DE60026170T2

DE60026170T2 - Aufgussbeutel und entsprechende herstellungsmaterialien

Info

Publication number: DE60026170T2
Application number: DE60026170T
Authority: DE
Inventors: John Edward Rose; Andrew Kevin Lydney JORDAN; Glyn A. Bury WARDLE
Original assignee: J R Crompton Ltd
Current assignee: J R Crompton Ltd
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: EP1237447A2; ATE318095T1; DE60026170D1; EP1237447B1; WO2001041610A3; AU2195901A; WO2001041610A2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich sowohl auf Getränkeaufgussverpackungen (z. Bsp. Teebeutel, Kaffeebeutel und dergleichen) als auch auf poröse, faserstoffartige Materialien von Papierbahnen für die Verwendung bei der Herstellung solcher Verpackungen.
Getränkeaufgussverpackungen, wie etwa Teebeutel, enthalten ein partikelförmiges Getränkevorläufermaterial, z. Bsp. Teeblätter oder Kaffeekörner, in einem Säckchen, einem Beutel, einer Tasche oder dergleichen (alles in zweckdienlicher Weise hierin als Beutel bezeichnet) aus einem porösen, faserstoffartigen, zellulosischen Material. Dieses Material besitzt typischerweise ein Basisgewicht von 10 bis 30 g m^–2 und wird oft als "Papierfaserstoff" oder "Seidenpapier" bezeichnet. Dieses Material kann von dem Typ "mit Wärmeversiegelung" oder "ohne-Wärmeversiegelung" sein und die Erfindung betrifft primär die Herstellung von Getränkeaufgussverpackungen mit Hilfe von Techniken, bei welchen keine Wärmeversiegelung vorkommt, obwohl der Vollständigkeit halber weiter unten eine Beschreibung von "Wärmeversiegelungs-" oder „heißversiegelten" Papierfaserstoffen gegeben wird.
"Heißversiegelter" Papierfaserstoff bzw. Papier umfasst zwei oder mehr Schichten, welche in Abfolge aufeinander, die eine Schicht auf die Oberseite der anderen, nass verlegt werden. Die eine Schicht enthält nur zellulosische Fasern und die andere besteht aus thermoplastischen Fasern. Eine Getränkeaufgussverpackung wird aus solch einem Papierfaserstoff hergestellt, indem der Beutel derart gebildet wird, dass Schichten des Papierfaserstoffs, welche thermoplastische Fasern enthalten, in einer Juxtaposition zueinander angeordnet werden und dann heiß versiegelt werden.
"Nicht heißversiegelter" Papierfaserstoff enthält im Allgemeinen (aber nicht notwendigerweise) eine einzelne nass verlegte Schicht aus zellulosischen Fasern, welche aus Mischungen von gut bekannten Fasern für die Papierherstellung erzeugt werden, welche sich sowohl auf Holzmaterialien als auch auf Nichtholzmaterialien erstrecken, z. Bsp. Manilahanf Sisal, Jute, gebleichte und ungebleichte weiche und harte Holzarten und in einigen Fällen zugelassene synthetische Fasern, wie etwa Viskosereyon. Das Material wird typischerweise über den Weg des Nassverlegungsverfahrens auf einer geneigten, Siebpapierherstellungsmaschine erzeugt. Das Material wird im Allgemeinen mit klassischen, nassen und trockenen, die Festigkeit verstärkenden, chemischen Produkten behandelt, wie etwa mit CMC (Carboxylmethylzellulose) und Kymene (Epichlorhydrin).
Getränkeaufgussverpackungen (z. Bsp. Teebeutel), welche aus einem solchen "nicht heiß versiegelten" Material hergestellt werden, weisen einen Falz auf, welcher durch eine mechanische Kompressionseinwirkung (z. Bsp. eine Kräuselung) erzeugt worden ist. Beispiele solcher Verpackungen sind diejenigen von dem Typ der "Doppelkammer", mit einer Schnur und einem Etikett, welche daran befestigt sind, so wie dieselben sowohl mit den Constanta- als auch mit den Perfecta-Maschinen in der ganzen Welt hergestellt werden.
Kurz gesagt, solche Doppelkammerverpackungen werden hergestellt durch ein längsseitiges Falten bzw. Umklappen eines Streifens des nicht heiß versiegelten Papierfaserstoffs, so dass die freien längsseitigen Kanten gegenseitig aneinander grenzen. Diese zwei Kanten werden dann zusammen mehrere Male übereinander gefaltet und die Falte wird dann verstärkt unter Zuhilfenahme eines druckkontrollierten Zahnrades, welches von den Experten auf diesem Gebiet als ein Kräuselrad bekannt ist. Der so hergestellte Schlauch wird dann zu der endgültigen Doppelkammer-Getränkeaufgussverpackung geformt (welche das Vorläufermaterial für das Getränk enthält). Solch eine Verpackung weist in der Tat eine kurze Länge des Schlauches auf, welcher in Querrichtung so gefaltet wird, dass die breitseitigen Enden benachbart zueinander und zu der gekräuselten Versiegelung liegen, welche sich längsseitig entlang den inneren Seiten des Beutels erstreckt, welch letzterer an seinen Querenden durch eine Klammer geschlossen wird, an welcher eine Schnur und ein Etikett befestigt werden können.
Um ein Getränk herzustellen wird der Beutel mit heißem Wasser übergossen. Dies kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem man den Beutel in heißes Wasser eintaucht, indem man heißes Wasser auf den Beutel gießt oder indem man das Wasser und den Beutel in einem Mikrowellenofen erhitzt. Diese Einwirkung des Übergießens des Beutels mit heißem Wasser bewirkt, dass der Beutel sich aufbläht und schwimmt auf Grund der Tatsache, dass das Wasser die Porenstruktur des Papierfaserstoffs überbrückt und einen Gasbarrierenfilm bildet, welcher die Atmosphäre und die flüchtigen Stoffe einschließt, welche bei dem Aufgusszubereitungsprozess erzeugt werden. Die Aufblähung des Beutels erhöht die Spannung auf den mechanisch erzeugten Falz bis zu einem Grad, welcher zumindest teilweise von dem Typ und von der Dosierung des Getränkevorläufermaterials in der Verpackung, z. Bsp. schwarzer Tee oder Kräutertee, abhängt. Diese Spannung auf den mechanischen Falz kann derart sein, dass sie zu einem Versagen desselben führt und bewirkt, dass die Teeblätter, der gemahlene Kaffee oder dergleichen in dem Getränk freigesetzt werden und dies ist offensichtlich nicht erwünscht. Das Problem des Versagens des Falzes tritt dann auf, wenn die nasse Kräuselfestigkeit des Falzes nicht hoch genug ist, und das Problem verschlimmert sich bei der Mikrowellenmethode des Aufgießens eines Getränks, wobei die ausgedehnte Zeitdauer der Energiezufuhr (z. Bsp. während einer Zeitdauer von zwei Minuten) die Spannung steigert, welche auf den mechanischen Falz sowohl in einer kalten als auch in einer heißen Umgebung ausgeübt wird, und das Problem hat eine nachteilige Auswirkung auf die meisten der klassischen, nassen und trockenen, chemischen Systeme, die eingesetzt werden.
DE-A-800 032 offenbart einen Getränkeaufguss (z. Bsp. einen Teebeutel), welcher aus einem porösen, faserstoffartigen, zellulosischen Material gebildet ist und welcher einen Verschlussfalz besitzt, welcher durch eine mechanische Kompressionseinwirkung ohne eine Wärmeversiegelung erzeugt wird. Das faserstoffartige, zellulosische Material kann 20% einer synthetischen Viskosefaser enthalten.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Nachteile aus dem Weg zu räumen oder zu mildern.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Getränkeaufgussverpackung geliefert, welche aus einem porösen, faserstoffartigen, zellulosischen Material gebildet ist und welche einen durch eine mechanische Kompressionseinwirkung ohne Wärmeversiegelung erzeugten Schließfalz aufweist, wobei das besagte poröse Material thermoplastische Fasern enthält, welche amorph sind oder welche nur teilweise kristallin sind, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Fasern als ein geschmolzenes oder als ein thermisch gebundenes Netzwerk vorliegen.
Somit wird gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Getränkeaufgussverpackung durch ein Material gebildet, welches Fasern eines thermoplastischen Stoffes enthält, welcher amorph oder (stärker bevorzugt) teilweise kristallin ist, wobei die thermoplastischen Fasern als ein geschmolzenes oder als ein thermisch gebundenes Netzwerk vorliegen. Wir haben herausgefunden, dass solche Fasern eine deutliche Erhöhung der mechanischen Falzintegrität bewirken. Die Trockenfestigkeit des Falzes ist ausreichend, um ein Aufplatzen des Beutels und ein Verschütten des Getränkevorläufermaterials während der Herstellung, dem Verpacken, der Lieferung und/oder der Verwendung durch den Verbraucher zu verhindern. Darüber hinaus ist die Nassfestigkeit der Kräuselung derart, dass es zu keinem wesentlichen Versagen des Falzes kommt, wenn die Aufgussverpackungen gemäß der Erfindung verwendet werden, entweder wenn kochendes Wasser auf den Beutel gegossen wird, um das Getränk zuzubereiten, oder wenn die Aufgussverpackung mit Wasser in einem Mikrowellenherd erhitzt wird.
Wir wünschen in keiner Weise an eine Theorie gebunden zu sein, aber wir glauben, dass der Erfolg der vorliegenden Erfindung mehreren Gründen zuzurechnen ist. Erstens sind die thermoplastischen Fasern in dem Papier an den gegenüberliegenden Seiten des Falzes gebogen und sie bilden eine fest zusammenfügte, verriegelte, synthetische Matrix, welche für kochendes Wasser und für die Mikrowellenenergie undurchlässig ist. Zweitens gewährleistet die Tatsache, der zufolge die thermoplastischen Fasern amorph oder nur teilweise kristallin sind, dass die elastische Rückstellung der Fasern begrenzt ist, was den gekräuselten Falz dazu befähigt, in einer heißen, wässrigen Umgebung unter einer hohen Spannungsbelastung gehalten zu werden.
Die Erfindung ist besonders wirkungsvoll in dem Fall, wo der mechanisch erzeugte Falz gebildet wird durch ein gemeinsames Umfalten von aneinander grenzenden Kanten des porösen Materials und durch Anlegen einer mechanischen, komprimierenden Kraft an die umgefalteten Kanten. Die komprimierende Kraft kann angelegt werden durch Kräuselung z. Bsp. durch Verwendung eines druckkontrollierten Zahnrades (ein so genanntes Kräuselungsrad). In solch einem Fall werden die Faser zusammen gekräuselt, was einen zusätzlichen Grad an Verriegelung und daher eine Vergrößerung der Falzintegrität liefert.
Die Getränkeaufgussverpackung gemäß der Erfindung kann zum Beispiel ein Teebeutel sein, z. Bsp. von dem Doppelkammertypus, aber dieselbe ist ebenfalls anwendbar für andere Getränke, z Bsp. für Kaffee.
Das poröse, faserstoffartige Material wird im Allgemeinen ein Basisgewicht von 10 bis 30 g m^–2 aufweisen, typischer von 10 bis 20 g m^–2, z. Bsp. von 10 bis 13 g m^–2. Es wird bevorzugt wenn das Material 5 bis 30 Gewichtsprozent an thermoplastischen Fasern aufweist, stärker bevorzugt man 10 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent und als ideal wünscht man 15 Gewichtsprozent bis 25 Gewichtsprozent.
Das Material kann durch herkömmliche Techniken der Papierfabrikation hergestellt werden, indem man eine aus zellulosischen und thermoplastischen Fasern bestehende Suspension auf einem das Papier bildenden Stoff einer Papierherstellungsmaschine (z. Bsp. eine geneigte Siebpapierherstellungsmaschine) ausbreitet und Wasser aus der ausgebreiteten Suspension durch den Stoff entzieht.
Zellulosische Fasern, welche die Suspension bilden, können diejenigen sein, welche nach herkömmlicher Art und Weise für das Herstellen von nicht heiß versiegeltem Papier für Getränkeaufgussbeutel verwendet werden, und sie können sowohl holzartige als auch nicht holzartige Materialien mit einschließen, wie etwa Manilahanf, Sisal, Jute und gebleichte und ungebleichte weiche und harte Holzarten.
Im Allgemeinen werden die relativen Mengen an den nicht holzartigen Materialien gegenüber den holzartigen Materialien 40 bis 80 Gewichtsteile des nicht holzartigen Materials gegenüber 20 bis 60 Gewichtsteile des holzartigen Materials ausmachen.
Das Material kann hergestellt werden durch ein Verlegen von aufeinander folgenden Schichten einer Suspension (möglicherweise von unterschiedlicher Zusammensetzung) die einen auf die Oberseite der anderen, so wie es z. Bsp. in WO-A-9704956 beschrieben worden ist. Man zieht es jedoch stärker vor, wenn das Material nur eine einzelne Schicht aus zellulosischen und thermoplastischen Fasern enthält. Dies ist ein wichtiger Aspekt bei der Erfindung und dem eigenen rechtlichen Umfang und daher wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ein poröses, faserstoffartiges Papierbahnmaterial geliefert, welches ein Basisgewicht von 10 bis 30 g m^–2 aufweist und welches aus einer einzigen, nassverlegten Schicht einer Mischung aus zellulosischen und thermoplastischen Fasern besteht, welche amorph oder nur teilweise kristallin sind, und welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die thermoplastischen Fasern in einem geschmolzenen oder in einem thermisch gebundenen Netzwerk vorliegen.
Das Material gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist dafür geeignet und es ist vorwiegend dazu bestimmt, Getränkeaufgussverpackungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung herzustellen. Das Material ist jedoch auch für irgendeine andere Verwendung geeignet, bei der ein poröser, mechanisch gekräuselter Falz mit einer hohen Nassfestigkeit erforderlich ist.
Vorzugsweise beträgt die Kristallinität der thermoplastischen Fasern weniger als 40%, um die elastische Rückstellung der Faser auf 10% zu verringern, was den mechanischen Falz dazu befähigt, in einer heißen, wässrigen Umgebung unter einer hohen Spannungsbelastung gehalten zu werden. Stärker bevorzugt man eine Kristallinität von 10 bis 20%.
Beispiele von thermoplastischen Materialien, welche verwendet werden können, sind Polypropylen, Polyester, Polyamid 6, 66, 11, 12 und Polyethylen von hoher Dichte. Block- oder Zufallscopolymere oder Terpolymere von Propylen und Ethylen können auch verwendet werden.
Die thermoplastischen Fasern werden vorzugsweise eine Dicke von 0,55 bis 6,7 decitex (0,5 bis 6,0 Denier) aufweisen, obwohl man im Allgemeinen die besten Ergebnisse mit Fasern in dem Bereich von 2,2 bis 4,4 decitex (2 bis 4 Denier) erzielen wird.
Die Länge der thermoplastischen Fasern kann 0,5 mm bis 12 mm betragen, vorzugsweise 3 mm bis 6 mm und in typischer Weise eine Länge von 5 mm.
Die thermoplastischen Fasern in der Papierbahn sind "geschmolzen" oder thermisch gebunden, dies bei einer Temperatur, welche größer ist als die kristalline Schmelztemperatur der thermoplastischen Fasern.
Solch ein "Schmelzen" kann zwei Wirkungen ergeben. Erstens kann die Kristallinität der thermoplastischen Fasern, aus denen die Papierbahn hergestellt ist, auf einen gewünschten Wert vermindert werden. Somit können die Fasern zum Beispiel am Anfang eine deutliche Kristallinität (z. Bsp. größer als 50% und möglicherweise größer als 80%) aufweisen und diese Kristallinität kann durch die Wärmebehandlung auf den bevorzugten Wert, von sagen wir 10–20%, vermindert werden. Zweitens werden die Fasern an ihren Verbindungen (oder an ihren Kontaktpunkten) zusammengeschmolzen, um eine fest zusammenhängende, verstärkte, kristalline Matrix zu liefern. Die Wirkung des Schmelzens der thermoplastischen Papierbahn verbessert weiterhin die trockene und die nasse Kräuselfunktionalität durch eine Erhöhung der Elastizität der Papierbahn, dies besonders in der Orientierung quer zur Maschinenrichtung.
Die thermoplastischen Fasern, aus denen die Papierbahn hergestellt ist, können aus einem isotaktischen Polypropylen bestehen, welches zu Fasern mit einem Kristallisationsgrad von mindestens 75% gezogen worden ist, wobei die Kristallinität anschließend während des oben beschriebenen Schritts des "Schmelzens" vermindert wird.
Die Kristallinität der Fasern kann kolorimetrisch bewertet werden. Somit werden, wenn das Polypropylen (ein bevorzugtes Thermoplast für die Verwendung im Rahmen der Erfindung) aus der Schmelze kristallisiert wird und unter Spannung gezogen wird, die Reihen von Kristalliten, als Sphärolithe bekannt, in der längsverlaufenden Richtung des Filaments hochgradig orientiert sein. Dank der hochgradig orientierten Sphärolithe zeigen die Fasern dann, wenn sie unter polarisiertem Licht betrachtet werden, eine kennzeichnende, leuchtend gelbe Verfärbung, welche den Grad der Kristallisation anzeigt.
Wenn Polypropylen im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet und thermisch bei einer Temperatur gebunden wird, welche größer ist als die Kristallschmelztemperatur des Polypropylens, dann werden die Sphärolithe in stärkerem Ausmaß zufällig orientiert und unter einem polarisierten Licht zeigen sie nur eine schwache Offenkundigkeit einer gelben Verfärbung.
Bei den gegenwärtigen Getränkeaufgussbeuteln, welche mit einer Versiegelung hergestellt werden, die durch eine mechanische Kompression erzeugt wird, ist zu erkennen, dass wenn die anfänglich gebildete trockene Versiegelung unter einem vordefinierten Wert liegt, die Festigkeit der Kräuselung in dem nassen Zustand (Nasskräuselung) nicht groß genug sein wird. Die vorliegende Erfindung jedoch kann eine mehr als angemessene, nasse Kräuselungsversiegelung für den Mikrowelleneinsatz bei einem nur geringen Anstieg für die nasse Kräuselungsfestigkeit erzeugen.
Das Material entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung oder irgendein anderes Material, aus dem eine Getränkeaufgussverpackung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt werden soll, kann mit Zusatzstoffen behandelt werden (entweder durch eine Zugabe zu der nassen Suspension aus Papierbreimaterial oder bei einer Dimensionspresseneinheit), welche per se dafür bekannt sind, dass sie eine nasse und trockene Festigkeit verleihen, z. Bsp. Carboxymethylzellulose (CMC) und Epichlorhydrin [z. Bsp. erhältlich unter dem Namen KYMENE (Warenzeichen)]. Diese Zusatzstoffe können auf solche Weise verwendet werden, dass sie mindestens 1 Gewichtsprozent davon an das Material liefern.
Insbesondere in dem Fall, wo die Papierbahn mit Epichlorhydrin behandelt wird, zieht man es vor, dass es auch mit Poly(vinylalkohol) behandelt wird, welcher die Wirkung hat, die trockene Festigkeit zu steigern und welcher (in Verbindung mit dem Epichlorhydrin) die nasse Kräuselfestigkeit verbessert. Der Poly(vinylalkohol) ist vorzugsweise ein solcher, welcher einen Hydrolysegrad von mindestens 60% aufweist, stärker bevorzugt mindestens 80% und am stärksten bevorzugt 95% bis 99,9%.
Der Poly(vinylalkohol) kann zum Beispiel von dem Typ sein, welcher als die "superhydrolysierte" Variante bekannt ist und welcher z. Bsp. unter der Bezeichnung AIRVOL (Warenzeichen) bei Air Products erhältlich ist.
Die Niveaus, bis zu denen der Poly(vinylalkohol) auf die Papierbahn angewendet werden wird, werden im Allgemeinen in dem Bereich von 0,5 bis 4 Gewichtsprozent liegen, typisch sind 1,0 bis 2 Gewichtsprozent.
Es ist möglich, dass das poröse, faserstoffartige Material (aus dem die Getränkeaufgussverpackung hergestellt ist) relativ hydrophil ist, derart dass während des Aufgießens des Getränks, der Beutel sich schnell durchnässt und in die Ausgussflüssigkeit herabsinkt, womit eine zufrieden stellende Aufgießgeschwindigkeit geliefert wird. Die Hydrophilie des porösen, faserstoffartigen Materials kann gemessen werden durch einen Wassersteigtest, bei dem das untere Ende eines vertikal angeordneten Streifens [1'' × 5'' (2,54 × 12,70 cm)] des Materials in das Wasser eingetaucht wird und bei dem dann die Zeit gemessen wird, die das Wasser braucht, um in dem Material 1'' (2.54 cm) hochzusteigen. Gemäß der Erfindung zieht man es vor, dass das poröse, faserstoffartige Material einen Wassersteigwert von weniger als 70 Sekunden, z. Bsp. 20 bis 40 Sekunden, aufweisen sollte, ideal wären etwa 30 Sekunden.
Ein weiteres Mittel, um die Hydrophilie zu messen, besteht in dem Wassertropfentest, bei dem eine Mikrospritze verwendet wird, um einen kleinen Wassertropfen bei der Umgebungstemperatur auf eine einzelne Schicht der Aufgusspapierbahn tropfen zu lassen, welches um seine äußere Begrenzung herum von einem Ring mit einem kleinen Durchmesser, typischerweise 2'' (5,08 cm), getragen wird. Die Zeit, die der Wassertropfen braucht, um sich auf die Aufgusspapierbahn auszubreiten und auf derselben in sich selbst zusammenzufallen, d. h. um einen Kontaktwinkel von Null zu bilden, wird mittels einer Stoppuhr gemessen. Man zieht es vor, dass das poröse, faserstoffartige Material bei dem Wassertropfentest einen Wert von weniger als 10 Sekunden aufweisen sollte, stärker bevorzugt weniger als 5 Sekunden und sogar noch stärker bevorzugt weniger als 1 Sekunde.
Die Hydrophilie der Papierbahn kann erzielt werden durch eine Behandlung mit Epichlorhydrin und mit Poly(vinylalkohol).
Die Erfindung wird mittels der nachfolgenden, nicht begrenzenden Beispiele illustriert, bei denen das poröse, faserstoffartige Material (gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung) so hergestellt wurde, wie dies in den Beispielen 4 und 5 illustriert wird. Die Beispiele 1–3 stellen vergleichende Materialien dar.
BEISPIEL 1 – (VERGLEICHEND)
Eine Standard NHSTB 12,3–13,0 gsm Aufgusspapierbahn wurde auf einer geneigten Pilotpapiermaschine aus 70% Manila und 30% weichem Holz hergestellt und mit 1% Kymene und 2% CMC abgebunden. Dieses Material wurde dann zu 94,3 mm Rollen zerschnitten und in einem befeuchteten Laboratorium auf den typischen Feuchtigkeitsgehalt von 7–8% nach Industrienorm konditioniert, da bekannt ist, dass eine niedrige Feuchtigkeit die Umwandlungsparameter ausgesprochen nachteilig beeinflusst.
BEISPIEL 2 – (VERGLEICHEND)
Eine 12,3–13,0 gsm Aufgusspapierbahn aus einem Latex NHSTB Prototyp nach USA Stil wurde auf der geneigten Pilotpapiermaschine aus 70% Manila und 30% weichem Holz hergestellt und mit 1% Kymene und 13,5% eines Copolymers aus Ethyl- und Butylacrylatlatex abgebunden. Dieses Material wurde dann zu 94,3 mm Rollen zerschnitten und in einem befeuchteten Laboratorium auf den typischen Feuchtigkeitsgehalt von 7–8% nach Industrienorm konditioniert.
BEISPIEL 3 – (VERGLEICHEND)
Eine 12,3–13,0 gsm Aufgusspapierbahn aus einem Latex NHSTB Prototyp nach europäischem Stil wurde auf der geneigten Pilotpapiermaschine aus 60% Manila, 30% weichem Holz, 10% hartem Holz hergestellt und mit 1% Kymene und 13,5% eines Copolymers aus Methacrylatstyrolbutadienlatex abgebunden. Dieses Material wurde dann zu 94,3 mm Rollen zerschnitten und in einem befeuchteten Laboratorium auf den typischen Feuchtigkeitsgehalt von 7–8% nach Industrienorm konditioniert.
BEISPIEL 4 (ERFINDUNG)
Eine Standard NHSTB 12,3–13,0 gsm Aufgusspapierbahn wurde auf der geneigten Pilotpapiermaschine aus 55% Manila und 30% weichem Holz, 15% Polypropylen (3 denier, 5 mm) hergestellt und mit 1% Kymene abgebunden. Während der Herstellung dieses Materials wurde das Polypropylen zu einem amorphen Zustand "geschmolzen/thermisch gebunden", indem man das Polymer über seine kristalline Schmelztemperatur hinaus erhitzte. Das Material wurde dann zu 94,3 mm Rollen zerschnitten und in einem befeuchteten Laboratorium auf den typischen Feuchtigkeitsgehalt von 7–8% nach Industrienorm konditioniert.
BEISPIEL 5 (ERFINDUNG)
Eine Standard NHSTB 12,3–13,0 gsm Aufgusspapierbahn wurde auf der geneigten Pilotpapiermaschine aus 55% Manila und 30% weichem Holz, 15% Polypropylen (3 denier, 5 mm) hergestellt und mit 1% Kymene und 2% PVOH (Airvol 165) abgebunden. Während der Herstellung dieses Materials wurde das Polypropylen zu einem amorphen Zustand "geschmolzen/thermisch gebunden", indem man das Polymer über seine kristalline Schmelztemperatur hinaus erhitzte. Das Material wurde dann zu 94,3 mm Rollen zerschnitten und in einem befeuchteten Laboratorium auf den typischen Feuchtigkeitsgehalt von 7–8% nach Industrienorm konditioniert.
Die in den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Materialien wurden einer gewissen Anzahl von Tests bzw. Versuchen ausgesetzt, wie sie unten detailliert beschrieben sind. Soweit nichts anderes vermerkt ist, wurden die Teebeutel für die Verwendung bei den Tests auf einer Constanta NHSTB Maschine bei einer Geschwindigkeit von 140 Beutel/Minute hergestellt. Die Beutel wurden mit einer Menge von 1,8 Gramm schwarzem Tee abgepackt, gleichmäßig zwischen den zwei Kammern verteilt, und der Verschluss wurde standardmäßig gefertigt wurde unter Verwendung einer Stahlklammer.
TEST 1 – VERSAGEN DER KRÄUSELUNG IN DEN MIKROWELLEN
Die Energieabgabe von Mikrowellen ist in den letzten paar Jahren dramatisch angestiegen und liegt jetzt typischerweise bei 850–1200 Watt für Anwendungen im Haushalt. Es ist auch beobachtet worden, dass die Energie, welche der Infusionsverpackung während des typischen Zubereitungszyklus zugeführt wird, für eine gegebene Mikrowellenwattleistung variieren kann in Abhängigkeit von der Bauart, dem Modell und davon, ob die Mikrowelle „kalt" ist, d.h. ob es die erste Benutzung ist, oder ob die Mikrowelle „heiß" ist, d.h. ob es die zweite und die nachfolgenden Benutzungen während einer anhaltenden Periode sind.
Das Testregelwerk, das festgelegt worden ist, um die obige Beobachtung zu bewerten und um eine breite Angabe hinsichtlich der Akzeptanz des Aufgussmaterials über einen Bereich von Bedingungen zu bekommen, wird im Folgenden in groben Zügen dargelegt:

• Mikrowelle, verwendet wird ein 1200 Watt variabler Leistungsbereich einer Haushaltseinheit, welche von Philips Industries hergestellt wurde.
• Wasser, wird aus einer für die Region gemeinsamen Kaltwasserversorgung für den Haushalt entnommen.
• 5 Wiederholungen werden durchgeführt ohne irgendwelche Abkühlungszeiten zwischen den Tests.
• Die Beutel werden bei Umgebungstemperatur in 175 ml Wasser gelegt, welches in einem 250 ml Laboratoriumbecherglas der Qualitätsstufe B 250 enthalten ist.
• Das Becherglas wird durch die Glastür beobachtet, sowohl während es der Mikrowellenenergie ausgesetzt ist als auch dann, wenn es aus der Mikrowelle entfernt worden ist, und dabei werden die folgenden Beobachtungen hinsichtlich der nachfolgenden Fragestellungen aufgezeichnet:
– Versagt die Endversiegelung durch die Kräuselung während des Prozesses der Zubereitung, wie es durch das Vorhandensein von Teeblättern in dem Becherglas angezeigt wird?
– Wenn der Teebeutel entfernt wird und der festgeklammerte Verschluss an der Oberseite offen ist, zeigt dann der gekräuselte Gratverschluss Zeichen einer Verformung derart, dass der Beutel ganz nahe dran ist sich zu öffnen?
• Der Test wird dann unmittelbar für die nächste Replik wiederholt, bis die 5 Proben getestet worden sind.
• Der Mikrowelle wird es dann erlaubt, sich bis auf die Umgebungstemperatur abzukühlen und der Test wird dann bei der nächsten Leistungseinstellung (90%) wiederholt, bis der vollständige Bereich der Einstellung (60–100%) für einen gegebenen Probentypus abgeschätzt worden ist.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt.
TABELLE 1: MIKROWELLEN KRÄUSELUNGSVERSAGEN VERSUS ENERGIEZUFUHR
TEST 2 – TEE-SIEBSICHTUNG
Die Menge an Tee, der man es erlaubt, durch die Aufgusspapierbahn hindurchzutreten, ist von kritischer Bedeutung, weil sie eine Begrenzung darstellt für die Art und Weise wie der Hersteller des Teebeutels den eingesetzten Tee mischen/mahlen kann. Dies hat Auswirkungen sowohl auf die endgültige Aufgießgeschwindigkeit für den Teebeutel als auch darauf, wie viel Tee in der Verpackung während des Transportes verloren geht (Tee Siebsichtung).
Um vergleichsweise die Unterschiede zwischen den Aufgusspapierbahnen zu bewerten, dafür ist das nachfolgende Testregelwerk festgelegt worden und dasselbe wird wie folgt umrissen:

• 3 diskrete Größenbereiche von Sand werden verwendet (75–106, 106–150, 150–221 Mikron).
• Der verwendete Sand ist von jenem Typ, welcher beim Sandstrahlen anfällt und er wird intern unter Verwendung abgestufter Siebe fraktioniert.
• Der Test wird durchgeführt, indem man 10,0 g ± 0,05 g Sand abwiegt und die Probe in einen Abscheider gibt, dies für eine jede der Sandfraktionen.
• Der Abscheider wird dann mit einem Rechteck des Versuchspapierfaserstoffs quer über die Öffnung abgedeckt.
• Die Abscheider werden dann die einen auf die anderen gestapelt, um eine Säule zu bilden.
• Der Stapel wird dann sorgfältig umgedreht.
• Der Stapel wird dann in einen Endecote Vertikalmischer gestellt und während einer Zeitdauer von 10 Minuten in Schwingungen versetzt.
• Wenn die Zeit abgelaufen ist, dann wird der Stapel der Abscheider entfernt und sorgfältig umgedreht, so dass die Aufgusspapierbahnprobe wieder oben auf einem jeden Abscheider liegt.
• Der verbleibende Sand in einem jeden Abscheider wird gemessen und der Prozentsatz "Siebsichtung" des Papiers wird bestimmt durch das Produkt aus den ursprünglichen und den endgültigen Sandgewichten.
• Die Ergebnisse werden unter dem geeigneten Sandbereich notiert und der durchschnittliche Rangwert der "Siebsichtung" wird festgelegt, indem man den Mittelwert der 3 Sandbereichergebnisse nimmt.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt.
TABELLE 2: % TEE SIEBSICHTUNGSDATEN
TEST 3 – TEEAUFGUSS
Die Geschwindigkeit mit welcher eine spezifische Teemischung dem Aufguss unterliegt ist abhängig von der Wirkung der Aufgussbeutel und sie ist offensichtlich von einer Schlüsselbedeutung für den Verbraucher.
Um vergleichsweise die Einwirkung der Aufgussgeschwindigkeit von verschiedenen Aufgusspapierfaserstoffen zu bewerten, wird die Aufgussgeschwindigkeit abgeschätzt indem man die Farbänderungen der Aufgussflüssigkeit während einer gegebenen Zeitdauer, typischerweise 5–6 Minuten, mit Hilfe der Kolorimetrie misst. Das folgende Testregelwerk ist angenommen worden und es wird im Folgenden in groben Zügen dargelegt:

• Der Teebeutel ist in einem Haltegerät enthalten, um denselben in dem Wasser untergetaucht zu halten, und dasselbe wird in ein 1000 ml Becherglas gelegt, welches eine Photometersonde und einen magnetischen Rührer enthält. 700 ml kochendes, entionisiertes Wasser werden in das Becherglas gegossen, an diesem Punkt beginnt der Test.
• Das anfängliche Ablesen des Photometers (Zeit = Null Sekunden) wird vorgenommen und dann wird jeweils in Intervallen von 270 Sekunden bis zum Ende des Tests abgelesen.
• Die vom Aufguss stammende Flüssigkeit in dem Becherglas wird während des Tests mittels einer Heizplatte bei 85°C gehalten.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt.
TABELLE 3: AUFGUSSDATEN
TEST 4 – HYDROPHILIE
Die Wasseranstieg- und Wassertropfentests wurden wie oben beschrieben ausgeführt.
Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt.
TABELLE 4: DATEN DES WASSERANSTIEG- & WASSERTROPFENTESTS
TEST 5 – NASSE KRÄUSELUNG
Die Trockenfestigkeit des gekräuselten Gratverschlusses ist von kritischer Wichtigkeit, sowohl im Hinblick auf die Trockenfunktionalität bei der Herstellung und für die Verpackung als auch im Hinblick auf die Endnutzung, während die Nassintegrität des gekräuselten Gratverschlusses offensichtlich der Schlüsselfaktor für die Funktionalität bei der Zubereitung ist.
Um vergleichsweise die Unterschiede zwischen den trockenen und nassen Kräuselungsfestigkeiten bei verschiedenen Aufgusspapierfaserstoffen zu bewerten, ist das folgende Testregelwerk angenommen worden:

• Teebeutel werden hergestellt, ohne dass Tee in die einzelnen Beutel dosiert abgepackt wird.
• Die obere Versiegelung wird von 5 Beuteln abgeschnitten und dieselben werden flach geöffnet.
• Ein 50 mm Abschnitt wird sichtbar aus einer jeden Kammerseite des Beutels herausgeschnitten. Jeder Abschnitt wird dann so geschnitten, um die Seite des Kammerabschnitts zu ergeben, welche den gekräuselten Gratverschluss alleine enthält.
• Die Probe wird dann derart in die Klemmbacken einer Zerreißtestmaschine geladen, dass sich der gekräuselte Gratverschluss zwischen den Klemmbacken befindet.
• Eine standardmäßige Zerreißbewertung der Versiegelung wird dann unternommen und die Ergebnisse werden als Gramm/50 mm wiedergegeben.
• Der Nasskräuselungstest ist mit dem obigen Test identisch mit der Ausnahme, dass dann, wenn die Probe erst einmal in die Klemmbacken des Spannungstesters geladen ist, die Probe bei Umgebungstemperatur leicht mit einem Wassernebel besprüht wird.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gezeigt.
TABELLE 5: DATEN DER NASSKRÄUSELUNG
TEST 6 – HEISSES WASSER BEI DEM AUFGUSS IN DER TASSE
Kräutertees weisen ein hohes Volumen für eine vorgegebene Grammenge auf. Die Menge Tee, welche bei dem Kräutertee zudosiert wird liegt typischerweise bei 1,5 g–2,0 g. Der Tee dehnt sich jedoch infolge des Aufgusses deutlich aus und weist deutliche Volumina sowohl von der Umgebungsatmosphäre als auch von Gasen auf, welche während der Aufgussprozedur erzeugt werden. Die Wirkung hiervon besteht darin, dass eine erhöhte Spannung auf der gekräuselten Gratversiegelung liegt, welche dann bei Standardpapierqualitäten ein Aufbrechen dieser Versiegelung verursacht.
Um vergleichsweise die Unterschiede zwischen den Aufgusspapierfaserstoffen zu bewerten ist das folgende Testregelwerk angenommen worden, welches im Folgenden in groben Zügen dargelegt wird:

• Teebeutel werden hergestellt, ohne dass bereits Tee in die einzelnen Beutel dosiert wird.
• 2 Gramm Pfefferminztee werden zwischen den zwei Kammern dosiert und die Oberseite wird, wie dies standardmäßig abläuft, mit einer Stahlklammer verschlossen.
• Die Beutel werden in ein 500 ml Laboratoriumsbecherglas der Qualitätsstufe b gelegt.
• 200 ml kochendes, frisches Haushaltswasser werden auf den Beutel gegossen, um zu bestimmen, ob der Beutel:
– sich aufbläht (Ballons)
– die gefaltete Gratversiegelung aufbricht, so wie dies durch die Teeblätter in der Aufgussflüssigkeit definiert wird.
• Der Test ist normalerweise das Ergebnis von 5 Wiederholungen und es wird über denselben berichtet als einen Prozentsatz der getesteten Gesamtheit.

Die Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt.
TABELLE 6: TEST MIT HEISSEM WASSER BEI DEM TASSENAUFGUSS

Claims

Getränkeaufgussbeutel, welcher von einem porösen, faserstoffartigen, zellulosischen Material gebildet wird und welcher einen durch eine mechanische Kompressionseinwirkung ohne Wärmeversiegelung erzeugten Schließfalz aufweist, wobei das besagte poröse Material thermoplastische Fasern enthält, welche amorph sind oder welche nur teilweise kristallin sind, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Fasern als ein geschmolzenes oder als ein thermisch gebundenes Netzwerk vorliegen.
Beutel gemäß Anspruch 1, bei welchem das thermoplastische Material eine Kristallinität von weniger als 40%, vorzugsweise von 10% bis 20% aufweist.
Beutel gemäß Anspruch 1 oder 2, bei welchem das thermoplastische Material ausgewählt wird unter Polypropylen, Polyester, Polyamid und Polyethylen mit hoher Dichte.
Beutel gemäß Anspruch 3, bei welchem das thermoplastische Material aus Polypropylen besteht.
Beutel gemäßirgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das faserstoffartige Material von 5 bis 30 Gewichtsprozent der thermoplastischen Fasern umfasst.
Beutel gemäß Anspruch 5, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material von 10 bis 30 Gewichtsprozent der thermoplastischen Fasern umfasst.
Beutel gemäß Anspruch 6, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material von 15 bis 25 Gewichtsprozent der thermoplastischen Fasern umfasst.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem die thermoplastischen Fasern eine Dicke in dem Bereich von 0,55 bis 6,7 decitex (0,5 bis 6,0 Denier) aufweisen.
Beutel gemäß Anspruch 8, bei welchem die thermoplastischen Fasern eine Dicke in dem Bereich von 2,2 bis 4,4 decitex (2 bis 4 Denier) aufweisen.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material hydrophil ist.
Beutel gemäß Anspruch 9, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material einen Wassersteigwert von weniger als 70 Sekunden aufweist, gemessen durch die von dem Wasser benötigte Zeit um 2,54 cm (1 Zoll) bis zu dem Material hoch zu steigen.
Beutel gemäß Anspruch 11, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material einen Wassersteigwert von 20 bis 40 Sekunden aufweist.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material mit Poly(vinyl)alkohol behandelt worden ist, welcher einen Hydrolysegrad von mindestens 60% aufweist.
Beutel gemäß Anspruch 13, bei welchem der Poly(vinyl)alkohol einen Hydrolysegrad von mindestens 80% aufweist.
Beutel gemäß Anspruch 14, bei welchem der Poly(vinyl)alkohol einen Hydrolysegrad von 95 bis 99% aufweist.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material ein Basisgewicht von 10 bis 30 g m^–2 aufweist.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 16, bei welchem der mechanisch erzeugte Falz gebildet worden ist durch ein gemeinsames Umklappen von aneinander grenzenden Kanten des porösen Materials und durch Anlegen einer mechanischen komprimierenden Kraft auf die umgeklappten Kanten.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 17, bei welchem der Falz ein gekräuselter Falz ist.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 18, welcher von dem Doppelkammertypus ist.
Beutel gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 19, welcher ein Teesäckchen ist.
Poröses, faserstoffartiges Material, welches ein Basisgewicht von 10 bis 30 g m^–2 aufweist und welches aus einer einzigen, nassverlegten Schicht einer Mischung aus zellulosischen und thermoplastischen Fasern besteht, welche amorph oder nur teilweise kristallin sind, dadurch gekennzeichnet, dass die thermoplastischen Fasern in einem geschmolzenen oder in einem thermisch gebundenen Netzwerk vorliegen.
Material gemäß Anspruch 21, bei welchem das thermoplastische Material eine Kristallinität von weniger als 40% aufweist.
Material gemäß Anspruch 21 oder 22, bei welchem das thermoplastische Material ausgewählt wird unter Polypropylen, Polyester, Polyamid und Polyethylen mit hoher Dichte.
Material gemäß Anspruch 23, bei welchem das thermoplastische Material aus Polypropylen besteht.
Material gemäß irgendeinem der Ansprüche 21 bis 24, bei welchem das faserstoffartige Material von 5 bis 30 Gewichtsprozent der thermoplastischen Fasern umfasst.
Material gemäß Anspruch 25, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material von 10 bis 30 Gewichtsprozent der thermoplastischen Fasern umfasst.
Material gemäß Anspruch 26, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material von 15 bis 25 Gewichtsprozent der thermoplastischen Fasern umfasst.
Material gemäß irgendeinem der Ansprüche 21 bis 27, bei welchem die thermoplastischen Fasern eine Dicke in dem Bereich von 0,55 bis 6,7 decitex (0,5 bis 6,0 Denier) aufweisen.
Material gemäß Anspruch 28, bei welchem die thermoplastischen Fasern eine Dicke in dem Bereich von 2,2 bis 4,4 decitex (2 bis 4 Denier) aufweisen.
Material gemäß irgendeinem der Ansprüche 21 bis 29, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material hydrophil ist.
Material gemäß Anspruch 30, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material einen Wassersteigwert von weniger als 70 Sekunden aufweist, gemessen durch die von dem Wasser benötigte Zeit um 2,54 cm (1 Zoll) bis zu dem Material hoch zu steigen.
Material gemäß Anspruch 31, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material einen Wassersteigwert von 20 bis 40 Sekunden aufweist.
Material gemäß irgendeinem der Ansprüche 21 bis 32, bei welchem das poröse, faserstoffartige Material mit Poly(vinyl)alkohol behandelt worden ist, welcher einen Hydrolysegrad von mindestens 60% aufweist.
Material gemäß Anspruch 33, bei welchem der Poly(vinyl)alkohol einen Hydrolysegrad von mindestens 80% aufweist.
Material gemäß Anspruch 34, bei welchem der Poly(vinyl)alkohol einen Hydrolysegrad von 95 bis 99% aufweist.