ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА, ПАКЕТИК ДЛЯ ПОРЦИОННОГО ЗАВАРИВАНИЯ ЧАЯ Российский патент 2009 года по МПК B01D39/00 D21H17/00 

Изобретение относится к фильтрующему материалу или фильтровальной бумаге, состоящей из одного или нескольких слоев волокнистого покрытия и предназначенной, в частности, для изготовления фильтрующих мешочков или пакетиков для приготовления настоенных напитков с улучшенными цветовкусовыми качествами таким образом, чтобы пакетик, изготовленный из нее и заполненный экстрагируемым веществом, мог в значительно более короткое время, чем известный в настоящее время пакетик, обеспечить приготовление настоя с интенсивными окраской и ароматом, а также к способу получения фильтрующего материала и к пакетику для порционного заваривания чая.

Фильтрующий материал изготавливают, как правило, из натуральных волокон или из комбинации натуральных и синтетических волокон с применением специальной бумагоделательной машины.

На начальной стадии водная суспензия из натуральных волокон наносится на преимущественно косо установленную сетку бумагоделательной машины, причем волокнистая суспензия направляется через первые обезвоживающие камеры. При этом на подвижной сетке образуется первое волокнистое покрытие из натуральных волокон. В случае изготовления фильтрующего, термосвариваемого материала из натуральных и синтетических волокон, на второй стадии термосвариваемые синтетические волокна второй водной суспензии укладываются при непрекращающемся движении сетки бумагоделательной машины на первое покрытие из натуральных волокон и затем пропускаются вместе через дополнительные обезвоживающие камеры. При продолжающемся движении сетки бумагоделательной машины с уложенными друг на друга волокнистыми покрытиями проводится сушка, при этом синтетические волокна наплавляются на первое покрытие из натуральных волокон, вследствие чего происходит частичное проникновение обоих покрытий друг в друга. В результате фильтрующий материал становится термосвариваемым.

Сушка может проводиться в бумагоделательной машине в виде контактной сушки в цилиндрах или продувкой горячим воздухом.

После сушки термосвариваемый или нетермосвариваемый фильтрующий материал сматывается в рулон, затем режется на мерные ширины и в заключение из него формируются на фасовочно-упаковочных автоматах пакетики, заполняемые фасуемым веществом, например чаем.

При использовании фильтрующего материала в качестве пакетика для порционного заваривания чая или других расфасованных экстрагируемых веществ требуется быстрое экстрагирование (настаивание).

При этом принято расфасовывать чай с большим содержанием тонких частичек чая. Однако, если фильтрующий материал для чая имеет необходимую большую пористость, т.е. содержит определенное количество отверстий, то через эти поры проникают тонкие частички чая, что при использовании пакетиков и их транспортировке является крайне нежелательным.

Возможность устранения этого недостатка состоит в том, чтобы поры выполнять значительно меньшего размера и располагать их с большими смещением и частотой, в результате чего снижается проникновение чайной пыли. Правда, при этом ухудшается чайный настой.

В ЕР 0656224 А1 описан фильтрующий материал для чая, состоящий из основного покрытия и полимерного покрытия, полученного так называемой обдувкой расплавом (meltblown). В этом известном фильтрующем материале для чая необходимые поры смещены по отношению друг к другу без существенного ухудшения настоя, при этом происходит меньшее выпадение чайной пыли из пакетика.

Согласно US-A-4289580 фильтрующий материал перфорируется в бумагоделательной машине водяными струями с целью оптимизации чайного настоя.

В ЕР 1229166 А1 раскрыт способ, в котором с помощью перфорации и/или тиснения достигается более высокая фильтрационная способность фильтрующего материала.

Однако для используемых сегодня видов фильтрационной бумаги для чая характерно очень быстрое образование высокой концентрации экстрагируемого чая по границе раздела "вода - фильтровальная бумага", когда пакетик для порционного заваривания чая находится в жидкости без движения. Такая высокая концентрация (барьерная концентрация) препятствует дальнейшей экстракции содержимого пакетика, поскольку концентрационный градиент между внутренней и наружной сторонами пакетика без его движения не восстанавливается.

В ЕР 1215134 А1 описан фильтрующий материл, в который введены набухаемые абсорбирующие волокна. Изготовленные из него пакетики для порционного заваривания чая более не требуется приводить в движение в экстрагирующей жидкости для оптимального настаивания содержимого пакетика.

В результате набухания волокон происходит микрозавихрение, восстанавливающее необходимый концентрационный градиент на поверхности раздела бумаги.

Однако условием такого микрозавихрения является то, что абсорбирующие волокна должны иметь больший диаметр, чем диаметр обычных натуральных и полимерных волокон, используемых при изготовлении фильтрующего материала. Поэтому введение абсорбирующих волокон в фильтрующий материал и переплетение волокон между собой требует применения дополнительных химических и технических вспомогательных средств.

Задачей настоящего изобретения является создание фильтрующего материала, исключающего указанные выше недостатки уровня техники и обеспечивающего, в частности, быстрое настаивание без проникновения тонких частиц чая через фильтрующий материал.

Это означает, что в фильтрующий материал согласно изобретению вводятся микроволокна или микрокапсулы с очень малым размером, которые благодаря своему составу вызывают при эндотермической и экзотермической реакциях микрозавихрение в экстрагирующей жидкости и тем самым обеспечивают очень быструю диффузию или настаивание.

Согласно изобретению данная задача решается за счет того, что, по меньшей мере, одно волокнистое покрытие содержит волокна или микрокапсулы с материалами, способными к фазовому переходу.

Способ получения фильтрующего материала согласно изобретению раскрыт в п.16 формулы изобретения.

В п.24 формулы изобретения заявлен пакетик для порционного заваривания чая, фильтр для чая, пакетик для порционного заваривания кофе или фильтр для кофе согласно изобретению.

Фильтрующий материал согласно изобретению оказался на практике способным обеспечивать значительно более быстрое настаивание или экстрагирование содержимого пакетика без проникновения его частиц через фильтрующий материал. В результате заметно улучшились цветовкусовые качества, причем, например, изготовленный из этого материала и заполненный экстрагируемым веществом пакетик позволяет получать настой с интенсивными окраской и ароматом в течение существенно более короткого времени, чем при использовании известных пакетиков.

Волокна, или микроволокна, или микрокапсулы согласно изобретению, содержащиеся в фильтрующем материале, имеют очень малые размеры, вследствие чего хотя и препятствуется прохождению фильтруемых частиц, но одновременно не ограничивается диффузия жидкости. При этом имеет место скорее обратное.

Волокна или микрокапсулы с материалом, способным к фазовому переходу, описаны, например, в ЕР 0611330 В1 и US 2003/0035951 A1. При этом волокна или микрокапсулы предназначены для использования в тканях и трикотаже с улучшенными термическими свойствами для изготовления предметов одежды. Предметы одежды с такими волокнами или микрокапсулами поглощают образующееся тепло тела и возвращают его, когда это требуется. Благодаря этому способу полезно используется физический эффект, при котором во время фазового перехода от твердого к жидкому, от жидкого к газообразному и наоборот выделяется и используется тепловая энергия.

Неожиданно было найдено, что такие волокна или микрокапсулы с материалом, способным к фазовому переходу, введенные в фильтрующий материал, вызывают более интенсивное подсасывание или микрозавихрение при экстрагировании содержимого фильтра. Было установлено, что при этом имеет место эффект Гольфстрима или множества микрогольфстримов с очень быстрым экстрагирующим эффектом.

В том случае, когда требуется применение фильтрующего материала согласно изобретению для приготовления настоенных напитков, то целесообразно использовать материалы, способные к переходу от твердой фазы к жидкой в диапазоне от 0 до 120°С, предпочтительно от 50 до 100°С.

Само собой разумеется, что данный температурный диапазон следует рассматривать, как пример. В том случае, когда фильтрующий материал согласно изобретению используется в других целях, то применяются материалы, способные к фазовому переходу, которые характеризуются фазовым переходом в температурном диапазоне, соответствующем фильтруемому материалу.

В качестве материалов, способных к фазовому переходу, могут применяться самые разнообразные материалы, как, например, углеводороды, в частности парафиновые.

Однако в принципе может применяться множество материалов. Для этого можно отослать к описанным в US 2003/0035951 A1 материалам, примерам и способам получения. Поэтому US 2003/70035951 A1 и ЕР 0611330 В1 содержат также сведения, раскрывающие данное изобретение.

В качестве примеров для материалов, способных к фазовому переходу, могут быть также указаны: гидролизованные соли, воски, масла, кислоты жирного ряда, сложные эфиры кислот жирного ряда, двухосновные кислоты, двухосновные сложные эфиры, первичные спирты, спирты с несколькими атомами водорода, клатраты, полуклатраты, стеариновые ангидриды, этиленкарбонаты, полимеры и их смеси.

Волокна или микрокапсулы с материалом, способным к фазовому переходу, могут присутствовать в количестве от 1 до 70 вес.%, преимущественно от 2 до 30 вес.%, предпочтительно от 3 до 10 вес.%, от веса единицы поверхности фильтрующего материала.

Вес единицы поверхности фильтрующего материала согласно изобретению может составлять от 8 до 90 г/см², предпочтительно от 10 до 25 г/см². Фильтрующий материал может состоять из одного или нескольких слоев. При наличии только одного слоя последний состоит преимущественно из целлюлозы из хвойной древесины и/или волокон "Abaca" и соответствующего количества волокон или микрокапсул с материалом, способным к фазовому переходу. При многослойном строении, при котором материал является термосвариваемым, второй слой может состоять из термосвариваемых полимерных волокон.

В способе согласно изобретению волокна или микрокапсулы с материалом, способным к фазовому переходу, могут быть внесены в первый слой, полученный на бумагоделательной машине. Они могут применяться в смеси с натуральными волокнами. Также возможно вводить волокна или микрокапсулы в бумагу на бумагоделательной машине с помощью устройства для нанесения покрытий, например клеильного пресса.

Предпочтительные варианты выполнения изобретения приведены в остальных зависимых пунктах формулы изобретения, а также в примере выполнения, изображенном на чертеже.

При этом показано на:

фиг.1 - устройство бумагоделательной машины, применяемой при изготовлении фильтрующего материала согласно изобретению;

фиг.2 - схематически формирование фильтрующего материала согласно изобретению на начальной стадии нанесения первого покрытия из натуральных волокон и второго покрытия из синтетических, термосвариваемых волокон;

фиг.3 - вторая стадия, на которой производится частичное переплетение обоих волокнистых покрытий в результате описанного обезвоживания;

фиг.4 - еще одна стадия, на которой под действием сушки синтетические, термосвариваемые волокна расплавляются и частично охватывают натуральные волокна;

фиг.5 - поперечное сечение микрокапсулы;

фиг.6 - частичный продольный разрез микроволокна;

фиг.7 - диаграмма с результатами испытаний в сравнении с уровнем техники;

фиг.8 - еще одна диаграмма с результатами испытаний в сравнении с уровнем техники.

Для наглядности способ согласно изобретению подробнее поясняется с помощью фигур на примере двухслойного фильтрующего материала.

Согласно фиг.1 две волокнистые суспензии А и В из емкостей 3 и 4 наносятся в бумагоделательной машине на напускное устройство 3 для массы и через сетку 4 бумагоделательной машины подаются для приготовления бумажной массы.

Позициями 5, 6 и 7 отмечены обезвоживающие камеры, в которых отсасывается вода. Необходимое трубное и насосное оборудование детально не показано. Позицией 8 отмечен материал, изготовленный из натуральных и синтетических волокон. Натуральные волокна и вода поступают из емкости 1, синтетические волокна и вода добавляются из емкости 2.

Материал снимают с сетки бумагоделательной машины и направляют на сушку. Позицией 9 отмечены три схематически показанных сушильных цилиндра, обеспечивающих сушку материала контактным способом. Однако также возможно направлять материал через цилиндр и сушить его в потоке горячего воздуха. По окончании сушки фильтрующий материал сматывают в рулон на валике 10. Затем проводится позиционирование.

В процессе изготовления на бумагоделательной машине волокна или микрокапсулы с материалом, способным к фазовому переходу, могут вводиться либо непосредственно в емкость 1 с натуральными волокнами, либо позже в устройстве для нанесения покрытия, например клеильном прессе.

Предпочтительно добавлять связующее вещество, например полиакрилат (Acronal®), с тем, чтобы микрокапсулы или микроволокна приклеивались к соответствующему волокнистому покрытию.

На фигурах 2-4 схематически показаны разные стадии формирования фильтрующего материала согласно изобретению.

На фиг.2 показано образование первого покрытия 11 из натуральных волокон и второго покрытия из синтетических, термосвариваемых волокон. Дополнительно вводятся микрокапсулы 13а или микроволокна 13b с материалом, способным к фазовому переходу. Микрокапсулы 13а или микроволокна 13b наносятся на покрытие 11 из натуральных волокон с использованием связующего вещества.

На фиг.3 показаны волокнистые покрытия 11, 12 с частичным переплетением.

На фиг.4 показано соединение покрытия 11 из натуральных волокон с покрытием 12 из синтетических, термосвариваемых волокон сушкой, производимой на следующей стадии. Как можно видеть из фигуры, синтетические, термосвариваемые волокна 12 частично покрывают натуральные волокна 11 и, следовательно, микрокапсулы 13а или микроволокна 13b с материалом 14, способным к фазовому переходу.

На фиг.5, в сильно увеличенном виде, схематически показана микрокапсула 13а. Как явствует из этой фигуры, такая микрокапсула содержит защитную оболочку 15, внутри которой располагается материал 14, способный к фазовому переходу, например парафиновые углеводороды. Как правило, пользуются смесью из углеводородов с разными фазовыми переходами с тем, чтобы перекрывался по возможности широкий температурный диапазон. В качестве защитной оболочки может использоваться, например, оболочка из полиакрилата.

Микрокапсулы суспендируют в водном растворе акрилата и с помощью клеильного пресса наносят в бумагоделательной машине на нетканый материал (см. также пример 2). Т. е. микрокапсулы не образуют собственного покрытия, а равномерно распределяются во влажном бумажном полотне по толщине покрытия.

При использовании штапельных волокон, т.е. волокон, полученных разрезанием бесконечных волокон, в полые волокна может вводиться этиленфенилацетат с определенным интервалом в виде поперечных перегородок с тем, чтобы при разрезании не вытекало слишком много материала, способного к фазовому переходу.

В качестве полых волокон могут применяться синтетические волокна. Полые волокна с материалом, способным к фазовому переходу, могут быть связаны с натуральными волокнами 11 одинаковым или аналогичным способом, показанным на фигурах 2-4.

На фиг.6, в сильно увеличенном виде, показан участок волокна 13а в качестве полого волокна с продольным разрезом, внутри которого также расположен материал 14, способный к фазовому переходу. Оболочка полых волокон может состоять из сложного полиэфира, полиамида или подобного им материала. Штриховыми линиями показаны две перегородки 16 из этиленфенилацетата, предназначенные для предупреждения слишком большого вытекания материала 14, способного к фазовому переходу, во время формирования штапельных волокон. В отношении других подробностей можно отослать к US 2003/0035951 А1.

Примеры.

Улучшение чайного настоя было подтверждено измерением экстинкции. Для этого измерения были изготовлены пакетики для порционного заваривания чая из материала 13 г/м² согласно изобретению при разном количестве волокон или микрокапсул с материалом, способным к фазовому переходу. Эти пакетики были заполнены черным чаем в количестве около 2 г и помещены в определенное количество кипятка. С помощью насоса образовавшийся окрашенный чай совершал круговое движение через фотометр. Световой луч с длиной волны 445 нм проходил через прокачиваемую жидкость. Замеренная экстинкция была представлена в цифровом виде. Экстинкция - это величина ослабления луча в результате абсорбции внутри жидкости. Чем больше экстинкция, тем темнее чайный настой.

1. В смесь волокон для обычной, не термосвариваемой бумаги для пакетиков для порционного заваривания чая добавляли 10, 20 и 30% акриловых волокон с микрокапсулами, внутри которых находился материал, способный к фазовому переходу. Размеры волокон составляли 2 децитекса, 2-5 мм. Из этих смесей были изготовлены влагопрочные бумажные листочки 13 г/м³. Из листочков были изготовлены пакетики для порционного заваривания чая и заполнены черным чаем в количестве 2,0 г. Путем описанного выше измерения определяли экстинкцию в качестве функции времени заваривания. Для холостого опыта использовали необработанный пакетик для порционного заваривания чая. На фиг.7 приведен результат измерения, из которого однозначно следует, что с увеличением процентного содержания акриловых волокон с микрокапсулами интенсивность окраски чая заметно возрастает по сравнению с наличием 100% натуральных волокон.

2. В исходную смесь с содержанием 17,4% Acronal^® вводили 1, 5 и 10 вес.% микрокапсул с материалом, способным к фазовому переходу. С помощью ракли исходные смеси наносили на термонесвариваемую бумагу 13 г/м² для пакетиков для порционного заваривания чая.

Затем материал отверждали при 120°С в течение 10 минут. Из пропитанной бумаги были изготовлены пакетики с двумя отделениями, которые заполнили черным чаем в количестве 2,0 г.

Как уже описывалось в первом опыте, экстинкцию чайного пакетика измеряли как функцию продолжительности заваривания. Для холостого опыта применяли необработанный пакетик для порционного заваривания чая.

На фиг.8 показаны результаты измерения. Пояснения:

Образец 1: холостой опыт;

Образец 2: 1% микрокапсул с материалом, способным к фазовому переходу;

Образец 3: 5% микрокапсул с материалом, способным к фазовому переходу;

Образец 4: 10% микрокапсул с материалом, способным к фазовому переходу.

Из этого опыта также однозначно вытекает, что с увеличением количества микрокапсул с материалом, способным к фазовому переходу, интенсивность окраски чая заметно возрастает. По сравнению с холостым опытом без применения микрокапсул интенсивность окраски, получаемая при холостом опыте через 4 минуты настаивания, здесь достигается уже через две минуты, т.е. в два раза быстрее.

Фильтрующий материал содержит один или несколько слоев волокнистого покрытия и предназначен, в частности, для изготовления фильтрующих пакетиков или мешочков для приготовления настоенных напитков, при этом, по меньшей мере, одно волокнистое покрытие содержит волокна или микрокапсулы с материалом, способным к фазовому переходу, при этом их переход от твердой фазы к жидкой происходит в диапазоне 0-120°С, а вес единицы поверхности фильтрующего материала составляет от 8 до 90 г/м². В качестве материала, способного к фазовому переходу, могут, например, применяться парафиновые углеводороды. Изобретение позволяет повысить качество заварки. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Фильтрующий материал из одного или нескольких слоев волокнистого покрытия, в частности, для изготовления фильтрующих пакетиков или мешочков для приготовления настоянных напитков, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одно волокнистое покрытие (11) содержит волокна или микрокапсулы (13а, 13b) с материалом, способным к фазовому переходу, причем их переход от твердой фазы к жидкой происходит в диапазоне 0-120°С, при этом вес единицы поверхности фильтрующего материала составляет от 8 до 90 г/м².2. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что в нем содержатся материалы (14), способные к фазовому переходу, при этом их переход от твердой фазы к жидкой происходит в диапазоне 50-100°С.3. Фильтрующий материал по п.1 или 2, отличающийся тем, что материал (14), способный к фазовому переходу, содержит углеводороды.4. Фильтрующий материал по п.3, отличающийся тем, что в нем содержатся парафиновые углеводороды.5. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала (14), способного к фазовому переходу, предусмотрены гидролизованные соли, воски, масла, кислоты жирного ряда, сложные эфиры кислот жирного ряда, двухосновные кислоты и сложные эфиры, первичные спирты, спирты с несколькими атомами водорода, клатраты, полуклатраты, стеариновые ангидриды, этиленкарбонаты, полимеры и их смеси.6. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что он содержит волокна или микрокапсулы (13а, 13b) в количестве от 1 до 70% от веса единицы поверхности фильтрующего материала.7. Фильтрующий материал по п.6, отличающийся тем, что он содержит волокна или микрокапсулы (13а, 13b) в количестве от 2 до 30% от веса единицы поверхности фильтрующего материала.8. Фильтрующий материал по п.8, отличающийся тем, что он содержит волокна или микрокапсулы (13а, 13b) в количестве от 3 до 10% от веса единицы поверхности фильтрующего материала.9. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что вес единицы его поверхности составляет от 10 до 25 г/м².10. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что содержит два слоя волокнистого покрытия (11, 12), причем первое покрытие (11) содержит натуральные волокна и волокна или микрокапсулы (13а, 13b), и что на первое волокнистое покрытие (11) нанесено второе волокнистое покрытие (12) из термосвариваемых волокон, в частности полимерных волокон.11. Фильтрующий материал по п.10, отличающийся тем, что первое волокнистое покрытие (11) состоит из натуральных волокон, целлюлозы из хвойной древесины, целлюлозы из лиственной древесины, волокон Abaca или их смесей.12. Фильтрующий материал по п.1, отличающийся тем, что волокна или микрокапсулы (13а, 13b) с материалом (14), способным к фазовому переходу, связаны между собой в волокнистом покрытии связующим веществом.13. Фильтрующий материл по п.12, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества используется полиакралат (Acronal®).14. Способ получения фильтрующего материала из одного или нескольких слоев волокнистого покрытия на бумагоделательной машине по любому из пп.1-13, отличающийся тем, что, по меньшей мере, в одно нанесенное на бумагоделательной машине волокнистое покрытие (11) вводятся волокна или микрокапсулы (13а, 13b) с материалами (14), способными к фазовому переходу.15. Способ по п.14, отличающийся тем, что применяется один или несколько материалов (14), способных к фазовому переходу, при этом их переход от твердой фазы к жидкой происходит при температуре от 0 до 120°С.16. Способ по п.14, отличающийся тем, что применяется один или несколько материалов (14), способных к фазовому переходу, при этом их переход от твердой фазы к жидкой происходит при температуре от 50 до 100°С.17. Способ получения фильтрующего материала по п.14, отличающийся тем, что волокна или микрокапсулы (13а, 13b) с материалом (14), способным к фазовому переходу, наносятся на фильтрующий материал устройством для нанесения покрытий бумагоделательной машины в количестве от 2 до 30% от веса единицы поверхности фильтрующего материала.18. Способ получения фильтрующего материала по п.17, отличающийся тем, что волокна или микрокапсулы (13а, 13b) с материалом (14), способным к фазовому переходу, наносятся на фильтрующий материал устройством для нанесения покрытий бумагоделательной машины в количестве от 3 до 10% от веса единицы поверхности фильтрующего материала.19. Способ по п.14, отличающийся тем, что волокна или микрокапсулы (13а, 13b) с материалом (14), способным к фазовому переходу, вводятся в одно из наносимых волокнистых покрытий, в частности в первый из двух слоев наносимых волокнистых покрытий (11, 12), при этом первое покрытие содержит натуральные волокна.20. Способ по п.14, отличающийся тем, что волокна или микрокапсулы (13а, 13b) связаны в наносимом волокнистом покрытии, в частности первом волокнистом покрытии (11), фильтрующего материала связующим веществом.21. Способ по п.20, отличающийся тем, что в качестве связующего вещества применяется полиакрилат (Acronal®).22. Пакетик для порционного заваривания чая или кофе, содержащий фильтрующий материал, состоящий из одного или нескольких слоев волокнистого покрытия, отличающийся тем, что он содержит фильтрующий материал, охарактеризованный в п.1.23. Пакетик для порционного заваривания чая или кофе по п.22, отличающийся тем, что предусмотрены два слоя волокнистого покрытия (11, 12), при этом первое покрытие (11) содержит натуральные волокна и волокна или микрокапсулы (13а, 13b), и на первое волокнистое покрытие (11) нанесено второе волокнистое покрытие (12) из термосвариваемых волокон, в частности полимерных волокон.