der Luft.

Es ist weiterhin hervorzuheben, daß die Stärke der Bewegung während des Ausfüllens der heißversiegelnden Teilchen variiert werden kann, weil die Ausbildung von faserartigem Material (fibrid) nicht erforderlich ist. Die Kraft, mit der die Verfeinerung jedoch durchgeführt wird, muß groß genug sein, um dem ausfallenden Harz eine gestreckte, nicht granulierte Struktur zu verleihen, so daß es in einem Papierherstellungsprozeß verwendet und im Papier mit herkömmlichen Fasern zur Papierherstellung verankert werden kann. Die Zusammensetzung der heißversiegelten Teilchen wird nach dem Ausfällen normalerweise filtriert und gründlich gewaschen, bevor sie in Wasser zur Weiterverwendung in der Naßpartie einer Papiermaschine dispergiert wird. Es ist anzunehmen, daß das fehlende Schrumpfungsverhalten der Teilchen beim Erhitzen in der dünnen, verfeinerten Natur der Harzteilchen, wie sie sich während des Ausfällungsprozesses ausbildet, begründet ist.

Die Konzentration des Harzes in seiner Lösung vor dem Ausfällen kann in gewissen Bereichen variiert werden, beträgt jedoch gewöhnlich weniger als etwa 25 Gew.-%. Der tatsächliche allgemeine Arbeitsbereich beträgt etwa 5—15Gew.-%. Bevorzugt wird für das Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer eine Konzentration von etwa 7—9 Gew.-% in Aceton.

Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sind bestimmte Temperatur- und Konzentrationsbedingungen für die Ausfällungslösung erforderlich. In einer bevorzugten Ausführungsform, in der das Harz in einer Acetonlösung gelöst wird, kann ein eine Aceton-Wasser-Mischung enthaltendes Ausfällungsmittel verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Acetonkonzentration in der Ausfällungslösung weniger als etwa 50% beträgt und die Lösung unterhalb der Raumtemperatur, d.h. unterhalb etwa 25°C gehalten wird. Werden eine oder beide dieser miteinander in Zusammenhang stehenden Bedingungen variiert, wird das entstehende heißsiegelfähige Teilchen beeinflußt. Beispielsweise führt eine Acetonkonzentration in der Ausfällungslösung von weniger als etwa 5% zu unwirtschaftlichen Ergebnissen im Isolierungssystem. Die Arbeitskonzentration für die Ausfällungsflüssigkeit kann zwar zwischen 5 und 30 Gew.-% Aceton schwanken, die bevorzugte Konzentration beträgt jedoch zwischen 10 und 20% Aceton, eine typische Konzentration etwa 15%.

Wie bereits ausgeführt, sind Temperaturen oberhalb 25° C unerwünscht. Wenn beispielsweise von 30⁰C verwendet wird, erhalten die Teilchen adhäsive Eigenschaften, neigen zur Agglomeration und erhalten eine ungünstige Größe. Die Temperatur des Ausfällungsmittels liegt vorzugsweise zwischen etwa 0 bis 5° C. Bei diesen Temperaturen werden gute Dispersionen des Niederschlags erhalten; außerdem wird die Filtration der entstehenden, nicht faserigen Teilchen erleichtert. Dementsprechend besteht eine bevorzugte Ausfällungslösung aus etwa 15% Aceton und wird bei einer Temperatur von etwa 0⁰C gehalten. Unter diesen Bedingungen bleiben die heißsiegelfähigen Teilchen dispergiert und zeigen keine unerwünschte Selbstadhäsion.

Wie weiterhin ausgeführt, hängt die Teilchengröße von einer Anzahl von Faktoren ab. Im allgemeinen sollten die Teilchen zur Verwenung in einem Naßprozeß geeignet und der Fähigkeit von Papiermaschinen zur Bearbeitung von Dispersionen der Teilchen angepaßt sein. Große Teilchen liefern allgemein schlechte Dispersionen im Papierherstellungssystem und weisen schlechte Verfilzungs- und Adhäsionseigenschaften bezüglich der Papierfasern während des herkömmlichen Papiertrocknungsprozesses auf. Außerdem ergeben große, grobe Teilchen eine relativ rauhe Oberfläche, neigen zum Ausflachen (coining effect) während der Papierherstellung und führen zu nachteiligen, durchscheinenden Flecken im Siegelungsbereich des Infusionspapiermaterials. Kleine Teilchen ergeben natürlich gute Dispersionen während der Papierherstellung und haften in ausgezeichneter Weise während des Trocknungsprozesses am Papier. Die Teilchengröße nimmt mit zunehmender Scherkraft während des Ausfällens ab. Die Scherkraft kann sich natürlich mit der Bewegungsgeschwindigkeit und der Viskosität des Ausfällungsmittels ändern.

Der Zeitraum, in welchem der Niederschlag in hohem Maße plastisch und deformierbar ist, beeinflußt die Größe der entstehenden heißsiegelfähigen Teilchen. Durch Verlängerung der Ausfällzeit, beispielsweise bei Verwendung eines Ausfällungsmittels mit einem großen Gehalt an Polymerlösungsmittel, erhalten die Scherkräfte mehr Möglichkeiten zum Auseinanderreißen der Struktur, wodurch feinere heißversiegelnde Teilchen gebildet werden.

Die heißversiegelnden Teilchen nach der Erfindung werden in geeigneter Weise nach der Bauer-McNett-Ska-Ia klassifiziert. Die Trennung wird an einer wäßrigen Dispersion von Teilchen durchgeführt und wird als an

Sieben verschiedener Größe zurückgehaltener Teilchenprozentsatz wiedergegeben. Teilchen, die von einem 14-Mesh-Sieb zurückgehalten werden, sind allgemein bei der Herstellung von heiß versiegelbaren Infusionspapiermaterialien aus den vorstehenden Gründen unerwünscht. Ein kleinerer Anteil, d.h. weniger als etwa 1% derartiger Teilchen kann jedoch hingenommen werden, ohne daß das Papiermaterial im wesentlichen nachteilig beeinflußt wird. Teilchen, die von einem Sieb mit Öffnungen von 0,42 mm zurückgehalten werden, sind dann unerwünscht, wenn sich ihr Anteil der 50%-Marke nähert. Mengen bis zu etwa 25 Gew.-% können im allgemeinen hingenommen werden, ohne daß sich nachteilige Effekte zeigen. Dementsprechend müssen die Ausfällungsbedingungen so kontrolliert werden, daß große Teilchen der vorstehend beschriebenen Art die obigen Grenzen unterschreiten. Tatsächlich werden vorzugsweise etwa 15—20% und weniger der Teilchen von einem Sieb mit öffnungen von 0,42 mm zurückgehalten. Für die übrigen 80—85% gilt vorzugsweise eine normale Größenverteilung, für die ein Sieb mit 0,10 mm Öffnungen einen typischen Mittelwert darstellt. Die von einem 0,42 mm-Sieb zurückgehaltenen Teilchen weisen allgemein nicht so gute Eigenschaften auf, wie Teilchen, die fein genug sind, um durch das 0,42 mm-Sieb zu gehen, jedoch groß genug sind, um von einem 0,10 mm-Sieb zurückgehalten zu werden.

Die Eigenschaften bezüglich der Versiegelungsdurchdringung hängen ebenfalls von der Teilchengröße ab. Große Penetrationswerte bedeuten eine mögliche Ansammlung von Harz an den Heißversiegelungsbacken einer Versiegelungsmaschine. Obwohl die Untergrenze der Teilchengröße variiert werden kann, ist jedoch hervorzuheben, daß die Teilchen groß genug sein müssen, um von dem faserigen Grundmaterial während der Herstellung des Infusionspapiermaterials zurückgehalten zu werden. Eine Anzahl von Beispielen für Größenverteilungen von heißversiegelnden Teilchen, mit denen gute bis ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden, sind in Tabelle I wiedergegeben.

Tabelle I

Größenverteilung der Teilchen*

Die Größe der bei der Scherausfällung entstehenden Teilchen kann, wie dies häufig der Fall ist, bei der Verwendung von in der Papierindustrie üblichen Vermahlungsvorrichtungen verkleinert werden, beispielsweise durch einen Pulpen-Abscheider nach Jordan. Tatsächlich sind die in einer derartigen Maschine auftretenden starken hydraulischen Scherkräfte dem Metall-auf-Metall-Kontakt, wie er in anderen üblichen Vermahlungsvorrichtungen, beispielsweise in Holländern, auftritt, vorzuziehen. Weiterhin ist hervorzuheben, daß die hier erwähnte Teilchengröße sich direkt auf die Herstellung von Infusionspapiermaterialien zur Verwendung auf dem Kaffee- und Teesektor und daß es andere Anwendungsgebiete gibt, wo sich die Anwesenheit von größeren Teilchen nicht nachteilig auswirkt.

Wie vorstehend ausgeführt, wird das heiß versiegelbare Infusionspapiermaterial hergestellt, indem eine verdünnte Dispersion von heiß versiegelbaren Fasern aus Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer in einen Eintrag von nicht thermoplastischen Fasern zur Papierherstellung gegeben wird, während diese Fasern auf dem papierbildenden Draht abgelagert werden. Die Fasern aus Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer werden vorzugsweise in den Aufgabebehälter einer Papiermaschine gegeben. Sie werden dann auf dem papierformenden Draht an einer mittleren Stelle entlang des Verlaufs des Drahtes zur Fasersammlung abgeschieden.

Die Anordnung der Papiermaschine erfolgt im wesentlichen in der üblichen Weise. Das Flottenverhältnis der Teilchendispersion nach der Erfindung ist annähernd das gleiche wie bei üblichen Verfahren. Die Dispersion wird so zum Papierfasereintrag gegeben, daß sich Teilchen und Fasern vermischen und sich gemeinsam auf dem papierformenden Sieb der Papiermaschine abscheiden. Im allgemeinen beginnen sich die nicht thermoplastischen Fasern zur Papierherstellung auf dem papierformenden Sieb an einer Stelle anzuscheiden, die in Strömungsrichtung von dem Einführungsort der heißsiegelfähigen Teilchen liegt. Auf diese Weise wird zunächst eine erste oder anfängliche Faserschicht auf dem papierformenden Sieb der Maschine gebildet, so daß eine Oberfläche des entstehenden Infusionspapiermaterials aus vollständig nicht thermoplastischen Fasern zur Papierherstellung besteht. Auf diese Weise wirkt die erste Schicht des Papiermaterials als Basis zur Aufnahme und Verankerung der heißsiegelfähigen Teilchen. Die Fasern lagern sich zusammen mit den Teilchen weiterhin ab, wenn das papierformende Sieb durch den Aufgabebehälter bewegt wird, wobei die Fasern das Abscheiden und Zurückhalten der Teilchen unterstützen. Obwohl auf der oberen Oberfläche des entstehenden Papiers einige Fasern zur Papierherstellung zugegen sein können, enthält sie jedoch hauptsächlich heißsiegelfähige Teilchen, Dadurch nimmt zwangsläufig die Konzentration der Teilchen in der Teife des Papiers ab. Anders ausgedrückt, wirkt die primäre Faserabscheidung sowohl als Filterbett für die Teilchen als auch als Basis für die Aufnahme weiterer Fasern. Dabei ist zu beachten, daß selbst die Primärabscheidung der Fasern äußerst verdünnt ist und weiterhin an der Dynamik des Systems teilnimmt, wobei eine gute Verfilzung mit nachfolgend abgeschiedenen Teilchen auftritt. Obwohl die zwei Schichten des Papiers durch keine scharfe Linie getrennt sind, ist die untere Oberfläche des Papiers im wesentlichen frei von thermoplastischen Teilchen. Dies ist besonders vorteilhaft,

Größe der Sieb	Zurückgehaltene Teilchen (%)	B	C	D	E
öffnung (mm)	A	0,0	0,5	0,4	0,4
1,17	0,2	16,7	15,5	16,4	18,6
0,42	14,1	35,6	57,8	60,4	55,9
0,10	38,4	47,7	26,2	22,8	25,1
Bodentellerinhalt —	47,3
* Bauer-McNett-Skala

Tabelle II	Verfeinerte	Faser
	Teilchen

Grundgewicht* (kg)	4,26	4,30
Gesamt	1,36	1,41
Versiegelung	773	653
Trockenblattspannung (N/m)	364	187
Naßblattspannung (N/m)	585 +	353
Dampfbeständigkeit (sek.)	90	56
Trockenblattspannung (N/m)	205	103
Luftdurchlässigkeit
(cm³/s pro cm²)

wenn das Papiermaterial in einer heißversiegelnden Verpackungsmaschine verwendet werden soll. Derartige Maschinen sind gewöhnlich mit geheizten, unter Druck arbeitenden Backen ausgestattet, und es ist daher wichtig, daß das thermoplastische Material nicht mit den heißen Backen in Berührung kommt, damit auf ihnen eine Ansammlung von Harz und ein Bruch der erhaltenen Versiegelungen vermieden wird.

Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal wird zur Erzielung der gleichen und sogar-verbesserten Heißversiegelungseigenschaften wesentlich weniger thermoplastisches Material der Erfindung benötigt. Insbesondere werden die vorstehend beschriebenen Eigenschaften von Papiermaterialien mir einem bestimmten Gehalt von thermoplastischen Fasern jetzt bei Verwendung von nur zwei Dritteln des bisher benötigten Versiegelungsmaterials nach der Erfindung erreicht. Als spezielles Beispiel für die erfindungsgemäß erhaltenen Ergebnisse gibt

ίο Tabelle II die Eigenschaften von zwei heiß versiegelbaren Papiermaterialien wieder, die auf identische Weise aus annähernd gleichen Anteilen von copolymeren Fasern und verfeinerten Teilchen hergestellt wurden.

(cm

* Materialgewicht pro Ries (480 Blatt, 60,96 χ 91,44 cm)

In Anbetracht des Unvermögens der heißsiegelfähigen Teilchen zur Bildung eines ungeleimten Papiers in Abwesenheit von Fasern zur Papierherstellung ist es im allgemeinen vorzuziehen, daß der zweischichtige Papieraufbau angewendet wird. Eine vollständige Vermischung der Teilchen mit den herkömmlichen Fasern zur Papierherstellung kann jedoch auch durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß die Teilchen in genügendem Ausmaß in der Blattstruktur festgehalten und aus ihr während des Papierherstellungsprozesses nicht herausgewaschen werden. Wenn die heißsiegelfähigen Teilchen und Papierfasern gründlich durchmischt werden, ist es häufig erwünscht, die Zusammensetzung der thermoplastischen Teilchen im Papier mit hochzermahlenen Zellulosefasern (flock) unter Bindung festzuhalten. Andere übliche Bindemittel können ebenfalls mit Erfolg angewendet werden.
Die bei der Papierherstellung entstehenden Infusionspapiermaterialien zeigen einen dünnen, porösen, leichten Aufbau, sind jedoch von ausreichender Festigkeit, um die nachfolgenden Maßnahmen zur Weiterverarbeitung, wie sie bei der Herstellung von Teeaufgußbeuteln und dgl. notwendig sind, auszuhalten. Papiermaterialien der beschriebenen Art weisen im allgemeinen ein Grundgewicht zwischen etwa 4,08 und 7,26 kg pro Ries (480 Blatt, 60,96 χ 91,44 cm) auf und sind in Heißsiegelungsmaschinen leicht zu bearbeiten.

Die folgenden Ausführungsbeispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung. Die angegebenen Mengen beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel I

Eine Lösung des Heißsiegelungsharzes wurde durch Auflösen von etwa 4,08 kg eines Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeren handelsüblich in etwa 45,36 kg Aceton hergestellt.

Eine wäßriges Aceton enthaltende Ausfällungslösung mit einem Gehalt von etwa 17% Aceton wurde hergestellt und auf etwa 5° C gekühlt.

Ein rohrförmiger Niederschlagsapparat oder Aspirator mit einer Einlaßöffnung für die Ausfällungslösung mit einem Durchmesser von etwa 3,97 mm und einer Einlaßöffnung für die Harzlösung mit einem Durchmesser von etwa 1,59 mm wurde als Ausfällungsvorrichtung verwendet. Die Ausfällungslösung wurde durch den Aspirator mit eine Strömungsgeschwindigkeit von 7,5 g/min und einem Arbeitsdruck von 6,2 bar geleitet. Die Harzlösung mit einer Temperatur von 30° C wurde durch die Eintrittsöffnung für die Harzlösung mit einer Einspritzgeschwindigkeit von 0,65 g/min und einem Einspritzdruck von 0,34 bar eingespritzt.

Unter diesen Bedingungen bildete sich ein flockiger Niederschlag, der nach Waschen und Filtrieren die folgende Teilchengrößenverteilung aufwies:

Maschengröße Zurückgehaltene Teilchen

(mm) (Gew.-%)

1,17	0,1
0,42	21,3
0,10	53,7
Bodentellerinhalt	24,9

In Abwesenheit zusätzlicher herkömmlicher Fasern zur Papierherstellung konnten die entstehenden Teilchen io kein stabiles, ungeleimtes Papier bilden.

Beispiel II

Ein heißsiegelbares, zweischichtiges Papiermaterial wurde entsprechend der in der US-PS 24 14 833 beschrie- 15 benen Technik hergestellt, wobei als Siegelmischung eine verdünnte Dispersion mit einem Gehalt von 85% der
verfeinerten Teilchen aus Beispiel I und 15% eines Zellulosefasereintrags verwendet wurden. Ein zweischichtiges, heißsiegelbares Papiermaterial wurde unter im wesentlichen identischen Bedingungen wie in der obigen
Patentschrift erhalten. Typische Eigenschaften von auf diese Weise hergestellten Zwei-Papier-Materialien sind
in Tabelle III wiedergegeben: 20

Tabelle III

45 Materialgewicht pro Ries (480 Blatt, 60,96 χ 91,44 cm)

	Probe 1	Probe 2
Grundgewicht* (kg)
Gesamt	4,35	4,54
Versiegelung	1,29	1,15
Trockenblattspannung (N/m)
Maschinenrichtung	1380	1580
Querrichtung	390	439
Körnungsverhältnis (%)	29	28
Querrichtung-	163	183
Naßblattspannung (N/m)
TMI-Stärke(mm)	0,84	0,89
(TappiStd.T411os-76)
Scheinbare Dichte (g/cm³)	0,19	0,19
Luftdurchlässigkeit	97	91
(cm³/s per cm²)
Trockenberstdruck (kPa) (Mullen) Trockenaufspaltung (N/m)	58,8	47,1
Maschineneinrichtung
Querrichtung	101	99
Dampf beständigkeit (sek.)	84	66
291 +	219 +

Beispiel III

Das Verfahren nach Beispiel I wurde wiederholt, wobei die Ausfällungslösung 19% Aceton enthielt. Die Lösung wurde durch den Aspirator mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 6,5 g/min und einem Arbeitsdruck von 5,5 bar geleitet. Die entstandenen verfeinerten Teilchen wiesen die folgende Teilchengrößenverteilung auf.

Siebgröße Zurückgehaltene Teilchen

(mm) (Gew.-%)

1,17	0,3
0,42	18,2
0,10	48,6
Bodentellerinhalt	32,9

Das daraus entsprechend dem Verfahren von Beispiel II hergestellte heißsiegelfähige Papiermaterial wies die für die Probe 3 in Tabelle V aufgeführten Eigenschaften auf.

Beispiel IV

Eine Lösung von Heißversiegelungsharz wurde hergestellt indem in etwa 56,7 kg Aceton etwa 3,86 kg eines copolymeren Vinylchlorid-Vinylacetat-Harzes (handelsüblich) gelöst wurden.

Eine wäßrige Acetonlösung mit einem Gehalt von etwa 15% Aceton wurde als Niederschlagslösung hergestellt und auf eine Temperatur von etwa 0°C gekühlt. Die Niederschlagslösung wurde durch den Aspirator mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 5 g/min und einem Arbeitsdruck von etwa 6,52 bar geleitet. Die Harzlösung wurde durch das Eintrittsrohr für die Harzlösung mit einer Einspritzgeschwindigkeit von etwa 0,4 g/min und einem Injektionsdruck von 0,41 bar eingespritzt. Unter diesen Bedingungen bildete sich ein flockiger Niederschlag, der nach dem Waschen und Filtrieren in Abwesenheit von zusätzlichen herkömmlichen Fasern zur Papierherstellung kein stabiles, ungeleimtes Papier bilden konnte.

Entsprechend der in Beispiel II beschriebenen Weise wurden heiß versiegelbare Papiermaterialien hergestellt. Typische Eigenschaften von zwei so erhaltenen Papiermaterialien, die mit verschiedenen Mengenverhältnissen an verfeinerten Teilchen hergestellt wurden, werden in Tabelle IV mit den entsprechenden Eigenschaften von im Handel erhältlichen heiß versiegelbarem Material verglichen:

Tabelle IV

* Materialgewicht pro Ries (480 Blatt, 60,96 χ 91,44 cm)
60

Beispiel V

Die Verfahren von Beispiel I und Beispiel II wurden wiederholt, wobei ein zweischichtiges Papiermaterial mit den Eigenschaften der Proben 6 und 7 in Tabelle V erhalten wurden.

	Handelsübliches	Probe 4	Probe 5
	Papier
Grundgewicht* (kg)
Gesamt	4,42	4,23	4,02
Versiegelung	1,38	0,71	1,03
Trockenblattspannung (N/m)
Maschinenrichtung	897	1297	1075
Querrichtung	371	363	340
Körnungsverhältnis (%)	41	28	32
Querrichtung-Naßblattspannung (N/m)	137	134	122
TMI-Stärke(mm)	0,76	0,86	0,89
(TappiStd.T411os-76)
Scheinbare Dichte (g/cm³)	0,22	0,18	0,17
Gurley-Porösität (cm³/s pro cm²)	254	136	139
Trockenberstdruck (k PaXMullen)	38,2	58,8	50,0
Trockenaufspaltung (N/m)
Maschinenrichtung	94	86	108
Querrichtung	—	64	78
Dampfbeständigkeit (sek.)	530	113	516
Papier-pH-Wert	5,5	4,4	4,5

	21 67 293	4,23	* Materialgewicht pro Ries (480 Blatt, 60,96 χ 91,41 cm)	Probe 7	Probe 8	Probe 9
Tabelle V		1,30
	Probe 3 Probe 6			4,46	4,49	3,72
Grundgewicht* (kg)		973	Beispiel VI	1,37	1,39	0,82
Gesamt	4,49	373
Versiegelung	1,34	39		1099	1111	907
Trockenblattspannung (N/m)		148	446	292	329
Maschinenrichtung	1285		42	26	36
Querrichtung	325	0,76	181	115	123
Körnungsverhältnis (%)	26
Querrichtung-	120	0,21	0,76	0,84	0,81
Naßblattspannung (N/m)		102
TMI-Stärke(mm)	0,97	52,0	0,22	0,20	0,18
(TappiStd.T411os-76)			87,4	172	220
Scheinbare Dichte (g/cm³)	0,17		54,9	56,9	41,2
Gurley-Porösität (cm³/s pro cm²)	174	112
Trockenberstdruck (k Pa)	38,2	86
(Mullen)		600 +	107	105	94
Trockenaufspaltung (N/m)		4,0	99	78	62
Maschinenrichtung	99	423 +	432 +	372
Querrichtung	66	4,0	—	—
Dampf beständigkeit (sek.)	219 +
Papier-pH-Wert	4,2

Das in Beispiel I beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit einer Acetonkonzentration von 15% im Ausfällungsmittel. Zwei verschiedene Partien verfeinerter Teilchen mit Teilchengrößenverteilungen, wie sie in Tabelle I, Spalten A und B, Wiedergegeben sind, wurden hergestellt.

Papiermaterialien, die aus den vereinigten Partien hergestellt wurden, wiesen die in Tabelle V, Proben 8 und 9, wiedergegebenen Eigenschaften auf.

35 Beispiel VII

Es wurden 15 g Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymer in 150 ml Aceton gelöst. Es wurden 750 ml l%ige Carboxymethylcellulose in einem Waring-Mischer hergestellt. Die Acetonlösung wurde in die Carboxymethylcellulose gegossen, während der Mischer auf hochtouriges Rühren eingestellt war. Das anfallende Material wurde auf einem Büchner-Trichter filtriert und fünfmal mit 500 ml Leitungswasser gewaschen. Das anfallende Filtrat konnte nicht von dem Trichter entfernt werden (d. h. in feuchtem Zustand konnte es kein selbsttragendes Blatt bilden). Durch Trocknen an der Luft wurde auch ein Pulver erhalten, das keinen »blattartigen Zusammenhalt« aufwies. Folglich waren sowohl Naß- als auch Trocken-»Reißlänge« Null.

Die Glätte der Heißversiegelungsoberfläche des unter Verwendung der verfeinerten Fasern der Erfindung hergestellten Papiermaterials war erheblich besser als die des im Handel erhältlichen Materials. Tatsächlich war die Glätte vergleichbar mit derjenigen, die bei einer nachträglichen Kalanderbehandlung erreichbar ist. Die außerordentliche Glattheit des Materials ist für den Fachmann jederzeit erkennbar, sie kann jedoch auch durch Messung der statischen Friktion der Papieroberfläche nach ASTM-Verfahren D 1894-63 bestimmt werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens wurde festgestellt, daß das mit verfeinerten Teilchen der Erfindung hergestellte Papiermaterial dem Typ nach eine nominale statische Friktion von etwa 106 gm aufweist. Mit Vinylharzfasern hergestellte Papiermaterialien weisen dagegen einen entsprechenden Wert von 142 gm auf.

Der geschmacksneutrale Charakter des Papiermaterials ist ebenfalls verbessert. Zwar ist diese Qualitätsprüfung sehr subjektiver Art, jedoch wurde von anerkannten Geschmacksprüfern festgestellt, daß das Papier einen wesentlich neutraleren Geschmack aufweist als Papiere, die mit Vinylharzfasern hergestellt wurden.

Die Papiermaterialien wurden ebenfalls auf Heißversiegelungsmaschinen getestet. Dabei ließ sich keine Siegelpenetration oder Harzansammlung an den Schweißbacken feststellen. Außerdem wurden größere Versiegelungsstärken bei gleichen Arbeitsgeschwindigkeiten und Versiegelungstemperaturen erhalten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

Material zur Erzeugung von Heißsiegeleigenschaften in einem bahnförmigen, in Wasser abgesetzten Fasermaterial aus thermoplatischen, gestreckten, nicht granulierten Teilchen mit verfeinerter, fibrillenförmiger Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilchen aus einem Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymeren bestehen, daß sie eine Größenverteilung aufweisen, so daß mindestens 75% der Teilchen durch ein Sieb mit 0,42 mm Öffnung passen, und daß sie nicht zur Bildung einer selbsttragenden Bahn befähigt sind.