CN113412227A - 复合材料胶囊以及侧部和基部增强的结构构造 - Google Patents

复合材料胶囊以及侧部和基部增强的结构构造 Download PDF

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Abstract

一种用于制备可食用产品例如芳香饮料的胶囊，所述胶囊(1)包括容器部分(11)和盖部分(12)，所述容器部分(11)具有基部壁(111)和相对于中心轴线(X)延伸的侧壁(112)，并且具有适于抵抗至少4巴、优选地至少8巴的内部压力的结构构造，所述容器部分以复合物质设置，所述复合物质具有包括生物聚合物的组合物，其中，所述容器部分具有加强装置，所述加强装置包括侧部加强装置(131)和基部加强装置(132)，所述侧部加强装置被构造成使得所述侧壁(112)的厚度朝向所述基部壁(111)增加，所述基部加强装置使得所述基部壁(111)的厚度朝向所述基部壁(111)的中心增加，其中，所述加强装置(131、132)被设置为在所述容器部分(11)的内表面中延伸的肋，使得当在侧面剖视图中观察时，所述容器部分(11)的壁厚度局部增加，所述壁厚度的增加大致在下游方向上延伸并且延伸到其中心。

Description

复合材料胶囊以及侧部和基部增强的结构构造
技术领域
本发明涉及用于制备饮料的胶囊领域，该胶囊通常以包括非合成物质的复合材料制造，此外胶囊特别地具有加强的结构构造。
背景技术
现有技术包括与用于通过将可食用物质与加压流在胶囊内部混合来制备饮料的胶囊相关的若干文献，并且公开了用于加强所述胶囊的结构能力的解决方案，特别是在胶囊以包括生物聚合物或能够通过天然方式堆肥的其它物质的合成材料来代替作为矿物来源的常见合成材料制成的情况下。特别地，在某些胶囊中，容器部分的基部壁是流出口表面，并且该基部壁受到更大的液压压力，因此受到结构诱导。
文献EP 1807318 B1公开了一种本发明类型的胶囊，该胶囊包括容器部分，该容器部分具有位于侧壁上的肋和位于基部壁上的肋。侧壁上的肋似乎具有朝向侧壁的周边增加的厚度。
文献EP 1961676 B1公开了一种胶囊，其中，基部壁在中心区域具有壁厚度相对于其余的基部壁更大的壁部分，其中，该壁部分在下游定向侧上延伸，该壁部分例如为多个肋。
文献EP 2408691 B1公开了一种胶囊，其中，容器部分由可生物降解的聚合物制成，并且其中，基部壁具有径向布置的多个元件和位于所述径向元件之间的空腔空间中的多个流动通道，其中，所述通道不与所述径向元件对准。
文献WO 2015/145361 A1公开了一种胶囊，其中，基部壁具有设置在下游定向表面上的一部分凸出表面，并且该凸出表面以朝向其凸出的边缘减小的厚度延伸。
现有技术还包括与复合物质有关的若干文献，所述复合物质具有包括合成聚合物(特别是在热塑性基体中)和生物聚合物的复合物。
文献EP 22218653 A1公开了一种可生物分解的胶囊，所述胶囊包括壳、纤维层和封闭膜，在每种情况下，所述壳、纤维层和封闭膜由可生物分解的材料构成。
文献WO 03/000810A1公开了一种基于聚合物的乳液和植物来源的胶乳诸如壳和其它灰，包括咖啡壳灰的浸渍和涂覆的改进组合物。
文献WO 2012/077066 A1公开了一种用于制备液体产品的胶囊，所述胶囊包括呈现层状结构的基部壁，其中至少一层由第一可堆肥材料制成，至少一层由第二可堆肥材料制成，该第二可堆肥材料不耐受70℃-120℃温度下的显著软化和/或熔化。特别地，所述第一可堆肥材料选自包括衍生自生物质的聚合物、合成聚合物、由微生物或遗传修饰的细菌产生的聚合物、矿物单体的聚合物、以及具有或不具有添加剂的所述聚合物的混合物的组。所述第二可堆肥材料选自纸(例如纤维素纸，并且优选100％的纤维素纸)、纸板、玻璃纸和醋酸纤维素，特别地，所述第一材料层相对于所述第二材料层设置在内部。所公开的胶囊可由可堆肥材料一体地构成。该文献描述了“可堆肥”和“可生物降解性”的定义，这两者都在本申请的范围内。
文献US 2012/0097602 A1公开了一种类似类型的胶囊，其中，过滤器部件具有0至60％的纤维素纤维和约40至100％的可堆肥聚酯纤维的混合物。
文献WO 2015/121489 A1公开了一种类似类型的胶囊，所述胶囊包含可生物降解和可堆肥的聚合物材料(或所述材料的混合物)和一定百分比的填充剂，其中，聚合物材料包括农业聚合物和生物聚酯。
文献WO 2015/162632 A1公开了一种用于生产食物包装特别是咖啡胶囊的具有热塑性聚合物和填充剂的复合物，所述填充剂还包括衍生自农业聚合物的多糖。所述胶囊具有单层并且由包括可生物降解和可堆肥的聚合物以及一定百分比的填充剂的材料制成，其中组分如下：15％至80％的至少一种脂族聚酯或含有15％至90％的具有D50粒度的一种或多种填充剂的芳族-脂族。
文献FR 3035085还公开了由化合物生产的胶囊，该化合物农业聚合物，该农业聚合物来源于这种农业聚合物的可能来源的特定列表。
文献WO 2013/131117 A1和WO 2018/050544 A1还公开了本发明类型的胶囊，所述胶囊具有侧壁和部分上游壁的加强装置。
然而，使用这种类型的包含生物聚合物的材料存在与矿物来源的通常合成材料相关的两个主要限制：每单位数量的材料成本显著增加，并且结构抗性降低，这又导致包装成本恶化。
现有技术中没有文献公开了一种具有结构构造的复合物质，该结构构造提供结构抗性优化，并因此提供了所用材料的量的优化。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于通过以至少8巴的流动压力注射加压流来制备饮料的胶囊，并且该胶囊以包括生物聚合物的复合物质设置，所述胶囊被构造成使得具有更好的结构抗性，包括在容器部分的侧壁和基部壁中都具有更好的结构抗性。
根据本发明，该目的通过根据权利要求1所述的胶囊来解决，其中，在从属权利要求中公开了优选实施方式。
相关的目的是提供一种穿过容器部分的基部壁的流出口布置，其提供了在饮料流动出口处的液压压力和负载损失的更好分布，从而有助于减少对基部壁的结构加强的需要。
另一个相关目的是提供一种复合物质，所述复合物质具有包括合成聚合物和生物聚合物的组合物，特别地使用天然材料的纤维代替可生物降解的塑料材料，特别地至少包括一种植物来源的生物聚合物，并且被调整以提供热、机械、流体输送(渗透性)和表面输送性能(润湿性、摩擦系数)和其它性能，鉴于若干用途是有利的并且成本降低。
特别地，胶囊的至少容器部分通过合成材料的注射模制来生产，该合成材料包括与处理以下中的至少一者相关的至少一种生物聚合物：甘蔗、木薯、玉米和咖啡渣，特别是咖啡银皮。
特别地，胶囊以包括60％至90％的与以下中的至少一者相关联的材料制成：甘蔗、木薯和玉米，其中剩余的组合物包括PLA聚合物或类似物。
所述复合物质可以包括以下中的至少一者：
-选自包括高密度聚乙烯和低密度聚乙烯(LDPE)的列表的聚乙烯，
-聚己内酯(PCL)；
-热塑性酰胺(TPS)；
-乙烯-乙烯醇的共聚物(EVOH)；
-聚偏二氯乙烯(PVDC)，和
-增容剂。
所述复合物质可以包括用顺丁烯二酸酐接枝的聚乙烯(PE-co-MA)作为相容剂。
附图说明
下面将基于优选实施方式和附图更详细地解释本发明。
附图以简化的示意图示出：
图1：本发明类型的胶囊的实施方式的侧视图；
图2：胶囊1的实施方式的俯视图；
图3：根据本发明的胶囊1的实施方式的侧剖视图；
图4：根据本发明的胶囊1的实施方式的侧剖视图；
图5：根据本发明的胶囊的容器部分11的实施方式的俯视图；
图6：根据本发明的胶囊1的容器部分11的实施方式的侧剖视图；
图7：根据本发明的胶囊1的容器部分11的实施方式的侧剖视图；
图8：根据本发明的胶囊1的容器部分11的实施方式的侧剖视图；
图9：根据本发明的胶囊1的容器部分11的实施方式的侧剖视图；
图10：根据本发明的胶囊1的容器部分11的实施方式的侧剖视图；
图11：根据本发明的胶囊1的容器部分11的实施方式的侧剖视图；
图12：根据本发明的胶囊1的容器部分11的实施方式的俯视立体图。
具体实施方式
本发明类型的胶囊用在通过以至少8巴、有时大于15巴的流动压力注射加压流来制备饮料的机器中，并且基本上包括容器部分11和盖部分12，所述盖部分被适配成能够封闭所述容器部分(参见图1和图2)。使所述加压流穿过盖部分12进入胶囊中并穿过容器部分的基部壁111离开。容器部分11具有基部壁111和例如圆柱形形状的侧壁112，所述侧壁相对于胶囊的中心轴线x以对称的方式延伸。胶囊通常可以以包括生物聚合物的合成材料提供，以便减轻相关的环境影响。在所述基部壁111也是饮料出口壁的特定情况下，由于其上游的液压压力，因此所述基部壁也受到更大的结构要求。
胶囊可具有肋状的结构加强装置，所述结构加强装置被适配成在结构上加强胶囊的侧壁和基部壁。基部壁111可以具有基部加强肋131，并且侧壁112可以具有侧部加强肋132。
如图3的代表性示意图所示，根据本发明的胶囊1包括容器部分11，其中基部壁111具有朝向其中心增加的壁厚度，并且具有相对于所述中心轴线X以及在其整个周围以至少大致均匀的方式至少大致对称的形状。
特别地，已经被证明是足够的是，至少对于给定范围的操作流动压力，当仅在基部壁111的上游定向面中提供基部壁的所述壁厚度的增加时，使得下游定向面至少在其中心区域中保持没有空腔或突起的平面形式。
基部壁111通常可以具有向上游延伸的凸形形状，包括壁厚度朝向凸形形状的中心区域增加(见图4)。
如申请人能够在实验上证明的，所述基部壁111的构造提供了基部壁111的结构抗性的显著增加，特别是在其中心区域中。
优选地是，基部壁111的所述壁厚度的增加至少在其中心区域上展开，例如在对应于所述基部壁111的自由内部尺寸的20％至50％的径向延伸范围中延伸的中心区域上展开。
优选地是，基部壁111的所述壁厚度的增加以至少大致连续的方式展开。
如图5和图6所示，根据本发明的胶囊1的特征在于，所述胶囊具有容器部分11，所述容器部分具有加强装置，所述加强装置包括：
-侧部加强装置131，所述侧部加强装置被构造成使得所述侧壁112的厚度朝向所述基部壁111增加；以及
-基部加强装置132，所述基部加强装置使得所述基部壁111的壁厚度朝向所述基部壁111的中心增加，
其中，所述加强装置131、132被设置为肋，所述肋在容器部分11的内表面中延伸，使得所述容器部分11的壁厚度局部第增加，所述壁厚度的增加通常在下游方向上并朝向所述容器部分11的中心延伸。
因此有利地提供了一种解决方案，该解决方案避免了所述结构加强装置的壁厚度的普遍增加，特别是通过加强装置(例如肋型加强装置)，所述加强装置沿其延伸范围具有均匀的厚度，而是提供了所述加强装置的厚度的逐渐增加，并且由此提供了容器部分11的所述基部壁111和侧壁112的结构加强，以满足在饮料制备过程期间胶囊1内部的加压流的要求。
如图所示，所述容器部分11可以包括侧部加强肋131，所述侧部加强肋被设置为肋，这些肋在侧壁12的内表面上沿着主流动方向延伸并且壁厚度朝向基部壁111增加，其中，所述壁厚度的增加在所述侧部加强肋131相对于中心轴线X的圆周方向和径向方向中的至少一个方向上延伸，优选地在两个方向上延伸。
此外，所述容器部分11可以包括基部加强肋132，所述基部加强肋在容器部分11的基部壁111上以径向构造延伸，并且所述基部加强肋在基部壁111的中心区域的方向上沿着径向方向呈现壁厚度的增加，所述壁厚度的增加优选地是连续且逐渐的。
在根据本发明的胶囊1中特别优选的是，所述第一加强肋131和第二加强肋132的至少一部分、优选地全部相对于彼此以对准的方式延伸，优选地在彼此之间连续地延伸，使得容器部分11的壁厚度沿着侧壁12至少大致连续的增加，直到基部壁111的中心区域。
本领域的技术人员应当容易理解，考虑到在压力下提取饮料的过程期间的主要要求，上述结构加强肋的构造提供了优化的结构加强，所述结构加强肋沿着侧壁112和基部壁111的至少一部分连续地延伸，并且在所述基部壁111的中心区域的方向上，在径向方向和成角度方向中的至少一个方向上优选地在径向方向和成角度方向两者上，具有逐渐且连续的尺寸增加。
根据本发明的另一方面，如图7至图10以及图11和图12示意性所示，所述胶囊1还可在所述基部壁111上具有多个流动通道区域113，所述流动通道区域被构造和设置成平衡由其上游的液压流施加的压力。
特别地，所述基部壁111能够具有多个流动通道区域113，所述多个流动通道区域设置有细长形状，优选地所述细长形状的长度和宽度之比包括在2和10之间，特别优选地在3和6之间，其中，所述流动通道区域1131的一部分沿着至少大致径向方向延伸，并且流动通道区域1132的至少一部分沿着圆周方向延伸。
流动通道区域113的这种特殊构造和设置有利地提供了上游液压压力在基部壁111的更好分布，从而有助于改善其在材料量(即壁厚度)和结构加强方面的要求，尤其是在其中心区域。
优选地是，所述基部壁111具有多个流动通道区域113，所述多个流动通道区域包括设置在具有较大壁厚度的中心区域中的径向定向的第一流动通道区域1131和设置在具有较小壁厚度的周边区域上的周向定向的第二流动通道区域1132，其中，所述第一流动通道区域1131和第二流动通道区域1132具有至少大致相似的特征尺寸，特别地是长度和宽度。
此外，所述基部壁111可具有多个第一流动通道区域1131，所述多个第一流动通道区域沿着至少大致径向定向设置在所述基部壁111的壁厚度较大和/或增大的中心区域上。
与前述方面互补，所述基部壁111可具有多个第二流动通道区域1132，所述多个第二流动通道区域沿着至少大致成角度定向设置在所述基部壁111的壁厚度较小和/或恒定的周边区域上。
特别地，所述基部壁111可以包括适于流动通道的多个区域，其中，用于流动通道的所述区域113被设置为以下中的至少一者：开口和弱化材料区域，所述弱化材料区被适配成使得在其上游的液压压力的作用下破裂。
如上所述，根据本发明的胶囊1以包含生物聚合物的复合物质提供。
特别地，胶囊1可通过将所述复合物质注射到模具中来制造，至少注射到所述容器部分11的模具中、优选地还注射到所述盖部分12的模具中。
特别地，所述复合物质可以具有包括天然纤维的组合物，所述天然纤维被适配成提供与所述合成聚合物的尺寸和功能特性类似的尺寸和功能特性，优选包括由植物物种例如咖啡、肉桂、甘蔗、玉米和木薯加工产生的天然纤维。
此外，特别优选的是，所述天然纤维包括由以下处理得到的天然纤维列表中的至少一种，优选地包括至少两种：
-生咖啡豆；
-肉桂；
-甘蔗；
-玉米；
-木薯。
根据特别优选的方面，根据本发明的胶囊1以复合物质提供，该复合物质具有用包括咖啡银皮纤维的天然纤维加强的热塑性基体，并且其中，使银皮纤维聚集的聚合物基体包括天然来源的聚合物，所述聚合物包括纤维素和脂族聚酯的衍生物。

Claims (18)

1.一种用于制备可食用产品的胶囊，所述可食用产品例如是芳香饮料，
所述胶囊(1)包括容器部分(11)和盖部分(12)，
所述容器部分(11)具有基部壁(111)和相对于中心轴线(X)延伸的侧壁(112)，并且具有被适配成抵抗至少4巴、优选地至少8巴的内部压力的结构构造，
所述容器部分(11)以复合物质设置，该复合物质具有包括生物聚合物的组合物，
其特征在于，
所述容器部分(11)具有加强装置，所述加强装置包括：
-侧部加强装置(131)，所述侧部加强装置被构造成使得所述侧壁(112)的厚度朝向所述基部壁(111)增加；以及
-基部加强装置(132)，所述基部加强装置使得所述基部壁(111)的厚度朝向所述基部壁(111)的中心增加，
其中，所述加强装置(131、132)被设置为肋，这些肋在所述容器部分(11)的内表面上延伸，使得当在侧面剖视图中观察时，所述容器部分(11)的壁厚度局部增加，所述壁厚度的增加大致在下游方向上延伸并延伸到其中心。
2.根据权利要求1所述的胶囊，其特征在于，
所述容器部分(11)包括被设置为肋的侧部加强肋(131)，所述侧部加强肋沿着主流动方向在所述侧壁(12)的向内面上延伸并且所述壁厚度向内且朝向所述基部壁(111)增加，其中，所述壁厚度的增加相对于所述中心轴线(X)在所述侧部加强肋(131)的圆周方向和径向方向中的至少一个方向上延伸，优选地在所述圆周方向和所述径向方向两者上延伸，并且其中，所述壁厚度的增加优选地连续地且相对于所述胶囊的内部至少向内地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的胶囊，其特征在于，
所述容器部分(11)包括基部加强肋(132)，所述基部加强肋在所述容器部分(11)的所述基部壁(111)中以径向构造延伸，并且所述基部加强肋使所述壁厚度在所述基部壁(111)的中心区域的方向上沿着所述径向方向增加，所述壁厚度的增加优选地是连续且逐渐的。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述第一加强肋(131)和第二加强肋(132)的至少一部分、优选地全部相对于彼此以对准的方式延伸，优选地相对于彼此以连续的方式延伸，使得所述容器部分(11)的壁厚度沿着所述侧壁(12)直到所述基部壁(111)的中心区域至少大致连续地增加。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有沿着径向延伸范围的至少一部分在中心区域的方向上增加的壁厚度，使得能够在所述基部壁(111)的中心区域处提供更大的结构抗性。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)的壁厚度在较大壁厚度和较小壁厚度之间具有这样的关系，即所述较大壁厚度和所述较小壁厚度之比在1.1和4之间，优选地在1.2和2之间，并且
其中，所述基部壁(111)至少在上游定向面上在中心区域处具有较大壁厚度，所述中心区域具有以下中的至少一者：点状、圆形形状、放射形状和环形形状。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)的中心区域具有大于位于所述中心区域周边且与所述中心区域相邻的区域的壁厚度的较大壁厚度，所述中心区域特别地包括最大壁厚度(emax)，位于所述中心区域周边且与所述中心区域相邻的区域特别地包括最小壁厚度(emin)，其中，较大壁厚度的区域的至少一部分相对于其余基部壁(111)进一步向下游延伸，并且其中，所述中心区域在大于由所述基部壁(111)限定的特征尺寸的0.2倍，优选地大于0.3倍，特别优选地类似于或大于0.5倍的径向延伸范围中延伸，所述特征尺寸特别地是所述容器部分(11)紧邻所述基部壁(111)的内径。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有这样的构造，其中至少所述上游定向面具有凸形形状，例如圆锥形形状，其中顶点在至少大致与所述中心轴线(X)对准的方向上向上游延伸，并且使得所述壁厚度在所述中心区域中相对于所述基部壁(111)的所述周边区域增加。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有呈平面形状的下游定向面，并且
其中，所述壁厚度的增加沿着所述基部壁(111)的所述径向延伸范围的至少一部分、优选地至少在其中心区域中是至少大致连续的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有上游定向面，所述上游定向面也具有向上游延伸的圆锥形形状，使得在所述基部壁(111)的所述径向延伸范围上的壁厚度相对于所述基部壁(111)的所述周边区域上的其余径向延伸范围上的壁厚度增加。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有基部突起(114)，所述基部突起沿着圆周线形向上游延伸而在侧壁(12)的突起附近限定环形构造，使得在所述基部壁(111)的所述周边区域中限定一空腔空间，其中，所述基部突起(114)以与所述侧壁(12)的所述突起类似的延伸范围突出，并且具有比所述侧壁(12)的所述突起的壁厚度小的壁厚度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)的所述下游定向表面在由所述侧壁(112)和所述基部壁(114)的所述突起构造的所述空腔状空间的平面的下游的平面中延伸，并且其中，优选地提供了沿着所述空腔空间分布的多个径向连接元件。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有多个流动通道区域(113)，所述多个流动通道区域设置有细长形状，特别地所述细长形状的长度和宽度之比在2和10之间，优选地在3和6之间，其中，所述流动通道区域的一部分(1131)沿着至少大致径向的方向延伸，并且所述流动通道区域的至少一部分(1132)沿着圆周方向延伸。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有多个流动通道区域(113)，所述多个流动通道区域包括设置在具有较大壁厚度的中心区域上的径向定向的第一流动通道区域(1131)和设置在具有较小壁厚度的所述周边区域中的周向定向的第二流动通道区域(1132)，其中，所述第一流动通道区域(1131)和所述第二流动通道区域(1132)具有至少大致相似的特征尺寸，特别地是长度和宽度。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)具有多个第一流动通道区域(1131)，所述多个第一流动通道区域沿着至少大致径向定向设置在所述基部壁(111)的较大壁厚度和/或增加壁厚度的中心区域上，并且其中，所述基部壁(111)具有多个第二流动通道区域(1132)，所述多个第二流动通道区域沿着至少大致角度定向设置在所述基部壁(111)的较小壁厚度和/或恒定壁厚度的周边区域上。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述基部壁(111)包括适于流动通道的多个区域，其中，用于流动通道的所述区域(113)被设置为以下中的至少一者：开口和弱化材料区域，所述弱化材料区被适配成使得在其上游的液压压力的作用下破裂。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述复合物质具有包括天然纤维的组合物，所述天然纤维包括来自由以下各项处理而产生的天然纤维的列表的至少一种，优选地包括至少两种：
-生咖啡豆；
-肉桂；
-甘蔗；
-玉米；
-木薯。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的胶囊，其特征在于，
所述复合物质具有用天然纤维加强的热塑性基体，所述天然纤维包括咖啡银皮纤维，并且
其中，使所述银皮纤维聚集的聚合物基体包括天然来源的聚合物，所述聚合物包括纤维素和脂族聚酯的衍生物。
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