ES2374569T3 - Materiales de filtro termosellables. - Google Patents

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ES2374569T3 ES03742545T ES03742545T ES2374569T3 ES 2374569 T3 ES2374569 T3 ES 2374569T3 ES 03742545 T ES03742545 T ES 03742545T ES 03742545 T ES03742545 T ES 03742545T ES 2374569 T3 ES2374569 T3 ES 2374569T3
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Günter Heinrich
Manfred Kaussen
Danny Meger
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Schoeller und Hoesch GmbH
Glatfelter Gernsbach GmbH and Co KG
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Papierfabrik Schoeller and Hoesch GmbH and Co KG
Schoeller und Hoesch GmbH
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D39/02—Loose filtering material, e.g. loose fibres
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Abstract

Material de filtro para la fabricación de bolsas de filtro o bolsas de té o café, formado por - fibras de polímero termosellables, biológicamente degradables y aptas para el compostaje, - fibras naturales, - de manera opcional del 0,1 al 5 % en peso de aditivos, referido a las fibras de polímero termosellables, biológicamente degradables y aptas para el compostaje, y - de manera opcional material de núcleos de cristalización, caracterizado porque en el caso de las fibras de polímero termosellables, biológicamente degradables y aptas para el compostaje se trata de fibras de polímero estiradas, termosellables, biológicamente degradables y aptas para el compostaje con una relación de estiramiento de 1,2 a 8.

Description

Materiales de filtro termosellables
Campo de la invención
La presente invencion se refiere a un material de filtro termosellable con una resistencia al agua caliente y una 5 capacidad de degradacion biologica excelentes, que contiene como componente fibras de polimero biologicamente degradables, aptas para el compostaje y con excelente capacidad de termosellado.
Se sabe envasar en bolsas te y otros materiales que para usarlos se escaldan con agua hirviendo. Estas bolsas constan normalmente de una primera capa de un material poroso de fibras naturales y una segunda capa de fibras de polimero que se funden por accion del calor tales como por ejemplo PP, PE o diversos polimeros mixtos. Esta segunda
10 capa sirve para cerrar la bolsa por medio de un sellado termico en maquinas envasadoras rapidas.
Este material para bolsas se puede fabricar de manera conocida segun un procedimiento de via humeda (Wet-Laid) en una maquina de papel, segun un procedimiento de via seca (Dry-Laid) en una maquina de material no tejido o segun un procedimiento de soplado en estado fundido (Melt-Blown) por medio de la colocacion de fibras de polimero sobre una capa portante.
15 La primera capa del material tiene en general un peso por unidad de superficie de 8-40 g/m2, de manera preferente de 10-20 g/m2, y la segunda capa de fibras de polimero un peso por unidad de superficie de 1-15 g/m2, de manera preferente de 1,5-10 g/m2.
Se sabe que las bolsas de papel de filtro usadas se desechan en el monton de compostaje o a traves del cubo de residuos organicos. Al cabo de un determinado espacio de tiempo, que depende de otros parametros adicionales tales
20 como temperatura, humedad, microorganismos, etc., el componente de fibras naturales de la bolsa de papel de filtro se disgrega y se degrada biologicamente, mientras que se mantiene la red de fibras de polimero termoplastico y reduce la calidad del compost.
Una separacion del componente de fibras naturales del componente de polimero termoplastico no resulta practicable, es decir, que la bolsa de papel de filtro deberia incorporarse a los residuos no reciclables (cubo gris).
25 En el documento EP-A-0 380 127 se describe un papel para bolsas de te que puede termosellarse, con un peso por unidad de superficie de 10-15 g/m2, que para el termosellado esta provisto de polimeros tales como PP, PE o un polimero mixto y que por consiguiente no es degradable biologicamente.
En el documento EP-A-0 656 224 se describe un material de filtro en especial para la fabricacion de bolsas de te y filtros o bolsas de cafe con un peso por unidad de superficie entre 8 y 40 g/m2, en el que la capa que puede
30 termosellarse es de fibras de plastico, de manera preferente de polipropileno o polietileno, que en estado reblandecido se deposita sobre la primera capa formada por fibras naturales.
En el documento JP-A-2001-131826 se describe la fabricacion de monofilamentos de poli-L-lactida biologicamente degradables y la posterior fabricacion de bolsas para te sinteticas tejidas a partir de ellos segun un proceso de via seca.
35 En la solicitud de patente alemana DE-A 21 47 321 se describe una masa termoplastica apta para el termosellado, que consta de un polvo de poliolefina (polietileno o polipropileno) que va incorporado a una matriz de soporte de copolimero de cloruro de vinilo/acetato de vinilo. Tambien este material se usa para dotar de capacidad de termosellado al material de fibras fabricado como papel.
En el documento DE-A-197 19 807 se describe un material de filtro biologicamente degradable y termosellable, que
40 esta formado al menos por una capa de fibras naturales y por lo menos una segunda capa de material sintetico con capacidad de termosellado. Este material de filtro se obtiene aplicando en una primera etapa sobre la tela de una maquina de papel las fibras naturales como suspension acuosa y, en una segunda etapa, las fibras de polimero biologicamente degradables y termosellables se depositan sobre la capa de fibras naturales de tal manera que pueden atravesar parcialmente la capa de fibras naturales.
45 En el caso de una bolsa de filtro para te fabricada por ejemplo a partir de este material de filtro se crea la posibilidad de una elevada retencion de particulas. No obstante, esto se consigue "a costa" de una reduccion de la permeabilidad al aire. Sin embargo, el objetivo que se persigue de un material de filtro optimo es una elevada permeabilidad al aire al mismo tiempo que una buena retencion de particulas.
Los materiales de filtro conocidos segun el estado actual de la tecnica padecen, por lo tanto, al menos una de las 50 desventajas siguientes:
1. Los materiales de filtro usados, como por ej. bolsas de te, bolsas de cafe o tambien otros filtros se desechan a menudo en un monton de compostaje o a traves de los cubos de residuos organicos. Al cabo de un determinado espacio de tiempo, que depende de otros parametros adicionales tales como temperatura, humedad del aire, microorganismos, etc., el componente de fibras naturales del filtro se disgrega y se degrada biologicamente, mientras que se mantiene la red de fibras de polimero termoplastico, no degradable biologicamente en su totalidad, y reduce la calidad del compost.
y/o
El uso de los materiales de polimero degradables biologicamente en su totalidad, conocidos segun el estado actual de la tecnica, para bolsas de te y papeles de filtro similares da lugar a que la sutura de termosellado formada de la bolsa de te no resista a una temperatura de aproximadamente 90-100 DC.
Esto se debe a que la fabricacion de las bolsas de te llenas y termoselladas se realiza en maquinas envasadoras automaticas de funcionamiento rapido, con una cadencia de aproximadamente 1000 bolsas por minuto.
Los denominados rodillos termoselladores sellan la bolsa por lo general con una cadencia de menos de 1 segundo a una temperatura de 150-230 DC. Con estas cadencias tan breves el material de termosellado debe fundirse, pegarse e inmediatamente solidificar y cristalizar de nuevo para que al seguir transportandose la bolsa vuelva a estar cerrada y no deje salir ningun material de llenado.
Sin embargo, tal como se ha mencionado anteriormente, los materiales conocidos del estado actual de la tecnica no satisfacen las exigencias de este proceso.
Por ese motivo, el objetivo de la presente invencion era crear un material de filtro biologicamente degradable y apto para el compostaje, con una excelente capacidad de termosellado y una buena resistencia de la soldadura del sellado en estado seco y humedo.
Hay que describir tambien un procedimiento para la fabricacion de materiales de filtro de este tipo.
Se ha constatado de manera sorprendente que usando de modo conjunto fibras de polimero estiradas, biologicamente degradables y aptas para el compostaje se superan las desventajas anteriormente descritas de los materiales de filtro del estado actual de la tecnica y pueden facilitarse materiales de filtro que son biologicamente degradables y aptos para el compostaje y que, al mismo tiempo, proporcionan una caracteristicas excelentes en cuanto a capacidad de termosellado y resistencia de la soldadura del sellado.
Es objeto de la presente invencion un material de filtro tal como se describe en la reivindicacion 1.
Las fibras de polimero estiradas, termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje estan presentes en el material de filtro de acuerdo con la invencion por lo general en una cantidad del 0,05 al 50 % en peso, referido al peso en el papel del material de filtro acabado, de manera conveniente en una cantidad del 0,1 al 45 % en peso y de manera preferente en una cantidad del 1,0 al 35 % en peso.
Bajo el concepto de "fibras de polimero biologicamente degradables y aptas para el compostaje" que se usan de acuerdo con la invencion, entendemos fibras de polimero por completo biologicamente degradables y aptas para el compostaje segun la DIN 54900.
Las fibras de polimero estiradas, termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje usadas de acuerdo con la invencion poseen por lo general una masa lineal (DIN 1301, Parte 1) de 0,1 a 10 dtex, de manera preferente de 1,0 a 6 dtex.
Las fibras de polimero estiradas, termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje usadas de acuerdo con la invencion presentan ademas una relacion de estirado de 1,2 a 8, de manera preferente de 2 a 6. La cristalizacion de las fibras de polimero inducida por este estiramiento aumenta la resistencia de las fibras despues del termosellado frente al agua hirviendo.
La relacion de estirado se determino para ello de acuerdo con la invencion de una manera conocida en general para el experto en el correspondiente campo tecnico.
La relacion de estirado requerida de acuerdo con la invencion se puede ajustar al fabricar las fibras de polimero usadas segun la invencion, realizando la fabricacion de las fibras de polimero conforme a un procedimiento de hilado por fusion en una instalacion de hilado habitual en el mercado, de tal manera que se obtienen fibras de polimero con una relacion de estirado de 1,2 a 8, de manera preferente de 2 a 6. Como parametros de procedimiento favorables para la fabricacion de fibras de polimero estiradas y preferidas que pueden usarse de acuerdo con la invencion, han resultado ser los parametros siguientes:
-
temperatura de hilado: de 180 a 250 DC, de manera preferente de 190 a 240 DC:
-
temperatura del aire refrigerante: de 10 a 60 DC, de manera preferente de 20 a 50 DC;
-
estirado en caliente desde 85 a 180 DC, de manera preferente de 120 a 160 DC.
En el estirado de las fibras de polimero habitualmente se usa de manera conjunta una sustancia hidrofila para mejorar la absorcion de agua debido a sus propiedades reticulantes.
En una forma de realizacion preferida, despues del estirado, es decir, una vez obtenidas de la instalacion de hilado, las fibras de polimero se fijan ademas termicamente. Esto sirve para minimizar un encogimiento de las fibras de polimero estiradas. Esta fijacion termica se realiza de modo habitual por medio de un tratamiento termico de las fibras de polimero estiradas de 10 a 40 DC por debajo del correspondiente punto de fusion de las fibras de polimero.
Por lo general, las fibras de polimero estiradas que se han obtenido, antes de iniciar el trabajo con ellas dentro del marco del proceso de fabricacion del material de filtro, se cortan hasta una longitud de 1 a 20 mm, de manera conveniente de 1 a 10 mm y de manera preferente de 2 a 6 mm. Este corte de las fibras de polimero obtenidas se realiza por lo general con herramientas de corte para filamentos habituales en el mercado.
Las fibras de polimero estiradas, biologicamente degradables y aptas para el compostaje usadas de acuerdo con la invencion no son solo termosellables, tal como se ha indicado con anterioridad, sino que poseen ademas la propiedad de que, usando el material de filtro de acuerdo con la invencion (tal como se ha descrito con anterioridad), las costuras de termosellado formadas con ayuda de un rodillo termosellador son extraordinariamente estables al agua muy caliente.
El termosellado del material de filtro de acuerdo con la invencion puede llevarse a cabo en una forma de realizacion preferida mediante tratamiento ultrasonico.
En el caso de los materiales de partida para las fibras de polimero estiradas se trata segun la invencion de polimeros seleccionados grupo de poliesteramidas alifaticas o parcialmente aromaticas y poliesteres alifaticos o parcialmente aromaticos.
En particular se trata, a este respecto, de los polimeros siguientes:
Poliesteres alifaticos o parcialmente aromaticos:
A) de alcoholes alifaticos bifuncionales, de manera preferente dialcoholes lineales de C2 a C12 tales como por ejemplo etanodiol, butanodiol, hexanodiol o de manera especialmente preferente butanodiol y/o alcoholes bifuncionales dado el caso cicloalifaticos, de manera preferente con 5 o 6 atomos de C en el anillo cicloalifatico, tales como por ejemplo ciclohexanodimetanol, y/o de manera parcial o total en lugar de los dioles polioles monomericos u oligomericos a base de etilenglicol, propilenglicol, tetrahidrofurano o copolimeros de los mismos con pesos molecuales de hasta 3000, de manera preferente de hasta 1000, y/o dado el caso cantidades reducidas de alcoholes bifuncionales ramificados, de manera preferente alquil(C3-C12)-dioles, tales como por ejemplo neo-pentilglicol, y ademas dado el caso cantidades reducidas de alcoholes de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo 1,2,3-propanotriol o trimetilolpropano asi como de acidos bifuncionales alifaticos, de manera preferente acidos alquil(C2-C12)-carboxilicos, tales como por ejemplo y de manera preferente acido succinico, acido adipico y/o dado el caso acidos bifuncionales aromaticos tales como por ejemplo acido tereftalico, acido ftalico y acido naftalendicarboxilico y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de acidos de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo acido trimelitico, o
B) de componentes funcionalizados con acido y con alcohol, de manera preferente con 2 a 12 atomos de C en la cadena alquilica tales como por ejemplo acido hidroxibutirico, acido hidroxivalerico y acido lactico, o sus derivados, tales como por ejemplo £-caprolactona o dilactida,
o de una mezcla y/o un copolimero que contiene A y B,
constituyendo los acidos aromaticos no mas de una fraccion del 50 % en peso, referido a todos los acidos.
Poliesteramidas alifaticas o parcialmente aromaticas:
C) de alcoholes bifuncionales alifaticos, de manera preferente dialcoholes C2 a C10 lineales tales como por ejemplo etanodiol, butanodiol, hexanodiol o de manera especialmente preferente butanodiol y/o alcoholes bifuncionales dado el caso cicloalifaticos, de manera preferente con 5 o 8 atomos de C en el anillo cicloalifatico, tales como por ejemplo ciclohexanodimetanol, y/o de manera parcial o total en lugar de los dioles polioles monomericos u oligomericos a base de etilenglicol, propilenglicol, tetrahidrofurano o copolimeros de los mismos con pesos molecuales de hasta 4000, de manera preferente de hasta 1000, y/o dado el caso cantidades reducidas de alcoholes bifuncionales ramificados, de manera preferente con acidos alquil(C2-C12)-carboxilicos, tales como por ejemplo neopentilglicol y adicionalmente dado
el caso cantidades reducidas de alcoholes de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo 1,2,3-propanotriol o trimetilolpropano, asi como de acidos bifuncionales alifaticos tales como por ejemplo y de manera preferente acido succinico, acido adipico y/o dado acidos bifuncionales aromaticos tales como por ejemplo acido tereftalico, acido isoftalico y acido naftalendicarboxilico y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de acidos de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo acido trimelitico o
D) de componentes funcionalizados con acido y con alcohol, de manera preferente con 2 a 12 atomos de C en la cadena de carbonos tales como por ejemplo acido hidroxibutirico, acido hidroxivalerico y acido lactico, o sus derivados, tales como por ejemplo £-caprolactona o dilactido,
o de una mezcla y/o un copolimero que contiene C) y D), constituyendo los acidos aromaticos no mas de una fraccion del 50 % en peso, referido a todos los acidos.
E) de una fraccion de amida de aminas bifuncionales alifaticas y/o cicloalifaticos y/o dado el caso cantidades reducidas de aminas bifuncionales ramificadas, figuran de manera preferente diaminas C2 a C10 alifaticas lineales, y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de aminas de funcionalidad mas alta, entre las aminas de manera preferente hexametilendiamina, isoforondiamina y de manera especialmente preferente hexametilendiamina, asi como acidos bifuncionales lineales y/o cicloalifaticos, de manera preferente con 2 a 12 atomos de C en la cadena alquilica o, respectivamente, el anillo C5 o C6 en el caso de los acidos cicloalifaticos, de manera preferente acido adipico, y/o dado el caso cantidades reducidas de acidos bifuncionales ramificados y/o dado el caso bifuncionales aromaticos tales como por ejemplo acido tereftalico, acido isoftalico y acido naftalendicarboxilico y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de acidos de funcionalidad mas alta, de manera preferente con 2 a 10 atomos de C, o
F) de una fraccion de amida de componentes funcionalizados con acido y con amina, de manera preferente con 2 a 20 atomos de C en la cadena cicloalifatica, de manera preferente w-laurinlactama y £-caprolactama, de manera especialmente preferente £-caprolactama.
o de una mezcla que contiene E) y F) como fraccion de amida, ascendiendo la fraccion de ester C) y/o D) por lo menos al 20 % en peso, referido a la suma de C), D), E) y F), de manera preferente ascendiendo la fraccion en peso de las estructuras de esteres a del 20 al 80 % en peso y la fraccion de las estructuras de amida a del 80 al 20 % en peso.
Todos los monomeros mencionados como acidos pueden usarse tambien en forma de derivados tales como por ejemplo cloruros de acido o esteres, lo mismo como monomeros que tambien como esteres oligomericos.
La sintesis de las poliesterdiamidas biologicamente degradables y aptas para el compostaje usadas de acuerdo con la invencion puede realizarse lo mismo conforme al "metodo de la poliamida" mediante la mezcla estequiometrica de los componentes de partida, dado el caso con adicion de agua, y posterior eliminacion del agua de la mezcla de reaccion, como tambien conforme al "metodo del poliester" mediante la mezcla estequiometrica de los componentes de partida asi como adicion de un exceso de diol con esterificacion de los grupos acidos y posterior transesterificacion o, respectivamente, transamidacion de estos esteres. En este segundo caso, el exceso de diol se vuelve a eliminar mediante destilacion. Se prefiere la sintesis de acuerdo con el "metodo del poliester" descrito.
Ademas, la policondensacion se puede acelerar por medio del uso de catalizadores conocidos. Tanto los compuestos de fosforo conocidos que aceleran una sintesis de poliamida como tambien catalizadores acidos u organometalicos para la transesterificacion, asi como combinaciones de ambos, son posibles para acelerar la policondensacion.
Hay que tener en cuenta que los catalizadores usados dado el caso no influyen negativamente sobre la degradabilidad biologica o la aptitud para el compostaje ni sobre la calidad del compost resultante.
Se puede influir ademas sobre la policondensacion para dar poliesteramidas usando lisina, derivados de lisina u otros productos causantes de ramificacion amidica tales como por ejemplo aminoetilaminoetanol, que tanto aceleran la condensacion como tambien conducen a productos ramificados (vease por ejemplo los documentos EP-A-0 641 817; DE-A-38 31 709).
La produccion de poliesteres es conocida de modo general o bien se lleva a cabo de manera analoga a procedimientos conocidos.
Los poliesteres o las poliesteramidas usados de acuerdo con la invencion pueden contener ademas del 0,1 al 5 % en peso, de manera preferente del 0,1 al 3 % en peso, en especial del 0,1 al 1 % en peso de aditivos, referido al polimero
(v. tambien la descripcion de los polimeros). Ejemplos de estos aditivos son agentes modificadores y/o materiales de carga y de refuerzo y/o adyuvantes de procesamiento tales como por ejemplo agentes de nucleacion, plastificantes habituales, agentes de desmoldeo, agentes ignifugos, modificadores de la resistencia al choque, agentes colorantes, estabilizadores y otros aditivos corrientes en el campo de los termoplasticos, debiendose tener en cuenta en lo referente a la exigencia de degradacion biologica que no se menoscabe la capacidad total de compostaje a causa de los aditivos y que los aditivos que queden en el compost sean inocuos.
Los poliesteres y las poliamidas biologicamente degradables y aptos para el compostaje tienen por regla general un peso molar de 5.000 a 500.000 g/mol, de manera conveniente de 5.000 a 350.000 g/mol, de manera preferente de
10.000 a 250.000 g/mol, calculado por medio de cromatografia de permeacion en gel (�PC) por ejemplo en m-cresol frente a un estandar de poliestireno. En el caso de los copolimeros, los polimeros biologicamente degradables y aptos para el compostaje presentan de manera preferente una distribucion estadistica de los monomeros de partida.
En una forma de realizacion preferida, en el caso de los materiales de partida para las fibras de polimero estiradas se trata de poliesteramidas con una fraccion de esteres del 40 al 65 % en peso, inclusive, y una fraccion de amidas del 35 al 60 % en peso, inclusive, por ejemplo una poliesteramida seleccionada de sal de AH, acido adipico, butanodiol con un contenido de amida del 60 % y un contenido de ester del 40 % y un peso molecular medio masico de 19.300 (calculado por medio de �PC en m-cresol frente a estandar de poliestireno).
De una manera especialmente preferida, de acuerdo con la invencion los materiales de partida usados para las fibras de polimero estiradas son aquellos con un contenido de humedad del 0,1 % en peso o inferior, referido al polimero de material de partida, de manera preferente aquellos con un contenido de humedad del 0,01 % o inferior, a fin de evitar perturbaciones en el hilado y el estirado de las fibras de polimero.
En el caso de las fibras naturales que pueden usarse conforme a la invencion se trata de fibras naturales que el experto conoce en el campo correspondiente, tales como ca�amo, abaca, yute, sisal y otras, asi como celulosa de madera de fibra larga.
En otra forma de realizacion todavia mas preferente, el material de filtro de acuerdo con la invencion contiene ademas un material de nucleos de cristalizacion que refuerzan en el termosellado la cristalizacion de las fibras de polimero estiradas.
Como material de nucleos de cristalizacion resultan adecuados de acuerdo con la invencion materiales inorganicos tales como talco, caolin o materiales similares, por lo general en forma finamente dividida.
El tama�o de particula del material de nucleos de cristalizacion asciende por lo general a entre 0,1 y 5 �m.
La cantidad de material de nucleos de cristalizacion que hay que a�adir asciende por lo general a entre el 0,01 y el 1,0 % en peso.
A continuacion se describira con mas detalles una forma de realizacion de los materiales de filtro de acuerdo con la invencion asi como su fabricacion.
Ademas de los componentes de fibras de polimero que se han mencionado con anterioridad, los materiales de filtro de acuerdo con la invencion comprenden otro componente que incluye fibras naturales o que de manera preferente esta hecho de ellas.
En esta forma de realizacion preferida de la presente invencion el material de filtro de acuerdo con la invencion se fabrica por lo tanto a partir de dos o mas capas de componentes distintos conteniendo por lo menos una capa fibras naturales y otra capa fibras de polimero, entendiendose que despues de la fabricacion del material de filtro las como minimo dos capas se pueden interpenetrar en parte. El grado de interpenetracion de las capas se puede controlar mediante el procedimiento de fabricacion del material de filtro, por ejemplo en el caso del uso de una maquina de papel ajustando el grado de deshidratacion en la tela.
En la maquina de papel la capa de fibras de polimero se puede colocar sobre la capa de fibras naturales y se pueden soldar tanto entre si como tambien con la capa de papel.
La primera capa del material de filtro tiene por lo general un peso por unidad de superficie de entre 8 y 40 g/m2, de manera preferente de entre 10 y 20 g/m2, y una permeabilidad al aire de 300 a 4000 l/m2�s (DIN IS� 9237), de manera preferente de 500 a 3000 l/m2�s.
La segunda capa del material de filtro tiene por lo general un peso por unidad de superficie de entre 1 y 15 g/m2, de manera preferente de entre 1,5 y 10 g/m2.
La primera capa del material de filtro con, o de manera preferente de fibras naturales esta configurada de manera preferente resistente al mojado.
Para la primera capa del material de filtro con, o de manera preferente de fibras naturales se usan de acuerdo con la invencion fibras naturales conocidas habitualmente tales como ca�amo, abaca, yute, sisal y otras celulosas de madera de fibra larga asi como, de manera preferente, mezclas de las mismas.
La segunda capa puede contener las fibras de polimero o estar formada por ellas. De manera preferente la segunda capa comprende ademas de las fibras de polimero un componente adicional, en especial fibras naturales, prefiriendose
de manera particular proporciones de mezcla de 1/3 de fibras naturales y 2/3 de fibras de polimero.
El material de filtro de acuerdo con la invencion puede usarse, por ejemplo, para la fabricacion de bolsas de te, bolsas de cafe o filtros de te o cafe.
Tal como se se�alo antes, el procedimiento para la fabricacion de los materiales de filtro de acuerdo con la invencion se puede controlar de tal manera que las fibras termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje de la segunda capa penetran parcialmente a traves de la primera capa y de este modo en estado fundido rodean durante el proceso de secado a las fibras de la primera capa, de manera preferente a las fibras naturales de la primera capa, por ejemplo en la maquina de papel. No obstante, con ello se dejan libres los poros necesarios para la filtracion.
A continuacion se explicaran con mas detalle a base de las figuras y con el ejemplo de un material de filtro de dos capas los procedimientos de fabricacion que puede usarse de acuerdo con la invencion.
La Fig. 1 muestra en una representacion general y esquematica las diversas etapas de la formacion del material de filtro de fibras naturales y fibras sinteticas de acuerdo con la invencion, tomando como ejemplo el uso de una maquina de papel.
En la Fig. 1 se muestra en una representacion esquematica la formacion del material de filtro de acuerdo con la invencion. Para ello, en la Fig. 1a) se representa la formacion de una primera capa de fibras hecha de fibras naturales 1 y la formacion de una segunda capa de fibras con fibras sinteticas 2 termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje. La formacion de la segunda capa con las fibras 2 se realiza mediante deposicion sobre la primera capa, que esta formada por las fibras naturales 1. Para diferenciarlas en el dibujo las fibras naturales 1 estan trazadas en horizontal mientras que las fibras 2 termosellables estan trazadas casi verticales.
La Fig. 1b) muestra como por medio de la deshidratacion descrita de las dos capas, en particular de la segunda capa con las fibras 2, se consigue una penetracion parcial de las dos capas de tal manera que las fibras sinteticas 2 se introducen entre las fibras naturales 1.
En otra etapa de la fabricacion, las capas 1 y 2 parcialmente interpenetradas se secan y se calientan de tal modo que las fibras sinteticas 2 se funden y al volver a solidificarse se dispone alrededor de las fibras 1 de suerte que las rodean, al menos en parte. El material de filtro se ha vuelto de esta forma termosellable (Fig. Ic).
La Fig. 2 muestra la estructura basica de una maquina de papel que puede usarse para la fabricacion de un material de filtro de acuerdo con la invencion. En primer lugar, a partir de las fibras naturales trituradas y agua se forma una suspension "A". Ademas, a partir de las fibras de polimero asi como dado el caso una fraccion de otras fibras, tales como por ejemplo fibras naturales, y agua se prepara una suspension "B".
Estas dos suspensiones A y B se llevan desde los correspondientes recipientes (3 y 4) a traves de la denominada caja formadora (head box) hasta la maquina de papel. �sta posee en esencia un tamiz (5) rotatorio que se lleva a traves de varias camaras de deshidratacion (6, 7 y 8).
A traves de tuberias y dispositivos de bombeo adecuados que no se describen con mas detalles, la suspension A se conduce sobre la tela 5 por encima de las dos primeras camaras de deshidratacion 6, aspirandose el agua a traves de las camaras 6 y la conduccion de desag�e. Con ello, sobre la tela 5 que se ha movido se forma una primera capa de fibras de fibras naturales 1. Al continuar moviendose la tela 5 por encima de las camaras de deshidratacion 7 se aporta la segunda suspension B, con lo cual por encima de las camaras de deshidratacion 7 se deposita sobre la primera capa la segunda capa de fibras sinteticas. La extraccion del agua se lleva a cabo a traves de la conduccion de desag�e. Al continuar moviendo la tela 5 con las dos capas de fibras superpuestas se procede a una deshidratacion por encima de las camaras de deshidratacion 8, con lo cual las dos capas se interpenetran parcialmente. Ajustando de manera correspondiente la deshidratacion, la penetracion puede ser mas o menos intensa.
La tela recoge el material 9 de fibras naturales y fibras de polimero que se acaba de formar y lo lleva hasta el secado. Este secado puede realizarse de diferentes maneras, por ejemplo mediante secado por contacto o mediante secado rapido.
Los elementos 10 indican solo de una manera esquematica aproximada los correspondientes elementos de secado.
En la Fig. 2 se muestran 3 cilindros secadores 10 sobre los cuales la banda de papel formada se seca por el procedimiento de contacto. Sin embargo, tambien es factible conducir la banda de papel formada solo por encima de un cilindro y secarla con aire caliente sin que la banda se apoye sobre este cilindro.
El calentamiento del material de fibra de dos capas hace que se fundan las fibras sinteticas 2 de la capa mixta 9. Al solidificarse de nuevo en la salida de la unidad de secado, las fibras sinteticas rodean al menos en parte a las fibras naturales y el material de filtro termosellable se enrolla sobre un tambor 11.
La presente invencion se describira a continuacion de manera detallada a base de ejemplos. No obstante, se sobreentiende que estos ejemplos no limitan en modo alguno a la presente invencion.
Ejemplo 1:
En un primer ensayo se fabrico en una maquina de papel y de manera en si conocida un material de filtro de dos capas por un procedimiento en humedo.
Para ello, sobre una maquina con tela inclinada se produjo una primera capa de fibras naturales (mezcla de abaca (37 % en peso) y celulosa de madera de coniferas (63 % en peso)) con un peso medio por unidad de superficie de aprox. 12 g/m2 y a continuacion una segunda capa de un 80 % en peso de fibras de polimero biologicamente degradables y termosellables (poliesteramidas estiradas (40 % de fraccion de ester, 60 % fraccion de amida) con un grado de estiramiento de 2,8, una longitud de fibra de 4,6 mm y un titulo de fibra de 2,2 dtex) con un peso medio por unidad de superficie de aprox. 4,5 g/m2 y un 20 % de celulosa de madera de coniferas colocado encima.
Por medio de un breve secado realizado a continuacion en la maquina a alta temperatura, las fibras de polimero se funden con la primera capa de fibras naturales y forman entonces el material de filtro de acuerdo con la invencion.
En una maquina envasadora habitual en el comercio (tipo C 51 de la empresa Ima, Bolonia, Italia) a partir de este material de filtro se fabricaron a una temperatura de 185 DC bolsas de te termoselladas, cada una de las cuales contenia 1,9 g de te (900 bolsas/min).
Los ensayos realizados con estas bolsas de te dieron los siguientes resultados:
Prueba de infusion (se vierte agua hirviendo (100 DC) individualmente sobre 20 bolsas de te seleccionadas al azar y se dejan reposar durante 4 minutos).
Ninguna de las bolsas se abre.
Para comparar se fabrico un material de filtro conforme a los datos anteriores, pero en lugar de las fibras de polimero termosellables y biologicamente degradables se uso un copolimero de cloruro de vinilo/acetato de vinilo no degradable biologicamente.
En la prueba de la infusion no se abrio ninguna de las 5 bolsas de te ensayadas.
Ejemplo 2:
Se fabricaron bolsas de te de manera correspondiente al ejemplo 1 a partir de los siguientes materiales de partida:
Materia prima de la primera capa: 32 % en peso de fibras de abaca, 53 % en peso de celulosa de madera de coniferas y 15 % en peso de celulosa de madera de frondosas.
Materia prima de la segunda capa: 59 % de fibras de poliesteramida estirada (40 % de fraccion de ester, 60 % de fraccion de amida) con un grado de estiramiento de 4,5, una longitud de fibra de 6,0 mm y un titulo de fibra de 2,2 dtex, y 41 % de celulosa de madera de coniferas.
Prueba de infusion (se vierte agua hirviendo (100 DC) individualmente sobre 20 bolsas de te seleccionadas al azar y se dejan reposar durante 4 minutos).
Ninguna de las bolsas se abre.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Material de filtro para la fabricacion de bolsas de filtro o bolsas de te o cafe, formado por
    -
    fibras de polimero termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje,
    -
    fibras naturales,
    -
    de manera opcional del 0,1 al 5 % en peso de aditivos, referido a las fibras de polimero termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje, y
    -
    de manera opcional material de nucleos de cristalizacion,
    caracterizado porque en el caso de las fibras de polimero termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje se trata de fibras de polimero estiradas, termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje con una relacion de estiramiento de 1,2 a 8.
  2. 2. Material de filtro de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que las fibras de polimero estiradas, termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje se seleccionan del siguiente grupo de polimeros:
    �steres alifaticos o parcialmente aromaticos:
    A) de alcoholes alifaticos bifuncionales, de manera preferente dialcoholes C2 a C10 lineales tales como por ejemplo etanodiol, butanodiol, hexanodiol o de manera especialmente preferente butanodiol y/o dado el caso alcoholes cicloalifaticos bifuncionales, de manera preferente con 5 o 6 atomos de C en el anillo cicloalifatico, tales como por ejemplo ciclohexanodimetanol, y/o parcial o totalmente en lugar de los dioles polioles monomericos u oligomericos a base de etilenglicol, propilenglicol, tetrahidrofurano o copolimeros de los mismos con pesos moleculares de hasta 4000, de manera preferente hasta 1000, y/o dado el caso cantidades reducidas de alcoholes bifuncionales ramificados, de manera preferente alquil(C3-C12)-dioles, tales como por ejemplo neopentilglicol, y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de alcoholes de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo 1,2,3-propanotriol o trimetilolpropano asi como de acidos alifaticos bifuncionales, de manera preferente acidos alquil(C2-C12)-dicarboxilicos, tales como por ejemplo y de manera preferente acido succinico, acido adipico y/o dado el caso acidos aromaticos bifuncionales tales como por ejemplo acido tereftalico, acido ftalico, acido naftalendicarboxilico y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de acidos de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo acido trimelitico o
    B) de componentes funcionalizados con acido y alcohol, de manera preferente con 2 a 12 atomos de C en la cadena alquilica tales como por ejemplo acido hidroxibutirico, acido hidroxivalerico, acido lactico o sus derivados, tales como por ejemplo £-caprolactona o dilactida,
    o de una mezcla y/o un copolimero que contiene A y B, constituyendo los acidos aromaticos no mas de una fraccion del 50 % en peso, referido a todos los acidos;
    Poliesteramidas alifaticas o parcialmente aromaticas:
    C) de alcoholes alifaticos bifuncionales, de manera preferente dialcoholes C2 a C10 lineales tales como por ejemplo etanodiol, butanodiol, hexanodiol o de manera especialmente preferente butanodiol y/o dado el caso alcoholes cicloalifaticos bifuncionales, de manera preferente con 5 a 8 atomos de C en el anillo cicloalifatico, tales como por ejemplo ciclohexanodimetanol, y/o parcial o totalmente en lugar de dioles polioles monomericos u oligomericos a base de etilenglicol, propilenglicol, tetrahidrofurano o copolimeros de los mismos con pesos moleculares de hasta 4000, de manera preferente hasta 1000, y/o dado el caso cantidades reducidas de alcoholes bifuncionales ramificados, de manera preferente con acidos alquil(C2-C12)-dicarboxilicos, tales como por ejemplo neopentilglicol, y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de alcoholes de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo 1,2,3-propanotriol o trimetilolpropano asi como de acidos alifaticos bifuncionales, tales como por ejemplo y de manera preferente acido succinico, acido adipico y/o dado el caso acidos aromaticos bifuncionales tales como por ejemplo acido tereftalico, acido isoftalico, acido naftalendicarboxilico y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de acidos de funcionalidad mas alta tales como por ejemplo acido trimelitico o
    D) de componentes funcionalizados con acido y alcohol, de manera preferente con 2 a 12 atomos de C en la cadena de carbonos, tales como por ejemplo acido hidroxibutirico, acido hidroxivalerico, acido lactico o sus derivados, tales como por ejemplo £-caprolactona o dilactids, o de una mezcla y/o un copolimero que contiene C) y D), constituyendo los acidos aromaticos no mas de una fraccion del 50 % en peso, referido a todos los acidos;
    E) de una fraccion de amida de aminas alifaticas y/o cicloalifaticas bifuncionales y/o dado el caso cantidades reducidas de amina bifuncionales ramificadas, siendo de manera preferente diaminas C2 a C10 alifaticas lineales, y adicionalmente dado el caso cantidades reducidas de aminas de funcionalidad mas alta, entre las aminas de manera preferente hexametilendiamina, isoforodiamina y de manera especialmente preferente hexametilendiamina, asi como
    de acidos lineales y/o cicloalifaticos bifuncionales, de manera preferente con 2 a 12 atomos de C en la cadena alquilica o, respectivamente, en el anilo C5 o C6 en el caso de los acidos cicloalifaticos, de manera preferente acido adipico, y/o dado el caso cantidades reducidas de acidos bifuncionales ramificados y/o dado el caso bifuncionales aromaticos tales como por ejemplo acido tereftalico, acido isoftalico, acido naftalendicarboxilico y adicionalmente dado el caso
    5 cantidades reducidas de acidos de funcionalidad mas alta, de manera preferente con 2 a 10 atomos de C, o
    F) de una fraccion de amida de componentes funcionalizados con acido y amina, de manera preferente con 4 a 20 atomos de C en la cadena cicloalifatica, de manera preferente w-laurinlactama, £-caprolactama, de manera especialmente preferente £-caprolactama,
    o de una mezcla que contiene E) y F) como fraccion de amida, en donde
    10 la fraccion de ester C) y/o D) asciende como minimo al 20 % en peso, referido a la suma de C), D), E) y F), de manera preferente la fraccion en peso de las estructuras de ester asciende a del 20 al 80 % en peso, la fraccion de las estructuras de amida a del 80 al 20 % en peso.
  3. 3. Material de filtro de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, fabricandose el material de filtro a partir de dos o mas capas de componentes distintos, conteniendo como minimo una capa fibras naturales y una capa fibras de
    15 polimero, cumpliendose que las como minimo dos capas se pueden interpenetrar parcialmente despues de la fabricacion del material de filtro.
  4. 4. Material de filtro de acuerdo con la reivindicacion 3, presentando la primera capa un peso por unidad de superficie de entre 8 y 40 g/m2 y una permeabilidad al aire de 300 a 400 l/m2�s (DIN IS� 9237).
  5. 5. Material de filtro de acuerdo con la reivindicacion 3, presentando la segunda capa con las fibras de polimero 20 biologicamente degradables y aptas para el compostaje un peso por unidad de superficie de 1 a 15 g/m2.
  6. 6.
    Material de filtro de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5, estando formada la primera capa por fibras naturales y estando construida con resistencia a la humedad.
  7. 7.
    Procedimiento para la fabricacion de un material de filtro de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el marco de un procedimiento de via humeda y con el uso conjunto de fibras de polimero
    25 estiradas, termosellables, biologicamente degradables y aptas para el compostaje con una relacion de estiramiento de 1,2 a 8 se fabrica un material de filtro.
  8. 8. Uso del material de filtro de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 para la fabricacion de bolsas de te, bolsas de cafe o filtros de te o cafe.
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