Brevet FR2449159A1 — publié le 19800912

La presente invention concerne des poches filtrantes en papier permettant l'obtention d'infusions par extraction à l'aide de liquides des matériaux pul vérulents qu'elles contiennent. Selon une méthode bien connue, la préparation d'infusions, et particulièrement de boissons telles que café, thé, extraits de céréales torréfiées, tisanes, etc., peut être réalisée grâce à l'intervention de papiers filtres. Ces papiers, généralerient en forme de recipients coniques ou tronconiques, sont mis à l'intérieur d'un entonnoir adapté, et sont remplis de la substance employée pour former l'infusion, par exemple: café torréfié, orge pulvérulent torréfié, thé, tisane, etc. De l'eau, versée à une température en général comme prise entre 80 et 100"C, entraîne la percolation de l'infusion dans l'entonnoir dans lequel le papier filtre est contenu. Cette méthode de préparation d'infusion ou de boissons par infusion à chaud est très employee et on trouve actuellement de nombreux types de machines automatiques dans lesquelles sont utilisés des papiers-filtres. Le papier filtre utilisé pour les buts sus-mentionnés doit correspondre à certaines caractéristiques. I1 doit avant tout avoir une porosité permettant d'obtenir une vitesse de filtrage élevée, et donc d'obtenir la boisson dans un temps relativement bref. a vitesse de filtrage doit être telle que le temps de contact liquide/solide soit suffisant pour permettre l'obtention d'une boisson ayant les caractéristiques de goût requises. Ledit temps de contact peut être compris entre 50" et 500" et il est fonction du type et de la quantite de boisson préparée. La deuxième caractéristique est celle de permettre la rétention des particules, ou granules des matières employées pour la préparation de la boisson. La troisième caractéristique réside dans l'obtention de propriétés de résistance mécaniques élevées à l'humidité, et permettant d'empêcher la rupture du papier-filtre lorsque l'on verse l'eau chancie. La quatrième caractéristique est la pureté des matériaux utilisés pour la fabrication du papier; il ne faut en effet pas produire de mauvaises odeurs ou saveurs dans la boisson; l'emploi de toutes sortes de colles et/ou produits de scellement doit être évité et, par conséquent, les soudures doivent être réalisées avec des moyens d'étanchéité mécaniques (tel que par exemple gaufrage) suffisamment résistants à l'eau chaude. Certaines des qualités requises par le filtre sont en contradiction entre elles. Par exemple, il est difficile de concilier la porosité élevée, obtenue avec l'utilisation de basses valeurs de grammage, avec les propriétés de resistance mécanique élevees à l'humidité du filtre, obtenues avec un grammage élevé du papier. Il a été démontré par la Demanderesse que des filtres dudit type, ayant l'ensemble des caractéristiques requises, peuvent être obtenus grâce à l'utilisation de papier formé de mélanges de fibres de cellulose et de fibrilles de polynières thermoplastiques présentant une aire superficielle d'au moins 1 m2/g, après chauffage préalable du papier à une température égale ou supérieure à la temperature de fusion desdites fibrilles thermoplastiques. Par fibrilles, on entend généralement des structures fibreuses de longueur comprise entre 0,5 et 50 mm et de diamètre compris entre 1 et 400p. Des fibrilles de polymères synthétiques ayant une aire superficielle égale ou supérieure à I m /g sont bien connues, particulièrement dans l'industrie du-papier ou elles sont utilisées depuis longtemps, et peuvent être fabriquées selon des méthodes différentes. Selon le brevet britannique No. 868 651, de telles structures fibreuses peuvent être obtenues par addition d'une solution de polymère synthétique à un agent non-solvant du polymère, le polymère précité ou à l'état glonflé etant soumis à faction de forces de cisaillement. Ce procédé est également decrit dans la demande de brevet en Allemagne Fédérale divulguee sous le No. 2 208 553. Selon le brevet britannique No. 1 287 917, des structures à morphologie analogue sont obtenues par polymérisation des alpha-oléfines en presence de catalyseurs de coordination, sous l'action de forces de cisaillement qui s'exercent dans le milieu reactionnel. D'autres procédés, avec lesquels on fabrique des structures fibreuses ayant lesdites caractéristiques à l'état d'agregats plus ou moins cohérents, ou de structures fibrillées (plexo-filaments), consistent à extruder à travers un orifice des solutions, émulsions, dispersions ou suspensions de polymères synthétiques en milieu solvant, émulsionnant, dispersant ou leurs mélanges, dans des conditions d'évaporation presque instantanée du solvant ou de la phase liquide présente (procédé dit de "flash-spinning").- De tels procèdes sont décrits par exemple dans:: les brevets britanniques Nos. 891 943 et 1 262 531, les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos. 3 770 856, 3 740 383 et 3 808 091, le brevet belge No. 789 808, le brevet français No. 2 176 858, et la demande de brevet en République Fedérale d'Allemagne divulguée sous le No. 2.343.543. Les agregats fibreux ou plexo-filaments fabriqués selon lesdits procédés peuvent être facilement désagréges par cisaillement ou raffinage, pour obtenir des structures fibreuses élémentaires, ayant une aire superficielle supérieure à 1 m2/g et utilisables pour la fabrication du papier ou de produits analogues. Le brevet britannique No. 891 945 décrit la fabrication de ces structures fibreuses (plexi-filaments fibrides) par désagrégation des plexo-filaments obtenus par "flash-spinning" de solutions polymères. Entre autres, des fibrilles ou des structures fibreuses présentant des caractéristiques d'utilisation analogues, sont obtenues par traitement d'une solution, suspension, émulsion ou dispersion d'un polymère dans des solvants et/ou emulsionnants ou dispersants au moment de son extrusion dans des condi t ions d'évaporation rapide de la phase liquide, à l'action de cisaillement d'un fluide gazeux à vitesse élevée et selon une direction angulaire par rapport à la direction d'extrusion. De tels procédés sont decrits dans le brevet italien No. 947 919 et dans la demande de brevet en Italie No. 29 594 A/74 au nom de la Demanderesse. Le papier utilisé pour la fabrication des poches filtrantes selon la présente invention contient entre 5 et 50%, de préférence entre 15 et 35 en poids, de fibrilles d'au moins un polymère thermoplastique, ayant une aire superficielle égale ou supérieure à 1 m2/g. Des exemples de polymères thermoplastiques, comme constituants desdites fibrilles, sont les polymères des alpha-oléfines, en particulier, éthylène et propylène, des monomères vinyliques, acryliques, des amides, de l'acrylonitrile, ainsi que les résines de polyesters et les copolymères formés desdits monomères qui copolymérisent entre eux. Ledit papier présente de préférence un grammage compris entre 15 et 150 g/m2. Ce papier peut être fabriqué selon les habituelles techniques du papier, par disposition en feuilles de mélange desdites fibrilles avec des fibres cellulosiques en dispersions aqueuses contenant de préférence un agent mouillant. La feuille fabriquée de cette façon est soumise à un traitement thermique dans le but de provoquer la fusion d'au moins une partie des fibrilles thermoplastiques présentes. Ce traitement consiste à chauffer ladite feuille å une température égale ou supérieure à la temperature de fusion du polymère qui forme lesdites fibrilles ou du polymère ayant une température de fusion inférieure aux matières thermoplastiques qui constituent les fibrilles. On préfère en général effectuer le traitement à des températures supérieurc-sdc 15 à 30"C à la température de fusion. La valeur maximale admise pour la température est celle au delà de laquelle se produit la détérioration des fibres de cellulose présentes dans le papier. Le traitement thermique du papier est effectué sans pression et peut être réalisé avec des méthodes et dispositifs différents, par exemple passage de la feuille dans un four, sur une surface cylindrique chaude, ou chauffage aux rayons infrarouges. Après le traitement thermique, la feuille est refroidie à une température inférieure à celle de fusion sus-mentionnée et utilisée pour confectionner les filtres selon les méthodes usuelles employees pour la confection de filtres de la même forme avec du papier de cellulose seule, On peut réaliser des poches filtrantes de forme cylindrique, conique, tronconique, hémisphérique ou d'une forme quelconque. La présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication de poches filtrantes en papier permettant l'obtention d'infusions par extraction à l'aide de liquides des matériaux pulvérulents qu'elles contiennent, ce procédé comprenant les opérations suivantes: a) préparation d'une feuille constituée de 5 à 50 en poids de fibrilles d'au moins un polymère thermoplastique ayant une aire superficielle égale ou supé rieur à 1 m2/g et de 95 à 50% en poids des fibres de cellulose, b) chauffage de ladite feuille à une température égale ou supérieure à la température de fusion du polymère thermoplastique qui constitue lesdites fibrilles, ou du polymère thermoplastique ayant la température la plus basse parmi ceux qui constituent lesdites fibrilles, c) refroidissement de la feuille ainsi obtenue, à une température inferieure à celle de ladite fusion, d) confection de la poche filtrante avec ladite feuille, L'operation de confection comprend le soudage des bords de la feuille entre eux, ladite soudure peut être réalisée par gaufrage mécanique seul ou, de préfé- rence, par chauffage des bords superposés, à une température égale à celle de la température de fusion du polymère thermoplastique qui constitue les fibrilles sous pression. Selon cette dernière modalité, on obtient une soudure particulièrement résistante à l'eau pendant l'emploi, ce qui confère l'avantage d'eviter l'usage de colle. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaitront à la lecture de la description suivante et de l'exemple donnés à titre illustratif mais non-limitatif. EXEMPLE Dans un raffineur conique, on raffine un melange constitué par 75% en poids de cellulose au sulfate, du type à fibres longues, et par 25% en poids de fibrilles de polyéthylène (température de fusion = 1350C) et de longueur comprise entre 2 et 3 min, avec un diamètre moyen ~ 20 et une aire superficielle de 5 m2/g. Ledit mélange est dispersé dans l'eau à une concentration de 409 de matériaux fibreux par litre de dispersion. TABLEAU Caractéristique ...................... A Grammmge (g/m) ...................... 45 Rèsigtance à la traction, sous humidité : - longituéinale (kg/15 mm) ...................... 0,05 - transversale (kg/15 mm) ...................... 0,02 - Porosité Bendtsen (cm /mn) ...................... 4600 - Cemps de percolation pour 500 cm cm d'infusion de dafé (secondes) ....................... Le mélange ainsi raffiné, avec un degré de raffinage égal à 18,5 S.R., est utilise pour fabriquer une feuille de papier avec une machine de fabrication continue de papier de 30 cm de large. Apres dessiccation, la feuille obtenue présente un grammage de 45 g/m2. Ses caractéristiques sont indiquées dans le Tableau, colonne A, ci-avant. + Ladite feuille est soumise à un traitement thermique dans un four à air chaud à une température de 1500C pendant une durée de 30 secondes. Les caractéristiques de la feuille après traitement sont indiquées dans le Tableau, colonne B.+ Avec ladite feuille, on fabrique à l'emporte-piece une poche de forme tronconique, dont les bords sont soudes par chauffage à 1600C sous pression de 10 kgicm2. Cette poche est utilisée comme filtre pour preparer des infusions de café avec un appareil automatique type Moulinex&commat;. L'infusion est réalisée en versant 0,5l d'eau à 100 C sur le café en poudre versé aI'intérieur du filtre. Le temps de préparation de 500 cm3 d'infusion est d'environ 300 secondes. Une poche est fabriquée séparément; on emploie le papier de cellulose de sulfate seul, du type à fibres longues. Ces caractéristiques sont indiquées dans le Tableau1 colonne C, cité ci-avant. + Si i'on emploie cette dernière "poche" dans les mêmes conditions que precédemment, le temps de préparation d'une quantité analogue d'infusion de café est de 340 secondes. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à l'exemple et aux modes de mise en oeuvre mentionnes ci-dessus; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisages et sans que l'on ne s'cafte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIOtIS 1.- Procédé pour la fabrication de poches filtrantes permettant l'obtention d'infusions par extraction à l'aidede liquides des matériaux pulvérulents qu'elles contiennent, caractérisé en ce que ce procédé comprend les operations suivantes: a) préparation d'une feuille constituée de 5 à 50% en poids de fibrilles d'au moins un polymère thermoplastique ayant une aire superficielle egale ou supérieure à 1 m2/g et de 95 à 505 en poids des fibres de cellulose, b) chauffage de ladite feuille à une température égale ou supérieure à la température de fusion du polymère thermoplastique qui constitue lesdites fibrilles, ou du polymère thermoplastique ayant la température la plus basse parmi ceux qui constituent lesdites fibrilles, c) refroidissement de la feuille ainsi obtenue, à une température inférieure à celle de ladite fusion, d) confection de la poche filtrante avec ladite feuille. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibrilles sont constituées par un polymère oléfinique. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la feuille de papier présente des valeurs de grammage comprises entre 15 et 150 g/m2. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le contenu des fibrilles thermoplastiques dans la feuille est compris entre 15 et 35% en poids. 5.- Procéde selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la confection des poches filtrantes comprend le soudage des bords de la feuille par chauffage des bords superposes à une température égale ou superieure à celle de fusion du polymère thermoplastique constituant les fibrilles sous pression. 6.- Poche filtrante fabriquée à l'aide du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.