БУМАГА ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ЭКСТРАГИРОВАНИЯ Российский патент 2022 года по МПК D21H11/00 B01D39/18 B65D85/804 B65D85/808 D21H27/00 D21H27/10 

Настоящее изобретение относится к бумаге для горячего экстрагирования (предназначенной для использования при горячем экстрагировании), состоящей по существу из целлюлозы и технологических вспомогательных средств, абсолютно необходимых при производстве целлюлозы, таких как средства, регулирующие рН, на основе кислот и/или оснований.

Бумага для горячего экстрагирования, которая используется в качестве фильтров для кофе, фильтров для чая или для других целей, должна, в частности, удовлетворять определенным требованиям, когда она используется в продовольственном секторе. Не только используемое сырье, которое в данном случае представляет собой древесную стружку или целлюлозу, но и также материалы добавок точно стандартизированы и могут быть выбраны только из очень немногих определенных веществ.

В зависимости от выбранной цели перечни материалов добавок в данном случае различаются, и, в частности, необходимо, чтобы общий сухой остаток экстракта после экстрагирования горячей водой не превышал величины, составляющей 10 мг/дм², и, в частности, необходимо обходиться в значительной степени без материалов добавок, обычно используемых при производстве бумаги.

В этой связи было установлено, что требования различаются в зависимости от цели последующего использования и что бумага, которая пригодна, например, для приготовления чая, не может быть использована в качестве пакетов для запекания.

Однако в данной области техники помимо обычных фильтров для кофе и чая известно множество видов специальной бумаги, которые допустимо или можно использовать, например, для производства стаканов для питья, в которых может продаваться горячий кофе или горячий чай или суп. Таким образом, например, из ЕР 1 985 437 А1 стал известен способ, посредством использования которого бумагу подвергают обработке для образования стаканов для питья и тому подобного, при этом указанная бумага может быть использована в продовольственном секторе непосредственно после придания ее определенной формы, например, для горячего кофе или горячего чая.

В ЕР 1 343 629 В1 также описан бумажный контейнер, который изготовлен из крафт-бумаги, поддающейся сильному растягиванию, и стенка которого имеет часть, выступающую внутрь или наружу. Бумага, описанная в данном документе, представляет собой бумагу специального назначения, которая пригодна для создания контейнеров, в которых может быть непосредственно размещен, например, горячий напиток и при использовании которых покупатель не может травмироваться, то есть которые обладают определенным изолирующим эффектом.

Порционный контейнер для экстрагируемых веществ, предназначенных для получения напитка, стал известным из WO 2018/002223 А1, при этом указанный контейнер, с одной стороны, создан запахонепроницаемым и, с другой стороны, является биоразлагаемым.

В WO 2017/144009 А1 описаны композиционный материал, содержащий целлюлозу и по меньшей мере микроволокнистую или нановолокнистую целлюлозу, и изделия, изготовленные из данного материала.

Из ЕР 2 374 930 А1 известны способ изготовления бумаги-основы и бумага-основа, которая содержит по меньшей мере целлюлозу из соломы и целлюлозу промышленного применения и предназначена для изготовления писчей бумаги или тому подобного.

Помимо обычных фильтров для кофе в последние годы в еще большей степени увеличилась потребность в капсулах, в которых содержится кофе, подлежащий варке, поскольку машины, в которых могут размещаться капсулы данного типа и которые, следовательно, могут обеспечить приготовление кофе или чая, используются все в большем масштабе не только на рынке товаров промышленного назначения, но и, в частности, также в частных домохозяйствах. В случае использования машин данного типа образуется чрезмерно большое количество отходов из пластиковых капсул или металлических капсул, или капсул, изготовленных из обоих материалов, которые в настоящее время большей частью выбрасывают или обрабатывают как опасные отходы. Вследствие нарастающих проблем, связанных с пластиковыми отходами, которые обнаруживаются в самых недоступных местах, например, в середине океана, от пластика следует избавляться таким образом, чтобы он использовался повторно и, следовательно, чтобы нарастающие проблемы уменьшались в максимально возможной степени. Металлические капсулы, в частности, алюминиевые капсулы являются чрезвычайно дорогими и требуют больших затрат энергии во время их изготовления, так что существует потребность в контейнерах нового типа для кофемашин, работающих с капсулами, при этом при использовании данных кофемашин капсулы, заполненные кофе, могут подвергаться варке и при этом будет отсутствовать необходимость в подвергании отходов из капсул сложной переработке и будет отсутствовать риск для окружающей среды.

Изобретение направлено на получение бумаги для горячего экстрагирования, которая пригодна для изготовления капсул для кофемашин и которая, кроме того, также может быть безопасно использована для приготовления горячих напитков.

Для решения данной задачи бумага для горячего экстрагирования согласно изобретению отличается по существу тем, что бумага содержит целлюлозу, имеющую длину волокон, составляющую по меньшей мере 2,0 мм и определенную как средневзвешенная длина, в частности, средневзвешенную длину, составляющую по меньшей мере 2,5 мм, и тем, что она обладает изотропной растяжимостью, которая является по существу одинаковой в машинном направлении и поперечном направлении и составляет по меньшей мере 7,5%, в частности, по меньшей мере 8,5%. При выборе такой бумаги, которая содержит целлюлозу со средневзвешенной длиной волокон, составляющей по меньшей мере 2,0 мм, в частности, средневзвешенной длиной, составляющей по меньшей мере 2,5 мм, успешно изготавливается бумага, прочность которой при растяжении или сопротивление продавливанию значительно увеличена(-о) по сравнению с обычной бумагой, в частности, крафт-бумагой. Кроме того, за счет того, что бумага для горячего экстрагирования обладает изотропной растяжимостью, которая является по существу одинаковой в машинном направлении и поперечном направлении и составляет по меньшей мере 7,5%, в частности, по меньшей мере 8,5%, бумаге данного типа может быть придана желательная форма или бумага данного типа также может быть растянута желательным образом, и существует возможность использования бумаги данного типа для получения контейнеров малого размера с формами, необходимыми для капсульных машин, без разрыва или разрушения волокнистой структуры, и, следовательно, также можно получить бумагу, которая также характеризуется стабильностью размеров и долговечностью при повышенных температурах и давлении.

Целлюлоза с длиной волокон, составляющей по меньшей мере 2,5 мм и определенной как средневзвешенная длина, понимается как означающая целлюлозу, длина волокон которой составляет в среднем 2,5 мм, при этом отклонения от среднего значения являются как можно меньшими и предпочтительно не превышают±0,8 мм, предпочтительно не превышают±0,4 мм и особенно предпочтительно не превышают±0,2 мм.

За счет того, что используется целлюлоза со средневзвешенной длиной волокон, составляющей по меньшей мере 2,0 мм, в частности, средневзвешенной длиной, составляющей 2,5 мм, в частности, предотвращается или подавляется образование мелкой фракции, состоящей из целлюлозных волокон с чрезвычайно малой длиной волокон. При использовании бумаги данного типа успешно обеспечивается, в частности, постоянство свойств бумаги, которая пригодна для использования, например, в качестве капсул для кофе в капсульных машинах при более высоких давлениях при отсутствии опасения в отношении попадания нежелательного мелкодисперсного материала или балластных материалов в напиток, приготовленный посредством такой бумаги. В частности, если учитывать то, что существуют очень подробно прописанные регламенты в отношении приготовления горячих напитков, компоненты которых могут иметь бумагу для горячего экстрагирования и в случае которых, в частности, некоторые количества экстракта из технологических вспомогательных материалов или материалов добавок могут содержаться в конечном продукте, специалисту в данной области техники будет совершенно ясно то, что не только число материалов добавок должно быть ограничено на основе законодательных требований, но и, скорее, должно быть, в частности, гарантировано то, что фактически никакие добавки, которые не являются абсолютно необходимыми, не будут содержаться в бумаге для горячего экстрагирования, и, в частности, также должно гарантироваться то, что никакие загрязнители, источником которых является сама целлюлоза, не смогут попасть в напиток, приготовленный посредством такой бумаги.

В частности, то обстоятельство, что бумагу для горячего экстрагирования успешно производят, используя современную высокопроизводительную бумагоделательную машину, которая имеет скорости работы машины, составляющие до 1000 м/мин, и при этом при производстве указанной бумаги обходятся без добавления технологических вспомогательных материалов, таких как противовспениватели, средства, препятствующие осаждению, крахмал, фиксирующие средства, проклеивающие средства, наполнители или тому подобное, было непредсказуемым, поскольку скорость машины можно было увеличить только посредством добавления технологических вспомогательных материалов данного типа.

Следовательно, согласно изобретению разработана такая бумага для горячего экстрагирования, что во время ее изготовления только неорганические кислоты и основания, такие как серная кислота (H₂SO₄) и каустическая сода (NaOH), используются в качестве средств, регулирующих рН. В данном случае, в частности, важно то, что содержание хлоридов поддерживается на низком уровне для предотвращения попадания легкорастворимого хлорида в конечный продукт посредством горячей воды во время экстракции. Аналогичным образом должно быть ограничено содержание азота в водном экстракте, поскольку повышенное содержание азота может привести к изменению вкуса напитка или тому подобного, полученного посредством использования бумаги для горячего экстрагирования. Следовательно, содержание азота в водном экстракте предпочтительно ограничено до < 0,015 мг на 1 г сухого материала.

Согласно развитию изобретения целлюлоза выбрана из целлюлозы из древесины хвойных пород, выбранных из группы, состоящей из пихты, ели, сосны, лиственницы и дугласии. Известно, что древесина хвойных пород имеет большую длину волокон и обычно используется, в частности, для производства бумаги, которая должна иметь высокую прочность при растяжении. Согласно изобретению делается попытка выбрать целлюлозу, которая не только имеет средневзвешенную длину, но и предпочтительно также получена из древесины одного и того же типа или из смесей из древесины двух определенных типов, например, такой как смеси из еловой и сосновой древесины.

Согласно развитию изобретения целлюлоза для бумаги для горячего экстрагирования выбрана таким образом, что до 15%, предпочтительно до 10% целлюлозы, образованной из древесины хвойных пород, заменено целлюлозой из древесины лиственных пород, выбранных из группы, состоящей из бука, дуба, осины, тополя, акации, ольхи, клена, каштана, ниссы, платана, липы и эвкалипта, или из смесей из двух или более из вышеуказанного. Для обеспечения возможности поддержания по существу неизмененных свойств бумаги, предназначенной для горячего экстрагирования, до 15%, в частности, до 10% целлюлозы из древесины хвойных пород, может быть заменено целлюлозой из лиственных деревьев, которая имеет меньшую длину волокон, чем целлюлоза из хвойных деревьев. Несмотря на эту замену, в соответствии с изобретением успешно сохраняется, в частности, относительное удлинение бумаги, предназначенной для горячего экстрагирования, при разрыве.

Согласно развитию изобретения изотропная растяжимость бумаги выбрана таким образом, что относительное удлинение при разрыве, определяемое в машинном направлении (MD), отличается самое большее на 1,5% от относительного удлинения при разрыве, определяемого в поперечном направлении (CD). При использовании таких характеристик изотропной растяжимости можно гарантировать то, что даже в случае придания бумаге данного типа, например, формы капсул можно быть надежно предотвращено нежелательное снижение прочности и, следовательно, изменение свойств материала в одном направлении.

В соответствии с развитием изобретения бумага данного типа согласно изобретению, предназначенная для горячего экстрагирования, может иметь массу на единицу площади, составляющую от 70 до 250 г/м². В данном случае массу на единицу площади выбирают в зависимости от давления, которое будет приложено во время экстрагирования, или продолжительности приложения давления, и масса на единицу площади часто находится в диапазоне от приблизительно 80 до 150 г/м².

Согласно развитию изобретения бумага данного типа согласно изобретению, предназначенная для горячего экстрагирования, может иметь имеет воздухопроницаемость по Герли, составляющую от 15 с до 25 с, в частности, от 20 с до 23 с.

Для того чтобы бумага была пригодной для удовлетворения всех требований к экстракции пищевых продуктов или деликатесов, в соответствии с развитием изобретения бумага для горячего экстрагирования выбрана такой, чтобы содержание хлоридов в экстракте, полученном экстрагированием горячей водой из бумаги для горячего экстрагирования, составляло менее 0,7 мг/л, и содержание алюминия в экстракте, полученном экстрагированием горячей водой из бумаги для горячего экстрагирования, составляло менее 0,1 мг/л. В частности, уменьшение содержания алюминия, источником которого являются вспомогательные средства, подобно низкому содержанию хлоридов обеспечивает возможность применения бумаги для горячего экстрагирования в области приготовления пищевых продуктов и деликатесов.

Для того чтобы во время подвода горячей воды или пара и приложения давления надежно предотвратить разрыв бумаги для горячего экстрагирования или нагружение ее таким образом, что слишком большое количество материала будет «захватываться» или бумага больше не будет герметичной, в соответствии с развитием изобретения бумага отличается тем, что она имеет сопротивление продавливанию, составляющее по меньшей мере 630 кПа/100 г⋅м^-2, 790 кПа/130 г⋅м^-2 или 1020 кПа/180 г⋅м^-2. Если бумага для горячего экстрагирования имеет часть целлюлозы из древесины лиственных пород, что возможно согласно изобретению, сопротивление продавливанию уменьшается в зависимости от количества и типа добавленной древесины лиственных пород, однако при этом по существу не оказывается влияние на остальные свойства. Согласно развитию изобретения бумага данного типа, предназначенная для горячего экстрагирования и имеющая часть целлюлозы из древесины лиственных пород, имеет сопротивление продавливанию, составляющее по меньшей мере 400 кПа/100 г⋅м^-2, 520 кПа/130 г⋅м^-2 или 630 кПа/180 г⋅м^-2.

Для надежного поддержания или обеспечения заданной степени крепирования бумаги данного типа, в частности, бумага для горячего экстрагирования разработана такой, что она подвергнута сжатию и при необходимости дополнительному каландрированию, в частности, сжатию в установке Clupak и каландрированию в каландре, в частности, в башмачном каландре. В случае сжатия бумаги для горячего экстрагирования в машине Clupak, в которой бумага сжимается между резиновым листом и цилиндром известным способом, скорость в секции предварительной сушки выбрана такой, чтобы она отличалась от скорости в секции дополнительной сушки для бумаги для горячего экстрагирования согласно изобретению, при этом скорость в секции предварительной сушки выбрана большей, чем скорость в секции дополнительной сушки. Что касается характеристик изотропного растяжения бумаги для горячего экстрагирования согласно изобретению, то растяжимость в машинном направлении, составляющая приблизительно 2%, достигается в данном случае за счет используемой целлюлозы. Дополнительные степени растяжения в машинном направлении достигаются исключительно благодаря особому режиму работы машины Clupak. Таким образом, на стадии предварительной сушки с использованием машины Clupak было успешно обеспечено увеличение степени растяжения в машинном направлении по меньшей мере на 5,5% в дополнение к растяжению волокон, если машина работает со скоростью 850 м/мин на стадии предварительной сушки и 803 м/мин на стадии дополнительной сушки. Растяжимость в поперечном направлении обеспечивают в соответствии с изобретением посредством измельчения при высокой концентрации, при котором целлюлозную массу с концентрацией твердых частиц, составляющей по меньшей мере 25%, подвергают механической обработке в зазоре измельчающего устройства.

Необязательный этап каландрирования, в частности, посредством башмачного каландра обеспечивает возможность разглаживания предварительно крепированной поверхности бумаги для горячего экстрагирования без одновременного отрицательного воздействия на сопротивление продавливанию или прочность при растяжении. Выбор длины башмака в башмачном каландре, составляющей, например, 50-170 мм, давлений в зоне контакта, составляющих до 10 МПа, температуры поверхности каландрового вала, составляющей до 280°С, а также количеств подводимого пара, составляющих до 3 г/м², при подводе пара непосредственно перед зоной контакта при каландрировании положительно влияет на заданные характеристики разглаживания.

Согласно развитию изобретения небеленая целлюлоза сульфатной варки была использована для бумаги для горячего экстрагирования. Посредством использования небеленой целлюлозы избегают использования отбеливающих средств, которые в противном случае были бы необходимыми, что в целом значительно повышает пригодность бумаги для горячего экстрагирования для использования в качестве капсулы в капсульной кофемашине.

В завершение, например, для надежного предотвращения впитывания воды бумагой данного типа, предназначенной для горячего экстрагирования, и, следовательно, увлажнения продукта, содержащегося в ней, и/или для гарантирования защиты соответствующего аромата развитие изобретения может предусматривать то, что бумага будет создана с покрытием. Для гарантирования того, что по меньшей мере одно покрытие, которое при необходимости должно быть нанесено на бумагу для горячего экстрагирования, будет хорошо прилипать к бумаге согласно изобретению, предназначенной для горячего экстрагирования, и не будет случайно отсоединяться, в соответствии с развитием изобретения поверхностная энергия бумаги задана составляющей > 33 мДж/м², предпочтительно > 35 мДж/м², особенно предпочтительно > 38 мДж/м². В данном случае понимается, что поверхностная энергия означает сумму энергии полярной и дисперсной фракций в бумаге и приповерхностных слоях бумаги. Различие между верхней стороной и сеточной стороной бумаги в отношении поверхностной энергии предпочтительно составляет 3 мДж/м², особенно предпочтительно 2 мДж/м². В результате может обеспечиваться одинаковое поведение обеих сторон бумаги в случае, если покрытие должно быть нанесено, и не происходит, например, случайного отсоединения покрытия на одной стороне. Поверхностная энергия бумаги для горячего экстрагирования обусловлена используемой целлюлозой и абсолютно необходимыми технологическими вспомогательными средствами в бумагоделательной машине, следовательно, ее задание возможно, например, посредством выбора целлюлозы.

Нанесение покрытия на бумагу для горячего экстрагирования может происходить, например, посредством одного из нижеуказанных способов, выбранных из ламинирования, приклеивания или нанесения покрытия экструзией, или приклеивания. Материалы покрытий, подлежащие использованию для образования покрытий данного типа, представляют собой главным образом пластики, которые удовлетворяют законодательным нормам по безопасности пищевых продуктов, применяемым для горячего экстрагирования, поскольку весь композиционный материал, состоящий из бумаги для горячего экстрагирования и покрытия (-й), должен соответствовать данным законодательным нормам по безопасности пищевых продуктов. Особенно предпочтительны пластики, которые также являются биоразлагаемыми или компостируемыми, например, такие как полимолочная кислота или поливиниловые спирты. Однако также могут быть использованы другие соответствующие материалы, например, такие как полиэтилен или полипропилен. Покрытие может быть нанесено на одну или обе стороны бумаги для горячего экстрагирования, и для покрытия для каждой стороны бумаги могут быть использованы пластики или материалы, количество и тип которых отличаются от пластиков и материалов для другой стороны. Соответствующие толщины слоев должны быть адаптированы в соответствии с соответствующими материалами и, кроме того, заданными барьерными свойствами и составляют от 5 до 25 мкм, в частности от 7 до 20 мкм на слой, и общая толщина не превышает приблизительно 50 мкм.

Само собой разумеется, может быть использована беленая или предпочтительно небеленая бумага для горячего экстрагирования.

Бумага для горячего экстрагирования предпочтительно может быть использована в способе изготовления закрытых капсул для приготовления чая и/или кофе. Случайный разрыв бумаги во время придания определенной формы и во время использования в случае применения бумаги данного типа может быть предотвращен благодаря ее изотропной растяжимости.

В дальнейшем изобретение разъяснено более подробно на основе иллюстративных вариантов осуществления. В отношении измеренных величин, используемых для описания характеристик получаемых продуктов, следует указать, что для измерения или определения данных величин для нижеследующего описания использовались стандарты и что те же стандарты не приводятся снова по отдельности в нижеследующем описании:

Длина волокон ISO 16065-2:2014 Сопротивление продавливанию ISO 2758:2014 Растяжимость ISO 1924-3:2005 Граммаж (масса 1 м²) ISO 536:2012 Воздухопроницаемость по Герли ISO 5636-5:2013 Экстрагирование горячей водой ISO 6588-2:2012

Пример 1

Изготовление первой бумаги для горячего экстрагирования

согласно изобретению

Небеленая сульфатная крафт-целлюлоза, которая была получена исключительно из 80% - 81% еловой древесины и 19% - 20% сосновой древесины с перманганатным числом, составляющим 45, была использована для изготовления бумаги для горячего экстрагирования. 98%-я серная кислота была использована только для снижения и задания значения рН в машине для изготовления бумаги для пакетов, которая работает в псевдонейтральном режиме и при максимальной скорости > 1000 м/мин и которая работала, в частности, для получения бумаги для горячего экстрагирования при приблизительно 504 м/мин. Полученная в результате, белая бумага имеет рН, составляющий от 6,2 до приблизительно 7,5. Химикаты, которые обычно используются при производстве бумаги, такие как сульфат алюминия, крахмал, средства, препятствующие осаждению, противовспениватели, тальк или проклеивающие средства, не должны использоваться, и соответствующие отверстия машины, предназначенные для подачи добавок, закрывают по меньшей мере за один час до изготовления бумаги для горячего экстрагирования, чтобы надежно предотвратить попадание любых остаточных количеств данных материалов в бумагу, подлежащую изготовлению. Аналогичным образом остатки волокон перемещают в другую бумагоделательную машину или в различные контейнеры для брака для предотвращения загрязнения бумаги для горячего экстрагирования волокнами малой длины. Эту переналадку выполняют даже за несколько часов, предпочтительно по меньшей мере за 3 часа до начала изготовления. Бумагоделательная машина в данном случае работает таким образом, что никакой неизбежный бумажный брак, никакой сухой брак и никакие обрезки не подаются обратно в целлюлозную массу во время изготовления бумаги для горячего экстрагирования. Во время изготовления данные потоки отводят в то, что известно как промежуточный контейнер.

Исходный материал подвергают измельчению при высокой концентрации и впоследствии измельчению при низкой концентрации, при этом в случае измельчения при высокой концентрации плотность материала задают равной от 30% до 35% и в случае измельчения при низкой концентрации задают равной от 4% до 6%. Кроме того, в случае измельчения при высокой концентрации обеспечивают регулирование растяжимости в поперечном направлении, и измельчение при низкой концентрации регулируют в соответствии с заданной пористостью (по Герли), составляющей > 16 с. В указанном иллюстративном варианте осуществления конкретные нагрузки при измельчении находятся в диапазоне от 220 до 240 кВт⋅ч/т при измельчении при высокой концентрации и от 120 до 145 кВт⋅ч/т при измельчении при низкой концентрации.

Для обработки бумаги для горячего экстрагирования паром используют обычный пародутьевой ящик, который обеспечивает подвод пара к бумаге под давлением, составляющим по меньшей мере 2,0 бар, и при температуре 152°С. Аналогичным образом используют колпак для работы при высоком давлении.

Бумагоделательная машина предусмотрена с длинной сеткой, в частности, с длинносеточной секцией. Бумагу для горячего экстрагирования прессуют в секции прессования посредством двух обычных зон прессования и башмачного пресса с давлением, составляющим 60 кН/м в первой зоне прессования, 90 кН/м во второй зоне прессования и 500 кН/м в башмачном прессе. Очистку прессового сукна для секции прессования выполняют посредством сукномоек типа Уле и труб для распыления под высоким давлением. Разрежение в сукномойках типа Уле обеспечивают при 1,5-2 мВт⋅с, и трубы для распыления под высоким давлением работают при 15 бар.

Сушка бумаги для горячего экстрагирования происходит в сушильной секции посредством «слаломной» сушки, контактной сушки и конвекционной сушки при использовании горячего воздуха с температурой, составляющей по меньшей мере 170°С, при которой обеспечивается возможность свободной усадки бумаги.

Сушка происходит до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение остаточной влажности, составляющее 7%.

Бумага для горячего экстрагирования, полученная таким способом, имела

воздухопроницаемость (по Герли), составляющую 19,8 с,

сопротивление продавливанию, составляющее 824 кПа/134 г⋅м^-2,

массу на единицу площади, составляющую 134 г/м², и

относительное удлинение при разрыве, составляющее 9,29% в машинном направлении и 7,93% в поперечном направлении.

Для исследования свойств 2 г бумаги были подвергнуты горячему экстрагированию при обработке обратным потоком при использовании 100 мл воды в течение 1 часа в соответствии со стандартом: ISO 6588-2:2012.

Волокнистый материал был отфильтрован, и в фильтрате были выявлены ионы хлоридов и алюминия. Было показано, что могут быть достигнуты содержание хлоридов, составляющее 0,63 мг/л, и содержание алюминия, составляющее 0,077 мг/л.

Пример 2

Изготовление второй бумаги для горячего экстрагирования

согласно изобретению

Небеленая сульфатная крафт-целлюлоза, которая была получена исключительно из 77% - 79% еловой древесины и 21% - 23% сосновой древесины с перманганатным числом, составляющим 40, была использована для изготовления бумаги для горячего экстрагирования. 98%-я серная кислота была использована только для снижения и задания значения рН в машине для изготовления бумаги для пакетов, которая работает в псевдонейтральном режиме и имеет максимальную скорость > 1000 м/мин и которая работала, в частности, для получения бумаги для горячего экстрагирования при приблизительно 523 м/мин. Полученная в результате, белая бумага имеет рН, составляющий от 6,2 до приблизительно 7,5. Химикаты, которые обычно используются при производстве бумаги, такие как сульфат алюминия, крахмал, средства, препятствующие осаждению, противовспениватели, тальк или проклеивающие средства, не должны использоваться, и соответствующие отверстия машины, предназначенные для подачи добавок, закрывают по меньшей мере за один час до изготовления бумаги для горячего экстрагирования, чтобы надежно предотвратить попадание любых остаточных количеств данных материалов в бумагу, подлежащую изготовлению. Аналогичным образом остатки волокон перемещают в другую бумагоделательную машину или в различные контейнеры для брака для предотвращения загрязнения бумаги для горячего экстрагирования волокнами малой длины. Эту переналадку выполняют даже за несколько часов, предпочтительно по меньшей мере за 3 часа до начала изготовления. Бумагоделательная машина в данном случае работает таким образом, что никакой неизбежный бумажный брак, никакой сухой брак и никакие обрезки не подаются обратно в целлюлозную массу во время изготовления бумаги для горячего экстрагирования. Во время изготовления данные потоки отводят в то, что известно как промежуточный контейнер.

Исходный материал подвергают измельчению при высокой концентрации и впоследствии измельчению при низкой концентрации, при этом в случае измельчения при высокой концентрации плотность материала задают равной от 30% до 35% и в случае измельчения при низкой концентрации задают равной от 4% до 6%. Кроме того, в случае измельчения при высокой концентрации обеспечивают регулирование растяжимости в поперечном направлении, и измельчение при низкой концентрации регулируют в соответствии с заданной пористостью (по Герли), составляющей > 16 с. В указанном иллюстративном варианте осуществления конкретные нагрузки при измельчении находятся в диапазоне от 210 до 230 кВт⋅ч/т при измельчении при высокой концентрации и от 110 до 135 кВт⋅ч/т при измельчении при низкой концентрации.

Для обработки бумаги для горячего экстрагирования паром используют обычный пародутьевой ящик, который обеспечивает подвод пара к бумаге под давлением, составляющим по меньшей мере 2,0 бар, и при температуре 152°С. Аналогичным образом используют колпак для работы при высоком давлении.

Бумагоделательная машина предусмотрена с длинной сеткой, в частности, с длинносеточной секцией. Бумагу для горячего экстрагирования прессуют в секции прессования посредством двух обычных зон прессования и башмачного пресса с давлением, составляющим 60 кН/м в первой зоне прессования, 90 кН/м во второй зоне прессования и 500 кН/м в башмачном прессе. Очистку прессового сукна для секции прессования выполняют посредством сукномоек типа Уле и труб для распыления под высоким давлением. Разрежение в сукномойках типа Уле обеспечивают при 1,5-2 мВт⋅с, и трубы для распыления под высоким давлением работают при 15 бар.

Сушка бумаги для горячего экстрагирования происходит в сушильной секции посредством «слаломной» сушки, контактной сушки и конвекционной сушки при использовании горячего воздуха с температурой, составляющей по меньшей мере 170°С, в данном случае составляющей в среднем 180°С, при которой обеспечивается возможность свободной усадки бумаги.

Сушка происходит до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение остаточной влажности, составляющее 7%.

Бумага для горячего экстрагирования, полученная таким способом, имела

воздухопроницаемость (по Герли), составляющую 21,3 с,

сопротивление продавливанию, составляющее 788 кПа/129 г⋅м^-2,

массу на единицу площади, составляющую 129 г/м², и

относительное удлинение при разрыве, составляющее 8,92% в машинном направлении и 8,16% в поперечном направлении.

Для исследования свойств 2 г бумаги были подвергнуты горячему экстрагированию при обработке обратным потоком при использовании 100 мл воды в течение 1 часа в соответствии со стандартом: ISO 6588-2:2012.

Волокнистый материал был отфильтрован, и в фильтрате были выявлены ионы хлоридов и алюминия. Было показано, что могут быть достигнуты содержание хлоридов, составляющее 0,52 мг/л, и содержание алюминия, составляющее 0,065 мг/л.

Пример 3

Изготовление третьей бумаги для горячего экстрагирования

согласно изобретению

Небеленая сульфатная крафт-целлюлоза, которая была получена исключительно из 78% - 80% еловой древесины и 20% - 22% сосновой древесины с перманганатным числом, составляющим 40, была использована для изготовления бумаги для горячего экстрагирования. 98%-я серная кислота была использована только для снижения и задания значения рН в машине для изготовления бумаги для пакетов, которая работает в псевдонейтральном режиме и имеет максимальную скорость > 1000 м/мин, в частности, была использована скорость, составляющая приблизительно 670 м/мин. Полученная в результате, белая бумага имеет рН, составляющий от 6,2 до приблизительно 7,5. Химикаты, которые обычно используются при производстве бумаги, такие как сульфат алюминия, крахмал, средства, препятствующие осаждению, противовспениватели, тальк или проклеивающие средства, не должны использоваться, и соответствующие отверстия машины, предназначенные для подачи добавок, закрывают по меньшей мере за один час до изготовления бумаги для горячего экстрагирования, чтобы надежно предотвратить попадание любых остаточных количеств данных материалов в бумагу, подлежащую изготовлению. Аналогичным образом остатки волокон перемещают в другую бумагоделательную машину или в различные контейнеры для брака для предотвращения загрязнения бумаги для горячего экстрагирования волокнами малой длины. Эту переналадку выполняют даже за несколько часов, предпочтительно по меньшей мере за 3 часа до начала изготовления. Бумагоделательная машина в данном случае работает таким образом, что никакой неизбежный бумажный брак, никакой сухой брак и никакие обрезки не подаются обратно в целлюлозную массу во время изготовления бумаги для горячего экстрагирования. Во время изготовления данные потоки отводят в то, что известно как промежуточный контейнер.

Исходный материал подвергают измельчению при высокой концентрации и впоследствии измельчению при низкой концентрации, при этом в случае измельчения при высокой концентрации плотность материала задают равной от 30 до 35% и в случае измельчения при низкой концентрации задают равной от 4 до 6%. Кроме того, в случае измельчения при высокой концентрации обеспечивают регулирование растяжимости в поперечном направлении, и измельчение при низкой концентрации регулируют в соответствии с заданной пористостью (по Герли), составляющей > 16 с. В указанном иллюстративном варианте осуществления конкретные нагрузки при измельчении находятся в диапазоне от 200 до 220 кВт⋅ч/т при измельчении при высокой концентрации и от 120 до 145 кВт⋅ч/т при измельчении при низкой концентрации.

Для обработки бумаги для горячего экстрагирования паром используют обычный пародутьевой ящик, который обеспечивает подвод пара к бумаге под давлением, составляющим по меньшей мере 2,0 бар, и при температуре 152°С. Аналогичным образом используют колпак для работы при высоком давлении.

Бумагоделательная машина предусмотрена с длинной сеткой, в частности, с длинносеточной секцией. Бумагу для горячего экстрагирования прессуют в секции прессования посредством двух обычных зон прессования и башмачного пресса с давлением, составляющим 60 кН/м в первой зоне прессования, 90 кН/м во второй зоне прессования и 550 кН/м в башмачном прессе. Очистку прессового сукна для секции прессования выполняют посредством сукномоек типа Уле и труб для распыления под высоким давлением. Разрежение в сукномойках типа Уле обеспечивают при 1,5-2 мВт⋅с, и трубы для распыления под высоким давлением работают при 15 бар.

Сушка бумаги для горячего экстрагирования происходит в сушильной секции посредством «слаломной» сушки, контактной сушки и конвекционной сушки при использовании горячего воздуха с температурой, составляющей по меньшей мере 175°С, при которой обеспечивается возможность свободной усадки бумаги.

Сушка происходит до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение остаточной влажности, составляющее 7%.

Бумага для горячего экстрагирования, полученная таким способом, имела

воздухопроницаемость (по Герли), составляющую 20,3 с,

сопротивление продавливанию, составляющее 671 кПа/102 г⋅м^-2,

массу на единицу площади, составляющую 102 г/м², и

относительное удлинение при разрыве, составляющее 9,12% в машинном направлении и 8,21% в поперечном направлении.

Для исследования свойств 2 г бумаги были подвергнуты горячему экстрагированию при обработке обратным потоком при использовании 100 мл воды в течение 1 часа в соответствии со стандартом: ISO 6588-2:2012.

Волокнистый материал был отфильтрован, и в фильтрате были выявлены ионы хлоридов и алюминия. Было показано, что могут быть достигнуты содержание хлоридов, составляющее 0,56 мг/л, и содержание алюминия, составляющее 0,059 мг/л.

Пример 4

Изготовление четвертой бумаги для горячего экстрагирования

согласно изобретению

Беленая сульфатная крафт-целлюлоза, которая была получена из 61% - 65% еловой древесины и 25% - 29% сосновой древесины и 10% березовой древесины с перманганатным числом, составляющим <5, была использована для изготовления бумаги для горячего экстрагирования. 98%-я серная кислота была использована только для снижения и задания значения рН в машине для изготовления бумаги для пакетов, которая работает в псевдонейтральном режиме и имеет максимальную скорость > 1000 м/мин, в частности, была использована скорость, составляющая приблизительно 560 м/мин. Полученная в результате, белая бумага имеет рН, составляющий от 6,2 до приблизительно 7,5. Химикаты, которые обычно используются при производстве бумаги, такие как сульфат алюминия, крахмал, средства, препятствующие осаждению, противовспениватели, тальк или проклеивающие средства, не должны использоваться, и соответствующие отверстия машины, предназначенные для подачи добавок, закрывают по меньшей мере за один час до изготовления бумаги для горячего экстрагирования, чтобы надежно предотвратить попадание любых остаточных количеств данных материалов в бумагу, подлежащую изготовлению. Аналогичным образом остатки волокон перемещают в другую бумагоделательную машину или в различные контейнеры для брака для предотвращения загрязнения бумаги для горячего экстрагирования волокнами малой длины. Эту переналадку выполняют даже за несколько часов, предпочтительно по меньшей мере за 3 часа до начала изготовления. Бумагоделательная машина в данном случае работает таким образом, что никакой неизбежный бумажный брак, никакой сухой брак и никакие обрезки не подаются обратно в целлюлозную массу во время изготовления бумаги для горячего экстрагирования. Во время изготовления данные потоки отводят в то, что известно как промежуточный контейнер.

Исходный материал подвергают измельчению при высокой концентрации и впоследствии измельчению при низкой концентрации, при этом в случае измельчения при высокой концентрации плотность материала задают равной от 30 до 35% и в случае измельчения при низкой концентрации задают равной от 4 до 6%. Кроме того, в случае измельчения при высокой концентрации обеспечивают регулирование растяжимости в поперечном направлении, и измельчение при низкой концентрации регулируют в соответствии с заданной пористостью (по Герли), составляющей > 16 с. В указанном иллюстративном варианте осуществления конкретные нагрузки при измельчении находятся в диапазоне от 140 до 170 кВт⋅ч/т при измельчении при высокой концентрации и от 60 до 80 кВт⋅ч/т при измельчении при низкой концентрации.

Для обработки бумаги для горячего экстрагирования паром используют обычный пародутьевой ящик, который обеспечивает подвод пара к бумаге под давлением, составляющим по меньшей мере 2,0 бар, и при температуре 152°С. Аналогичным образом используют колпак для работы при высоком давлении.

Бумагоделательная машина предусмотрена с длинной сеткой, в частности, с длинносеточной секцией. Бумагу для горячего экстрагирования прессуют в секции прессования посредством двух обычных зон прессования и башмачного пресса с давлением, составляющим 60 кН/м в первой зоне прессования, 90 кН/м во второй зоне прессования и 550 кН/м в башмачном прессе. Очистку прессового сукна для секции прессования выполняют посредством сукномоек типа Уле и труб для распыления под высоким давлением. Разрежение в сукномойках типа Уле обеспечивают при 1,5-2 мВт⋅с, и трубы для распыления под высоким давлением работают при 15 бар.

Сушка бумаги для горячего экстрагирования происходит в сушильной секции посредством «слаломной» сушки, контактной сушки и конвекционной сушки при использовании горячего воздуха с температурой, составляющей по меньшей мере 175°С, при которой обеспечивается возможность свободной усадки бумаги.

Сушка происходит до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение остаточной влажности, составляющее 7%.

Бумага для горячего экстрагирования, полученная таким способом, имела

воздухопроницаемость (по Герли), составляющую 22,1 с,

сопротивление продавливанию, составляющее 604 кПа/131 г⋅м^-2,

массу на единицу площади, составляющую 131 г/м², и

относительное удлинение при разрыве, составляющее 9,16% в машинном направлении и 9,48% в поперечном направлении.

Для исследования свойств 2 г бумаги были подвергнуты горячему экстрагированию при обработке обратным потоком при использовании 100 мл воды в течение 1 часа в соответствии со стандартом: ISO 6588-2:2012.

Волокнистый материал был отфильтрован, и в фильтрате были выявлены ионы хлоридов и алюминия. Было показано, что могут быть достигнуты содержание хлоридов, составляющее 0,55 мг/л, и содержание алюминия, составляющее 0,074 мг/л.

Пример 5

Изготовление пятой бумаги для горячего экстрагирования

согласно изобретению

Беленая сульфатная крафт-целлюлоза, которая была получена из 61% - 65% еловой древесины и 25% - 29% сосновой древесины и 10% березовой древесины с перманганатным числом, составляющим <5, была использована для изготовления бумаги для горячего экстрагирования. 98%-я серная кислота была использована только для снижения и задания значения рН в машине для изготовления бумаги для пакетов, которая работает в псевдонейтральном режиме и имеет максимальную скорость > 1000 м/мин, в частности, была использована скорость, составляющая приблизительно 960 м/мин. Полученная в результате, белая бумага имеет рН, составляющий от 6,2 до приблизительно 7,5. Химикаты, которые обычно используются при производстве бумаги, такие как сульфат алюминия, крахмал, средства, препятствующие осаждению, противовспениватели, тальк или проклеивающие средства, не должны использоваться, и соответствующие отверстия машины, предназначенные для подачи добавок, закрывают по меньшей мере за один час до изготовления бумаги для горячего экстрагирования, чтобы надежно предотвратить попадание любых остаточных количеств данных материалов в бумагу, подлежащую изготовлению. Аналогичным образом остатки волокон перемещают в другую бумагоделательную машину или в различные контейнеры для брака для предотвращения загрязнения бумаги для горячего экстрагирования волокнами малой длины. Эту переналадку выполняют даже за несколько часов, предпочтительно по меньшей мере за 3 часа до начала изготовления. Бумагоделательная машина в данном случае работает таким образом, что никакой неизбежный бумажный брак, никакой сухой брак и никакие обрезки не подаются обратно в целлюлозную массу во время изготовления бумаги для горячего экстрагирования. Во время изготовления данные потоки отводят в то, что известно как промежуточный контейнер.

Исходный материал подвергают измельчению при высокой концентрации и впоследствии измельчению при низкой концентрации, при этом в случае измельчения при высокой концентрации плотность материала задают равной от 30 до 35% и в случае измельчения при низкой концентрации задают равной от 4 до 6%. Кроме того, в случае измельчения при высокой концентрации обеспечивают регулирование растяжимости в поперечном направлении, и измельчение при низкой концентрации регулируют в соответствии с заданной пористостью (по Герли), составляющей > 16 с. В указанном иллюстративном варианте осуществления конкретные нагрузки при измельчении находятся в диапазоне от 100 до 120 кВт⋅ч/т при измельчении при высокой концентрации и от 110 до 130 кВт⋅ч/т при измельчении при низкой концентрации.

Для обработки бумаги для горячего экстрагирования паром используют обычный пародутьевой ящик, который обеспечивает подвод пара к бумаге под давлением, составляющим по меньшей мере 2,0 бар, и при температуре 152°С. Аналогичным образом используют колпак для работы при высоком давлении.

Бумагоделательная машина предусмотрена с длинной сеткой, в частности, с длинносеточной секцией. Бумагу для горячего экстрагирования прессуют в секции прессования посредством двух обычных зон прессования и башмачного пресса с давлением, составляющим 60 кН/м в первой зоне прессования, 90 кН/м во второй зоне прессования и 550 кН/м в башмачном прессе. Очистку прессового сукна для секции прессования выполняют посредством сукномоек типа Уле и труб для распыления под высоким давлением. Разрежение в сукномойках типа Уле обеспечивают при 1,5-2 мВт⋅с, и трубы для распыления под высоким давлением работают при 15 бар.

Сушка бумаги для горячего экстрагирования происходит в сушильной секции посредством «слаломной» сушки, контактной сушки и конвекционной сушки при использовании горячего воздуха с температурой, составляющей по меньшей мере 175°С, при которой обеспечивается возможность свободной усадки бумаги.

Сушка происходит до тех пор, пока не будет достигнуто заданное значение остаточной влажности, составляющее 7%.

Бумага для горячего экстрагирования, полученная таким способом, имела

воздухопроницаемость (по Герли), составляющую 20,1 с,

сопротивление продавливанию, составляющее 327 кПа/71 г⋅м^-2,

массу на единицу площади, составляющую 71 г/м², и

относительное удлинение при разрыве, составляющее 9,03% в машинном направлении и 9,51% в поперечном направлении.

Для исследования свойств 2 г бумаги были подвергнуты горячему экстрагированию при обработке обратным потоком при использовании 100 мл воды в течение 1 часа в соответствии со стандартом: ISO 6588-2:2012.

Волокнистый материал был отфильтрован, и в фильтрате были выявлены ионы хлоридов и алюминия. Было показано, что могут быть достигнуты содержание хлоридов, составляющее 0,52 мг/л, и содержание алюминия, составляющее 0,069 мг/л.

Изобретение относится к бумаге для горячего экстрагирования, которая используется в частности в качестве фильтра для кофе или чая. Бумага для горячего экстрагирования состоит по существу из целлюлозы и средств, регулирующих рН на основе кислот и/или оснований. Бумага содержит исключительно целлюлозу, имеющую длину волокон, составляющую по меньшей мере 2,0 мм и определенную как средневзвешенная длина. Бумага обладает изотропной растяжимостью, которая является по существу одинаковой в машинном и поперечном направлениях и составляет по меньшей мере 7,5%. Обеспечивается увеличение прочности бумаги при растяжении и сопротивления продавливанию, а также стабильность размеров и долговечность при повышенных температурах. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

1. Бумага для горячего экстрагирования, состоящая по существу из целлюлозы и средств, регулирующих рН, на основе кислот и/или оснований, отличающаяся тем, что бумага содержит исключительно целлюлозу, имеющую длину волокон, составляющую по меньшей мере 2,0 мм и определенную как средневзвешенная длина, более конкретно, средневзвешенную длину, составляющую по меньшей мере 2,5 мм, и тем, что бумага обладает изотропной растяжимостью, которая является по существу одинаковой в машинном и поперечном направлениях и составляет по меньшей мере 7,5%, более конкретно, по меньшей мере 8,5%.

2. Бумага для горячего экстрагирования по п.1, отличающаяся тем, что серная кислота (H₂SO₄) или каустическая сода (NaOH) содержится в качестве средства, регулирующего рН.

3. Бумага для горячего экстрагирования по п.1 или 2, отличающаяся тем, что целлюлоза выбрана из целлюлозы из древесины хвойных пород, выбранных из группы, состоящей из пихты, ели, сосны, лиственницы и дугласии, или из смесей из двух или более из вышеуказанного.

4. Бумага для горячего экстрагирования по п.3, отличающаяся тем, что до 15%, предпочтительно до 10% целлюлозы, образованной из древесины хвойных пород, заменено целлюлозой из древесины лиственных пород, выбранных из группы, состоящей из бука, дуба, осины, тополя, акации, ольхи, клена, каштана, ниссы, платана, липы и эвкалипта, или из смесей из двух или более из вышеуказанного.

5. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что растяжимость в машинном направлении (MD) отличается самое большее на 1,5% от растяжимости в поперечном направлении (CD).

6. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что бумага имеет массу на единицу площади, составляющую от 70 до 250 г/м².

7. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что бумага имеет воздухопроницаемость по Герли, составляющую от 15 с до 25 с, в частности, от 20 с до 23 с.

8. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что содержание хлоридов в водном экстракте, полученном из бумаги для горячего экстрагирования, составляет менее 0,7 мг/л, и содержание алюминия в водном экстракте, полученном из бумаги для горячего экстрагирования, составляет менее 0,1 мг/л.

9. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1-3 и 5-8, отличающаяся тем, что бумага имеет сопротивление продавливанию, составляющее по меньшей мере 630 кПа/100 г⋅м^-2, 790 кПа/130 г⋅м^-2 или 1020 кПа/180 г⋅м^-2.

10. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1, 2 и 4-8, отличающаяся тем, что бумага для горячего экстрагирования, имеющая часть целлюлозы из древесины лиственных пород, имеет сопротивление продавливанию, составляющее по меньшей мере 400 кПа/100 г⋅м^-2, 520 кПа/130 г⋅м^-2 или 630 кПа/180 г⋅м^-2.

11. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1-10, отличающаяся тем, что бумага для горячего экстрагирования подвергнута сжатию и - при необходимости - дополнительному каландрированию, в частности, сжатию в машине Clupak и каландрированию в каландре, в частности, башмачном каландре.

12. Бумага для горячего экстрагирования по одному из пп.1-11, отличающаяся тем, что поверхностная энергия бумаги для горячего экстрагирования задана составляющей > 33 мДж/м², предпочтительно > 35 мДж/м², особенно предпочтительно > 38 мДж/м².

13. Применение бумаги для горячего экстрагирования по одному из пп.1-12 в способе изготовления закрытых капсул, предназначенных для приготовления чая и/или кофе.