CN105121306A - 具有改进的刺穿能力的容器和材料 - Google Patents
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Abstract
本说明书包括具有改进的刺穿设计的容器,其可被刺穿但没有容器的明显变形。这种容器特别适用于使用自动机器特别是使用那些用来制备单杯式饮料的机器来制备饮料。还提供用于容器中具有改进的刺穿能力的热塑性材料、用于制备饮料的容器以及使用这种容器来制备饮料的方法。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据美国法典第35卷第119(e)节要求2013年4月12日提交的美国临时申请No.61/811397的优先权,其内容通过引用整体合并于此。
背景技术
本申请总体涉及用于制备饮料尤其是咖啡和茶的容器领域。这些容器通常被称为筒、杯、小盒(capsule)或者囊(pods),并且特别适于用在单杯式饮料制备上。
近年来,单杯式饮料机由于其快捷便利的煮泡饮料方式已经在家庭和商业上流行起来。这些机器通常通过聚合物容器煮泡咖啡、茶或其他热饮,这些容器可具有一体式过滤器并且填充有咖啡粉、茶叶或其他可溶性产品。当这些产品煮泡时,容器可被轻易丢弃使得机器可用于随后饮料的制备。因而这些容器能够使用户快捷容易地定制自己的饮料以及享用新煮泡的饮料。
尽管便利,但用于饮料制备的现有容器具有众多缺陷。例如,许多市场上可买到的容器是用不易回收的材料制备的。这至少部分归因于这些容器所需的结构特性。例如,容器必须足够结实以允许刺穿容器底座而不会使容器发生明显变形。因此,存在这样的结构需求,其允许使用更容易回收的材料而仍旧具有足够的结构完整性。
发明内容
本说明书的实施方式通过提供一种容器来解决上述需求,所述容器包括大体圆形的底座;截锥形壁,其自所述底座延伸并在其中限定腔室;以及堆叠肩部,其与壁相交并从壁横向延伸。底座包括其中带有连续刺穿区域的环形支撑结构,连续刺穿区域的尺寸和形状被设置为允许刺穿而没有干涉并且没有容器的明显变形。理想地,环形支撑结构以有效距离距底座边缘定位以增加连续刺穿区域内底座的刺穿能力。
本发明的实施方式中还提供一种使用上述容器制备饮料的容器以及使用这种容器来制备饮料的方法。
附图说明
图1是根据第一实施方式的容器实施方式的侧视图。
图2是图1中所示的容器的仰视图。
图3是图1中所示的容器的俯视图。
图4是图1中所示的容器的前下方透视图。
图5A和图5B是根据实施方式的、可用于杯底座内表面上的设计的示意图。
图6是图1中所示的容器实施方式的截面侧视图。
具体实施方式
本说明书的实施方式通过提供一种用于饮料制备的容器来解决上述需求。如本文使用的,术语“容器”与筒、杯、小盒、囊等等的意义是一样的,其可用于饮料制备。
容器总的包括具有底座和限定出开口的截锥形侧壁的杯状容器。在一种实施方式中,底座包括环形支撑结构。设置于环形支撑结构中的连续刺穿区域被配置为能够允许容器底座在饮料制备期间在连续刺穿区域中被刺穿。理想地,环形支撑结构以有效距离距底座边缘定位以增加连续刺穿区域内底座的刺穿能力。
容器10的示例性实施方式进一步图示于图1-4中。容器10包括底座12和限定开口16的截锥形侧壁14。侧壁14可包括环绕开口16径向向外伸出的唇部18。一方面,径向向外伸出的唇部18进一步包括与侧壁14相交并且从侧壁14横向延伸的堆叠肩部19。
底座12包括其中具有连续刺穿区域22的环形支撑结构20。理想地,环形支撑结构20以有效距离距底座12的边缘24定位。
设置于环形支撑结构20中的连续刺穿区域被配置为能够允许容器底座在饮料制备期间在连续刺穿区域22中的任一位置被刺穿。虽然环形支撑结构20的当前描述实施方式为环形,但其他形状也可使用(例如,椭圆形、三角形、正方形、六边形、七边形、八边形等等),只要结构不妨碍连续刺穿区域22内底座的刺穿,并且以有效距离距底座的边缘24定位。然而,本领域普通技术人员可以理解的是,环形支撑结构特别适于限定可在任一位置刺穿的连续刺穿区域,从而允许容器定位在饮料机内而无需考虑刺穿区域的位置。
在实施方式中,环形支撑结构可包括多于一个的环形。例如,环形支撑结构可包括第一环形和定位在第一环形内部和连续刺穿区域外部的第二环形。在实施方式中,第一环形支撑结构和第二环形支撑结构具有基本上相同的尺寸(即,宽度和高度)。然而,本领域普通技术人员可以理解的是,第一环形支撑结构和第二环形支撑结构的尺寸可以不同(即,不同的宽度等等)。
不希望受任何理论约束,环形支撑结构距底座边缘定位的有效距离改变容器的失效模式并且增加底座的刚性,从而改进连续刺穿区域内底座的刺穿能力。在示例性实施方式中,距底座边缘的有效距离从大约1mm到大约10mm,从大约1mm到大约5mm,从大约1.5mm到大约2.5mm,或者从大约2.0mm到大约2.5mm。例如,在一实施方式中,环形支撑结构可距底座边缘大约2.3mm定位。
在实施方式中,容器进一步包括设置于连续刺穿区域中心的底座上的内部支撑结构,使得连续刺穿区域定位在环形支撑结构和内部支撑结构之间(图6)。内部支撑结构可以是与环形支撑结构类似的环形,但是其他形状也可使用(例如,圆形、椭圆形、三角形、正方形、六边形、七边形、八边形等等),只要内部支撑结构的形状不妨碍连续刺穿区域内底座的刺穿性能。
在实施方式中,容器进一步包括其他特征以促进连续刺穿区域内底座的刺穿能力。例如,在一实施方式中,容器可包括位于容器底座内表面中的特征。该特征可在连续刺穿区域的刺穿期间有效弱化连续刺穿区域内底座的材料而不牺牲其强度,例如,通过提供应力集中。该特征的两个示例性实施方式图示于图5A和5B中,这些图图示出可印在容器底座内表面中的设计。其他设计也是可以使用的。
在一实施方式(图6)中,容器进一步以下列数学关系式为特征:
h=(R1-R)·tan(90-Φ)
其中,h为从底座12到堆叠肩部19的容器高度,R1为堆叠肩部19处的容器内径,R为底座边缘24处的底座12半径,以及Φ为变形锥角(approachangle)。
容器还可进一步以底座特征的尺寸为特征(图2和图6):r1为底座12到环形支撑结构20的外部部分的半径,r2为底座12到环形支撑结构20的内部部分的半径,d0为从底座边缘24到环形支撑结构20的有效距离,w0为环形支撑结构20的宽度,w1为底座12的连续刺穿区域22的宽度,以及t为环形支撑结构20的高度。因此,在某些实施方式中底座12进一步以下列数学关系式为特征:
d0=R-r1>0.01
w0=r1-r2>0.01
R>r1>r2
wi=2·r2
在实施方式中,r1和r2彼此独立,可从大约0.1mm到大约10.0mm。例如,在实施方式中,R可以为18.8mm,r1可以为9.4mm以及r2可以为8.25mm,因此d0为9.4mm,w0为1.15mm,wi为16.5mm,以及t为0.65mm。上述变量的示例性范围概述在下表中。
在实施方式中,本领域普通技术人员已知的自支撑式过滤器元件(未示出)可设置于容器内并且可移除地或者永久地连接到容器的内表面上。例如,过滤器可以为倒置的中空锥体形状,具有从环绕开口的边缘均匀渐缩的曲壁。然后过滤器元件可被置于容器内,使得锥体顶点被支撑在容器底座上并被其微微压平,从而扩大锥体内的体积以及为过滤器元件提供有利支撑。
在实施方式中,本发明提供的容器进一步包括能够刺穿的盖子,其与容器的唇部成密封关系,封闭开口以形成筒。理想地,盖子是由不渗透的无孔材料制成的,该材料可用诸如管状针的工具刺穿,由此输送热水用于饮料制备。例如,在实施方式中盖子可包括热封到容器唇部上的聚合物膜或者箔片。
在实施方式中,容器可通过由热塑性材料模制和热成型容器来准备。理想的是,热塑性材料基本上不渗透且无孔。合适的热塑性材料的非限制性实施例包括诸如聚丙烯和聚乙烯的聚烯烃、聚苯乙烯、尼龙及其他聚合物。在特定实施方式中,特别理想的是,热塑性材料为生物基树脂,易于回收和/或包括至少一部分可循环使用的材料。例如,在一实施方式中热塑性材料可包括可循环使用的聚丙烯基树脂。
在实施方式中,热塑性材料可与一种或多种添加剂混合以给予容器理想的机械性能和热性能。例如,在实施方式中,热塑性材料可与一种或多种添加剂混合以给予容器理想的刚度。在一实施方式中,添加剂包括不相混的聚合物,其可通过制约热塑性材料的固有性能起到应力集中的作用,以塑性变形并促进可控的裂缝蔓延。适于与包括聚丙烯的热塑性材料一起使用的不相混聚合物的非限制性实施例包括丙烯酸、苯乙烯或其混合物以及带有聚烯烃的共聚物。在一实施方式中,添加剂包括成核剂。在一实施方式中,第二添加剂包括金属硬脂酸盐,其非限制性实施例包括硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌及它们的组合。添加剂的其他非限制性实施例包括碳酸钙、滑石、粘土和纳米级的添加剂。
在实施方式中,热塑性材料包括热塑性聚合物、成核剂和第二添加剂的混合物,第二添加剂选自由碳酸钙、滑石、粘土及它们的组合组成的组。例如,热塑性材料中成核剂的重量百分比可以从大约0.5%到大约5%或者从大约0.5%到大约2.5%,并且第二添加剂的重量百分比可以从大约5%到大约25%,从大约5%到大约20%,从大约7%到大约18%,从大约7%到大约12%,或者为大约9%。例如,在实施方式中,热塑性材料可包括聚丙烯、从大约0.5%到大约2.5%重量百分比的成核剂、以及从大约7%到大约12%重量百分比的第二添加剂(例如滑石)。
在实施方式中,热塑性材料包括单层或者具有至少两层的多层材料。这种材料对本领域普通技术人员来说是已知的。例如,热塑性材料可以包括多层膜,其具有一层或多层由热塑性聚合物形成的层和被配置为能够改进材料阻隔性能的阻挡层。多层膜还可包括设置于阻挡层和相邻热塑性聚合物层之间的一个或多个连接层(tielayers),以及可选的一个或多个再磨层。现有技术中常用的阻挡层的非限制性实施例包括乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和尼龙,阻挡层中添加剂的数量至少部分地由容器所应用的具体应用来确定。
例如,在示例性实施方式中,热塑性材料为具有五(5)层的多层膜,所述五(5)层为:热塑性聚合物层/连接层/阻挡层/连接层/热塑性聚合物层。例如,热塑性聚合物可以是聚丙烯而阻挡层可包括EVOH。在另一个示例性实施方式中,热塑性材料为具有七(7)层的多层膜,所述七(7)层为:热塑性聚合物层/再磨层/连接层/阻挡层/连接层/再磨层/热塑性聚合物层。
理想的是,本发明提供的容器具有小于大约6kg的刺穿载荷。如本文使用的,“刺穿载荷”表示用针刺穿容器底座上连续刺穿区域所需的力。应当理解的是,刺穿载荷部分取决于用来测量容器刺穿载荷的针的类型。例如,用钝针测得的刺穿载荷通常大于用尖针测得的刺穿载荷。例如,在实施方式中,容器可具有小于大约3kg、小于大约2.75kg、或者小于大约2.5kg的用尖针测得的刺穿载荷。在实施方式中,容器可具有大约4.2kg到大约3kg、大约2.99kg到大约2.75kg、或者大约2.74kg到大约2.5kg的用尖针测得的刺穿载荷。在实施方式中,容器可具有小于大约5kg的用钝针测得的刺穿载荷。例如,容器可具有大约4.0kg到大约5.0kg的用钝针测得的刺穿载荷。
在实施方式中,容器可被配置为容纳其中设置有干饮料成分的***件(insert)。例如,容器可被配置为容纳包括滤杯的***件,滤杯内放置有用于制备饮料的成分。例如,容器可进一步包括含有冲泡物质的滤杯,冲泡物质的非限制性实施例包括咖啡粉、磨碎的茶叶、巧克力、调味粉等等。冲泡物质还可包括奶粉、糖或者代糖、或者其他调味料的组合以提高成品饮料的品质。
本发明中具体体现的容器特别适用于自动机器中,例如煮咖啡机。当将容器放在机器中时,刺穿元件刺穿盖子以通过孔将加压热水引入,在这里热水与设置于过滤器中的饮料成分接触。第二刺穿元件在连续刺穿区域中的任一位置处刺穿容器底座以使制备好的饮料能够从容器内流出并分配到杯子或者容器内用于消费者消费。
本发明提供的容器还可被配置为与其他种类的食品一起使用,其非限制性实施例包括用于制备肉汁、汤和酱汁的干成分,这些东西是可食用的或者被用来制备食品菜肴。
上述实施方式可通过接下来的非限制性实施例进一步理解和示出。
实施例
实施例1
容器(1.9盎司)是由使用聚丙烯复合物、不同添加剂和阻挡材料的不同组合的多层片材制成的。聚丙烯基树脂包括高刚度聚丙烯和聚丙烯均聚物,并且单独或者与硬脂酸母料(StearateMB)和成核剂(NA)一起使用。
容器包括环形支撑结构和内部支撑结构,其间具有连续刺穿区域,环形支撑结构为环的形式而内部支撑结构为圆的形式(即,容器底座具有“圆环”形状,带有包括在容器底座内侧上的“菠萝”设计)。然后用钝针(即,具有弧形刺穿点而不是尖端刺穿点的针)对容器进行刺穿能力测试。当刺穿点为弧形时,刺穿期间载荷分布变化,形成杯子的不同状态(behavior)。具有七(7)层(聚丙烯层/再磨层/连接层/阻挡层/连接层/再磨层/聚丙烯层)的多层容器的结果概述在下方表格中,该表格列出了实验中所用的不同的聚丙烯配方。阻挡层包括4%的EVOH。
PP复合物 | 刺穿载荷(Kg) |
高刚度PP+4.5%硬脂酸盐(Stearate)MB+1%NA | 5.04 |
高刚度PP+4.5%硬脂酸盐MB+2%NA | 4.74 |
均聚物PP+4.5%硬脂酸盐MB+1%NA | 4.67 |
均聚物PP+4.5%硬脂酸盐MB+2%NA | 7.67 |
实施例2
容器(1.9盎司)是由使用聚丙烯复合物和不同添加剂的不同组合的单层片材制成的。聚丙烯基树脂包括高刚度聚丙烯(PPB)和聚丙烯均聚物(PPA),并且单独或者与成核剂(NA)、碳酸钙或者滑石一起使用。应当注意到的是,聚丙烯树脂均是成核的;但是,存在于基础树脂中的成核剂的浓度是专有的。通常,这些树脂中成核剂的浓度为大约0.1%(大约1000ppm)。
容器包括环形支撑结构和内部支撑结构,其间具有连续刺穿区域,环形支撑结构为环的形式而内部支撑结构为圆的形式。然后用钝针(即,具有弧形刺穿点而不是尖端刺穿点的针)对容器进行刺穿能力测试以测量刺穿载荷(kg)和位移(mm)。另外,未刺穿率是由每种热塑性材料配方的十(10)杯测试期间未被刺穿的容器百分比决定的。
+浓度为添加到基料树脂内的其他添加剂的量,但不包括存在于供应商专有混合物中的任何添加剂。
*刺穿载荷和位移排除容器未被刺穿的实验的值。
显而易见的是,上述内容仅仅涉及本申请和所获得专利的某些实施方式。本领域技术人员可对本发明进行许多变化和修改,而不脱离接下来的权利要求及其等同物所限定的本发明的总体精神和范围。
Claims (20)
1.一种容器,包括:
大体圆形的底座;
截锥形壁,其自底座边缘延伸并在其中限定腔室;以及
堆叠肩部,其与壁相交并从壁横向延伸;
其中底座包括其中具有连续刺穿区域的环形支撑结构,所述环形支撑结构以有效距离距底座边缘定位以增加底座的刺穿能力;并且
其中所述连续刺穿区域的尺寸和形状被限定为允许刺穿而没有干涉并且没有容器的明显变形。
2.如权利要求1所述的容器,其中,从底座边缘到环形支撑结构的有效距离为大约0.5mm到大约10.0mm。
3.如权利要求1或2所述的容器,其中,环形支撑结构具有大约0.5mm到大约5mm的宽度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的容器,其中,容器包括热塑性聚合物,其选自由聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙、聚乙烯及它们的组合组成的组。
5.如权利要求4所述的容器,其中,热塑性聚合物与一种或多种添加剂混合。
6.如权利要求5所述的容器,其中,所述一种或多种添加剂选自由金属硬脂酸盐、碳酸钙、滑石、粘土及它们的组合组成的组。
7.如权利要求6所述的容器,其中,所述一种或多种添加剂包括金属硬脂酸盐,其选自由硬脂酸钙、硬脂酸镁、硬脂酸锌及它们的组合组成的组。
8.如权利要求1-4中任一项所述的容器,其中,容器包括热塑性材料,所述热塑性材料包括热塑性聚合物、大约0.5%到大约5.0%的热塑性材料重量百分比的成核剂以及大约7.0%到大约18.0%的热塑性材料重量百分比的滑石。
9.如权利要求1-4中任一项所述的容器,其中,容器包括热塑性材料,所述热塑性材料包括聚烯烃、大约0.5%到大约2.5%的热塑性材料重量百分比的成核剂以及大约7.0%到大约12.0%的热塑性材料重量百分比的滑石。
10.如权利要求1-9中任一项所述的容器,其中,容器具有以小于6.0kg的刺穿载荷为特征的改进的刺穿能力。
11.如权利要求1-9中任一项所述的容器,其中,容器具有以大约2.5kg到大约5.0kg的刺穿载荷为特征的改进的刺穿能力。
12.如权利要求1-11中任一项所述的容器,进一步包括印在底座内表面上的特征,其中该特征起到增加底座刺穿能力的作用。
13.如权利要求1-12中任一项所述的容器,其中,所述容器是可回收的。
14.一种以改进的刺穿能力为特征的热塑性材料,其包括聚烯烃、大约0.5%到大约5.0%的热塑性材料重量百分比的成核剂以及大约5.0%到大约25.0%的热塑性材料重量百分比的滑石。
15.如权利要求14所述的热塑性材料,其中,成核剂占热塑性材料的重量百分比为大约0.5%到大约2.5%而滑石占热塑性材料的重量百分比为大约7.0%到大约18.0%。
16.如权利要求14或15所述的热塑性材料,其中,改进的刺穿能力以小于6.0kg的刺穿载荷为特征。
17.如权利要求14或15所述的热塑性材料,其中,改进的刺穿能力以大约2.5kg到大约5.0kg的刺穿载荷为特征。
18.如权利要求14-17中任一项所述的热塑性材料,其中,聚烯烃包括聚丙烯树脂或者聚乙烯树脂。
19.一种用于形成饮料的容器,其包括如权利要求1-13中任一项所述的容器,并且进一步包括:
过滤器,其设置于容器的腔室内并在腔室内限定第一室和第二室;
饮料中间物,其设置于腔室内并能够与引入容器内的液体相互作用形成饮料;以及
盖子,其附接到容器的边缘以容纳设置于其中的饮料中间物和过滤器。
20.一种由热塑性材料制成的用于形成饮料的容器,所述热塑性材料包括聚烯烃、大约0.5%到大约5.0%的热塑性材料重量百分比的成核剂以及大约5.0%到大约25.0%的热塑性材料重量百分比的滑石。
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