CN108368643A - 基于聚乳酸-纤维的无纺布及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种包含双成分纤维的无纺布。无纺布具有含有聚乳酸(PLA‑1)的芯，其涂覆有含有聚乳酸(PLA‑2)的包封物。纤维的特征在于，PLA‑1为乳酸单体L1和乳酸单体D1的共聚物，PLA‑2为乳酸单体L2和乳酸D2的共聚物，其D2单体比率大于PLA‑1的D1单体比率。芯还含有聚合物塑化剂。无纺布可以用于经由热成形工艺制造咖啡滤芯和/或胶囊，以供用于渗滤装置。

Description

基于聚乳酸-纤维的无纺布及其制造方法
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2015年12月14日提交的法国专利申请FR1562319号的优先权，并且还要求2015年12月14日提交的PCT申请PCT/EP2015/079653的优先权，其全部教导和公开内容通过援引并入本文。
技术领域
本发明涉及无纺布领域，尤其是用于食品工业的无纺布。本发明更具体地涉及用于渗滤机的咖啡或茶胶囊(有时称为“杯”或“包”)领域。这些机器更具体地见于美国市场(滴漏咖啡)。
在以下说明中，将联系咖啡领域更具体地说明本发明。不过，本发明适合于其他饮料制备应用，例如可可(热巧克力)以及茶和其他浸液(药草、粉末等)。
背景技术
美国市场上可见的咖啡包通常含有约12g的咖啡粉。以质量计茶叶的量更少，虽然浸液的物质的体积通常相当。咖啡机的渗滤时间对于约12～30cl的水体积通常为30～60秒。
据申请人所述，本申请的大多数包为覆盖有通常由纸、塑料和/或金属箔制成的盖子的塑料容器(特别是由PET制成的)。除了环境不友好以外，这种包完全满足客户的期望。事实上，它们实际上是不可降解的。
这种包例如由San Francisco Bay Company销售。关于这种产品的总的信息可见于以下链接：
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Single-serve_coffee_container
http://www.coffeereview.com/k-cups-cups-capsule-single-serve-coffees
http://www.amazon.com/San-Francisco-Bay-Variety
在食品工业中，所用材料通常受到尤其是关于环境的日益严格的要求的管制。因此，目前开发的产品不再是以满足消费者口味为唯一目的。它们还必须满足对于重视环境的要求。这些要求可能是监管的，也可能反映不断进化的消费者对于可重复利用、可再生或可降解产品的偏好。
不过非常难以将那些胶囊回收以便以后再利用。因此存在开发完全可分解同时具有适合于咖啡市场、特别是通过渗滤获得的咖啡的体积的胶囊的需求。
为此，制造者将其研究导向为从环境角度被认为更可接受的材料，更具体而言有助于最终产品的生物降解性和/或分解性的材料。
根据一些研究，最有前途且相关的材料为聚乳酸(“PLA”)，其是热塑性脂肪族聚酯。不过，由于其有限的断裂伸长性而难以使用聚乳酸。为了容纳通常用于一份饮料胶囊(约12g)的一定量咖啡，实际上需要制造具有对应于约25-30ml的典型体积的一定深度(2～5cm)的容器。而且，由PLA制成的典型无纺布并不能实现此目标，因为其由于PLA的材料性质而具有非常低的伸长率，并且不能在没有不可接受的机械故障的情况下热成形为适当的滤芯元件构造。
本发明旨在解决开发基于PLA纤维的热成形支持体的问题，所述热成形支持体适合于用作通过渗滤得到的咖啡包中的滤芯。
申请人开发了包含基于聚乳酸的纤维的无纺布来解决此问题。这种无纺布具有可供用于热成形工艺的令人满意的机械伸长性质。于是其可以成形以供用作提供饮料的胶囊中的滤芯。更具体而言，这种无纺布在热成形后可以用作咖啡和/或茶胶囊中的滴滤器。本发明的这些和其他优点以及其他发明特征将由本文提供的对本发明的说明而明白。
发明内容
本发明提供了由具有满意的机械伸长性的PLA纤维构成的无纺布，从而热成形和塑形以供用作饮料供应胶囊中的滤芯元件，其中，热成形的滤芯元件的特征还在于具有至少2cm的深度和至少20ml的体积。
在一个方面中，本发明提供了包含纤维的无纺布。纤维由含有聚乳酸(PLA 1)的芯构成，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物。纤维的特征在于，PLA-1是乳酸单体L1和乳酸单体D1的共聚物，PLA-2是乳酸单体L2和乳酸D2的共聚物，其D2单体比率大于PLA-1的D1单体比率。所述芯还含有聚合物塑化剂。
无纺布的特征可以还在于，其仅由含有聚乳酸(PLA-1)的芯制成的纤维构成，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物。PLA-1是乳酸单体L1和乳酸单体D1的共聚物，PLA-2是乳酸单体L2和乳酸单体D2的共聚物，D2单体的比率大于PLA1的D1单体比率。所述芯还含有聚合物塑化剂。
前述无纺布的特征可以还在于，聚合物塑化剂为选自包括以下单体的组中的单体的聚合物或共聚物：(甲基)丙烯酸、烯烃、己内酯、乙烯、羟基烷酸酯、乙二醇、丙二醇、二酸、二醇。
前述无纺布的特征可以还在于，D1单体比率小于1％，优选小于0.5％。
前述无纺布的特征可以还在于，D2单体比率为2～12％，优选8～12％。
前述无纺布的特征可以还在于，以相对于纤维重量的重量百分比计，PLA-1占50～80％，优选60～70％。
前述无纺布的特征可以还在于，以相对于纤维重量的重量百分比计，PLA 2占20～50％，优选30～40％。
前述无纺布的特征可以还在于，以相对于纤维重量的重量百分比计，聚合物塑化剂占1～5％，优选2～3％。
前述无纺布的特征可以还在于，纤维的直径为15～35微米，更优选20～30微米，和/或线性密度为2～10旦，更优选4～8旦。
前述无纺布的特征可以还在于，其重量为60～160g/m2，优选120～140g/m2，更优选130g/m2；和/或厚度为450～650微米，有利地为500～600微米。
在另一个方面中，本发明提供了任一种前述无纺布的制造方法，包括以下步骤：在熔融下制备由含有聚乳酸(PLA-1)的芯构成的纤维，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物；通过部分冷却然后拉伸并将得到的纤维沉积在成形垫上而形成无纺布；和压延如此得到的无纺布。
在另一个方面中，本发明提供了用于咖啡和/或茶的胶囊，包含前述无纺布作为热成形的滤芯。
胶囊的特征可以还在于，热成形滤芯的深度为2cm～4.5cm。
在另一个方面中，前述无纺布用作冲泡机器中的滤袋。
前述无纺布的特征可以还在于，其满足ASTM D6400的生物降解性标准。
本发明的其他方面、目的和优点将由结合附图进行以下详细说明而明白。
附图说明
并入并构成说明书的一部分的附图描绘了本发明的多个方面，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是根据本发明进行的热成形测试的示意图；
图2A和2B显示了根据本发明形成饮料滤芯的过程；
图2C和2D显示了根据本发明的一个实施方式形成饮料滤芯和胶囊的过程；
图2E和2F显示了根据本发明的另一个实施方式形成饮料滤芯的过程；
图3是本发明的双成分纤维的透视图；
图4是具有支撑环的本发明的未封闭饮料滤芯的透视图；
图5是具有支撑环的本发明的未封闭饮料滤芯的分解的部分切开的透视图；
图6是具有封闭的滤芯支持体的本发明的饮料胶囊的透视图；
图7是具有封闭的滤芯支持体的本发明的饮料胶囊的分解的部分切开的透视图。
尽管将结合某些优选实施方式对本发明进行说明，但是并无意图将其限制为那些实施方式。相反，意图是覆盖包含在所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有另选、修改和等同物。
具体实施方式
本发明涉及适合于热成形而形成饮料胶囊的滤芯元件50的包含具有芯/壳结构的纤维200(即，具有双成分纤维)的无纺布68。与现有技术的典型无纺布不同，无纺布68包含纤维200，其性质(更准确地说，化学组成)使其可以获得与希望的滤芯元件50在饮料胶囊用途中的应用相容的拉伸机械性能。这种无纺布68实际上可以热成形得到足够深度的胶囊而不使纤维断裂。
因此，纤维200的具体结构和性质使无纺布68适合于通过热成形制造咖啡和/或茶胶囊。这种无纺布68在热成形后尤其能够渗滤咖啡或茶。
更具体而言，本发明涉及无纺布68，其包含具有芯210和包封物或鞘的220的双成分纤维200。特别是，适合的双成分纤维可以被设计为提供针对饮料滤芯应用的改善的机械性能和进一步提供对于与饮料、食物产品等接触的材料的改善的食品级聚合物选择。
在一个实施方式中，纤维200包含含有聚乳酸(PLA-1)的芯210，其涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物或鞘220。这种无纺布68的特征在于：
芯210的PLA-1是乳酸单体L1和乳酸单体D1的共聚物；
鞘220的PLA-2是乳酸单体L2和乳酸单体D2的共聚物，其D2单体比率大于PLA-1的D1单体比率；
芯210还含有聚合物塑化剂。
在优选实施方式中，本发明的无纺布68仅由上述纤维200构成。在一些实施方式中，鞘220还可以含有塑化剂。
本发明的无纺布68可有利地分解和/或生物降解。术语“可生物降解”可以指可以分解为有机物的任何聚合物、有机材料、组合物、聚合物等。换言之，其可能通过微生物的作用在有或没有氧气的情况下随时间降解。因此，本发明的无纺布68满足ASTM D6400标准。
“Dl单体比率”指的是D1/(D1+L1)比率，“D2单体比率”指的是D2/(D2+L2)比率，D1和L1指的是PLA-1聚合物的单体，D2、L2指的是PLA-2聚合物的单体。另外，D1和D2的各单体比率以％表示。
“塑化剂”指的是在掺入聚合物材料中后提高聚合物链流动性从而降低材料的脆性和改善其伸长性的任何化学化合物。在这种情况下，其为聚合物塑化剂。塑化剂可以供应为母料或基于一种基础材料(PLA1或PLA2)的化合物。在此情况下，其可以含有一些增容添加剂(通常小于5％)。在一些实施方式中，塑化剂可以为含有聚合物塑化剂、添加剂如增容剂等的混合物的形式。在实践中，添加剂占塑化剂的至多5重量％，优选至多3重量％。
“生物降解性聚合物”指的是可以由活有机体如微生物分解为有机物的聚合物。生物降解性聚合物可以包含以下的一种或多种：聚羟基烷酸酯(PHA)，包括聚乳酸或聚交酯(PLA)，以及PLA和除PLA以外的PHA的共聚物；生物降解性聚乙烯(PE)；生物降解性聚丙烯(PP)；生物降解性聚丁烯(PB)；淀粉类聚合物；纤维素类聚合物；乙烯-乙烯醇(EVOH)聚合物；其他生物降解性聚合物，如聚丁二醇琥珀酸(PBS)等。在优选实施方式中，本文所述的生物降解性无纺布满足ASTM D6400的分解性和生物降解性标准。
术语“聚羟基烷酸酯(PHA)”广义上是指可再生的热塑性脂肪族聚酯，它可以通过聚合相应的单体羟基脂族酸(包括羟基脂族酸的二聚体)来制造，通过淀粉、糖、脂质等的细菌发酵来实现。PHA可以包括以下的一种或多种：聚-β-羟基丁酸酯(PHB)(也称为聚-3-羟基丁酸酯)；聚-α-羟基丁酸酯(也称为聚-2-羟基丁酸酯)；聚-3-羟基丙酸酯；聚-3-羟基戊酸酯；聚-4-羟基丁酸酯；聚4-羟基戊酸酯；聚-5-羟基戊酸酯；聚-3-羟基己酸酯；聚-4-羟基己酸酯；聚-6-羟基丁酸酯；聚羟基丁酸-戊酸酯(PHBV)；聚乙醇酸；聚乳酸(PLA)等，包括不同PHA聚合物的共聚物、共混物、混合物、组合等。PHA可以通过以下专利中公开的方法合成：例如，2007年9月11日公布的美国专利7,267,794号(Kozaki等)；2007年10月2日公布的美国专利7,276,361号(Doi等)；2007年4月24日公布的美国专利7,208,535号(Asrar等)；2007年2月13日公布的美国专利7,176,349号(Dhugga等)；2006年4月11日公布的美国专利7,025,908号(Williams等.)，前述文献各自的全部公开和内容通过援引并入本文。
术语“聚乳酸或聚丙交酯(PLA)”指的是由乳酸或乳酸来源(例如，如玉米淀粉、甘蔗等可再生来源)形成的可再生的、可生物降解的热塑性脂肪族聚酯。PLA可以指PLA的所有立体异构形式(包括L-或D-丙交酯)和包含L-和D-丙交酯的外消旋混合物。例如，PLA可以包括D-聚乳酸、L-聚乳酸(也称为PLLA)、D,L-聚乳酸、內消旋聚乳酸以及D-聚乳酸、L-聚乳酸、D,L-聚乳酸和内消旋聚乳酸的任意组合。可用于本文的PLA可具有例如约15,000至约300,000的数均分子量。在制备PLA时，细菌发酵可以用于生产乳酸，其可以被低聚然后催化二聚以提供用于开环聚合的单体。PLA可以使用例如辛酸亚锡催化剂、氯化锡(II)等通过单体的开环聚合以高分子量形式制备。
术语“淀粉类聚合物”指的是可以由淀粉衍生、制备等的聚合物或聚合物组合。可以用于本发明的实施方式的淀粉类聚合物可以包括例如聚乳酸(PLA)、热塑性淀粉(例如，通过在适当的高沸点塑化剂(如甘油和山梨醇)的存在下以使得淀粉具有很少或没有结晶性、低Tg和极少水(例如，小于约5重量％，例如，小于约1％水)的方式混合和加热天然或改性淀粉)、植物淀粉(例如，玉米淀粉)等或其组合。参见例如淀粉类聚合物，如公开于2003年6月26日公布的PCT专利申请2003/051981号(Wang等)的植物淀粉，其全部公开和内容在此通过援引并入。
术语“纤维素类聚合物”指的是可以纤维衍生、制备等的聚合物或聚合物组合。可以用于本发明的实施方式的纤维素类聚合物可以包括例如纤维素酯，如甲酸纤维素、乙酸纤维素、二乙酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、戊酸纤维素、混合纤维素酯等及其混合物。
针对更加环境友好的包装材料的需求，已开发了在丢弃到环境中时显示出生物降解的大量新型生物聚合物。生物降解性塑料有众多化学品公司销售，包括DuPont、BASF、Cargill-Dow Polymers、Union Carbide、Bayer、Monsanto、Mitsui和Eastman Chemical。这些公司均已经开发出一个或多个种类的生物聚合物。例如，BASF和Eastman Chemical均已开发出称为“脂肪族-芳香族”共聚物的生物聚合物，分别以商品名ECOFLEX和EASTAR BIO销售。Bayer已开发出商品名为BAK的聚酯酰胺。Du Pont已开发出BIOMAX，即改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。Cargill-Dow已出售各种基于聚乳酸(PLA)的生物聚合物。Monsanto开发出一类称为聚羟基烷酸酯(PHA)的聚合物，其包括聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)和聚羟基丁酸酯-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)。Union Carbide制造出商品名为TONE的聚己内酯(PCL)。
“可再生聚合物”指的是可以从可补充的可再生天然资源获得的聚合物或聚合物组合(例如，共混物、混合物等)。相比之下，石油类原料通常需要数千或数百万年来自然生成。例如，可再生聚合物包括从可再生单体获得的聚合物，以及从可再生天然来源获得的聚合物(例如淀粉、糖、脂质、玉米、甜菜、小麦、其他富含淀粉的产物等)。由可再生天然来源获得的聚合物可以通过例如酶促方法、细菌发酵、将生物材料转化为原料或最终可再生聚合物的其他方法等获得。参见例如2006年2月16日公布的美国专利申请20060036062号(Ramakrishna等)，其全部公开和内容在此通过援引并入。可以用于本发明的实施方式的可再生聚合物可以包括以下的一种或多种：聚羟基烷酸酯(PHA)聚合物；聚己内酯(PCL)聚合物；淀粉类聚合物；纤维素类聚合物等。某些生物降解性聚合物也可以为可再生聚合物，这增加了其环境友好性。
如上所述，本发明的一个实施方式由具有芯/壳结构的聚乳酸类纤维200的无纺布68构成。如图3所示，聚乳酸类纤维200包括由纤维鞘220包围的纤维芯210。这种无纺布68具有机械伸长性，使其能够通过热成形而成形。这些热成形性质主要是由于添加聚合物塑化剂和相应的D1和D2单体比率所致。
通常，聚乳酸(PLA-1)比聚乳酸(PLA-2)的结晶性更好，D1单体比率小于D2单体比率。因此，PLA-1的伸长性小于PLA-2的伸长性。而且，考虑到单体比率如此，PLA-1的熔点高于PLA-2。
纤维芯210中并入聚合物塑化剂使其可以改善PLA-1的伸长性以及随之而来的无纺布68的伸长性。塑化剂减少了聚合物链之间的相互作用，这导致它们之间更大的流动性。于是，聚合物链具有更少的结晶可能，因此纤维芯210进而更柔软。
通常，聚合物塑化剂的存在不会显著影响PLA-1的熔点。因此，塑化剂改善了纤维芯210的伸长性。
聚合物塑化剂优选为选自包括以下单体的组中的单体的聚合物或共聚物：(甲基)丙烯酸、烯烃、己内酯、乙烯、羟基烷酸酯、乙二醇、丙二醇、其他二酸和其他二醇。
尤其可以是乙烯共聚物型聚合物、丙烯酸和/或甲基丙烯酸、聚己内酯、聚羟基烷酸酯、聚乙二醇、聚丙二醇、共聚酯。
以相对于纤维重量的重量百分比计，塑化剂可以占1～5％，优选2～3％。
在实践中，以重量百分比计，塑化剂可以占本发明的无纺布纤维的芯的1.5～8％，优选3～7％。
有利的是，聚乳酸(PLA-1)的CAS编号为26100-51-6。
通常，聚乳酸(PLA-1)的D1单体比率小于2％，优选小于1％，有利地小于0.5％。
PLA-1的210℃熔体粘度指数有利地为20～25g/10min，更优选22～24g/10min。
PLA-1的结晶度可以为至多约40％。在优选实施方式中，PLA-1的结晶度为约20～40％。
以相对于纤维重量的重量百分比计，PLA-1可以占50～80％，优选60～70％。
以相对于纤维芯重量的重量百分比计，PLA-1占无纺布纤维芯的92～98.5％，优选93～97％。
有利的是，聚乳酸(PLA-2)的CAS编号为26100-51-6。
优选的是，聚乳酸(PLA-2)的D2单体比率为2～12％，优选5～12％，有利地为8～12％。
PLA-2的210℃熔体粘度指数可以为10～20g/10min，更优选15～17g/10min。
PLA-2的结晶度可以小于约20％，优选小于约10％，更优选小于5％。在某些实施方式中，PLA-2可以为基本上非晶的。
以相对于纤维重量的重量百分比计，PLA-2可以占20～50％，优选30～40％。
优选的是，PLA-2占包封物的100重量％。在某些实施方式中，包封物可以含有塑化剂。
于是无纺布68可以包含以相对于纤维重量的重量百分比计各自含有以下成分的纤维：
55～69％的PLA-1；
30～40％的PLA-2；和
1～5％的塑化剂。
取决于所所需应用，技术人员知道如何调整相应的PLA-1、PLA-2的量，尤其是无纺布68的纤维200的芯210中存在的塑化剂的量。另外，塑化剂也可以存在于无纺布68的纤维200的鞘220中。芯210和可选的鞘220中的塑化剂及其量可以相同或不同。
通常，无纺布68可以有利地由具有以下性质的纤维构成：
直径为15～35微米，更优选20～30微米；和/或
线性密度为2～10旦，更优选4～8旦。
而且，本发明的无纺布68可以有利地具有：
60、优选80～160g/m2、优选120～140g/m2、更优选130g/m2的重量；和/或
450～650微米、有利地500～600微米的厚度。
而且，在室温下，本发明的无纺布68的在纵向(“MD”)干燥时的拉伸强度可以为至少1500N/m，优选至少3000N/m(通过TAPPI T494测量)，在横向(“CD”)干燥时的拉伸强度可以为至少800N/m(通过TAPPI T494测量)。
本发明的无纺布68可以通过将无纺布68的平圆盘(如坯料306)热成形为滤芯元件50的形状(例如半球状)而增加面积。在热成形后，所得滤芯元件50的表面积为坯料306的表面积的至少150％，优选为坯料306的面积的至少240％。
本发明还涉及制造上述无纺布68的方法。该方法包括以下步骤：
a)通过熔融制备由含有聚乳酸(PLA-1)的芯210构成的纤维200，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物220；
b)通过部分冷却然后拉伸并将所得纤维200沉积在成形垫上而形成无纺布68；和
c)压延如此得到的无纺布68。
本方法的步骤a)包括制备基于聚乳酸的具有芯/壳结构的纤维200。有利的是使用两个挤出机进行，同时挤出纤维200的芯210和纤维200的包封物220。
根据一个有利实施方式，此步骤使用至少两对的两个挤出机进行，以形成两层纤维。如上所述，也可以使用一对挤出机。
每对挤出机C包括形成纤维200的芯210的挤出机E1和形成纤维200的包封物220的挤出机E2。
当使用4个挤出机时，第一对挤出机C1专门形成第一纤维层，同时第二对C2可以形成第二纤维层。
两个挤出机(E1、E2)彼此独立地供给聚合物以及必要时的聚合物塑化剂。实际上，E1供给聚乳酸(PLA-1)和聚合物塑化剂，与E2不同，后者供给聚乳酸(PLA-2)。
聚合物材料PLA-1、PLA-2和聚合物塑化剂可以以如颗粒、粉末等固体形式添加。
另外，可以将PLA-1和聚合物塑化剂同时或分开导入。有利的是，按照取决于所需应用的量将它们预先制成一种母料。
在优选实施方式中，母料优选包含75％的PLA-1和20～25％的聚合物塑化剂和至多5％的增容剂。
在将PLA-1、PLA-2和聚合物塑化剂导入挤出机(El、E2)时，然后借助于分配板将来自各挤出机E1和E2的熔融物驱动至口模。在口模的末端，纤维200具有含有PLA-1加塑化剂的芯210，该芯210涂覆有含有PLA-2的包封物220。
通常，离开口模的纤维的直径为0.3～0.7mm，更优选0.4～0.6mm，进而更优选接近0.5mm。通常，芯210的面积与鞘的面积之比为约60/40～约70/30，优选约65/35。
急冷步骤(急冷)将纤维部分冷却，使得其具有对于纺旋步骤最优的温度。
然后使用借助于“牵拉喷射(drawjet)”的纺旋步骤来通过纺粘拉伸纤维。此步骤优选使用压缩空气、即所谓的“纺粘”法进行，通过拉伸来减少纤维的直径。
然后纤维落到成形带上，形成纤维网。纤维然后由带传送，并采取由纵向诱导的取向。
在由第一对C1形成的纤维网到达成形带上面对第二队挤出机C2的区域之后，将第二纤维网沉积到第一网上，从而形成一层纤维。
这一层纤维然后进行压延步骤，其中，纤维在两个加热加压辊之间通过。
压延温度可以为125～135℃，优选128～130℃，压力为110～150kPa，优选125～135kPa。
在实践中，压延使用两个辊进行。上辊有利地设置有用于通过纤维的局部熔合点形成固定点的模板、图案或刻蚀等。换言之，上辊上的图案的存在使其可以熔融纤维的一部分预定区域从而形成无纺布。
在实践中，压延使用两个辊进行。上辊有利地设置有用于通过纤维的局部熔合点形成固定点的模板、图案或刻蚀等。换言之，上辊上的图案的存在使其可以熔融纤维的一部分预定区域从而形成无纺布。
在离开压延辊时，无纺布通常为单纤维层形式，即使使用4个挤出机也是如此。
根据另一个实施方式，可以通过也称作“熔喷”的热熔合进行交织步骤。在此情况下，热压缩空气直接施加在口模出口。于是，得到的纤维的直径小于通过“纺粘”得到的纤维。“熔喷”法不需要压延步骤，纤维在口模出口足够热而在其沉积在成形带上的过程中彼此结合。
由于能够热成形，本发明的无纺布68特别是可以用于制造咖啡胶囊和/或茶，更准确地说，作为如滤芯元件50等渗滤滤芯。
本发明的无纺布68可以通过热成形而成形，有利地在80～110℃、更优选90～100℃的温度。
如图2A和2B所示，热成形通常按照本领域技术人员已知的技术进行，特别是使用具有上板302和底板304的预热形式300。如图2A所示，将无纺布材料68的坯料或圆盘306置于上板302和底板304之间。在优选实施方式中，在热成形之前将环130固定于坯料306，并将底板302经环130的开口下压，从而形成滤芯体62(最佳示于图2C)。如图2B所示，上板302由此将坯料306热成形为滤芯元件50。另外，可以将坯料306的纤维网预热以有利于热成形。
通常，本发明的无纺布68的坯料盘306可以热成形，从而进行变形至在轴向308上有利地为2～5cm、更优选3～4cm的深度66，而不会承受无纺布68的机械故障。在热成形滤芯元件50之后，滤芯体62容纳的体积通常为约20～40ml，优选约25-30ml。
在一个具体实施方式中，在热成形饮料胶囊10的滤芯元件50之后的纤维的直径为18～20微米。更一般地，在热成形饮料胶囊10的滤芯元件50之后的纤维的直径可以为15～25微米。
在一个实施方式中，适合用于饮料胶囊的由本发明的无纺布68形成的无纺布滤芯元件50的孔隙率概况如下：
因此，本发明还涉及咖啡和/或茶胶囊，其包含上述无纺布作为热成形的滤芯。单份饮料胶囊的构造在本领域中通常是已知的，记载于大量现有技术文献中，包括US8361527、US5840189和EP1529739。典型的实例在下面更详细讨论。
胶囊还可以包含箍圈和密封件。
箍圈使得能够将胶囊保持在冲泡机器中。
密封件可以由选自由纸、无纺布、可分解膜及其混合物组成的组中的无纺布纤维材料构成。
在实践中，热成形滤芯元件50的深度66为2～5厘米。在更优选的实施方式中，滤芯元件50的深度66为3～4厘米。
本发明还涉及上述无纺布作为冲泡机器中的包用滤芯的应用。
参见图4和5，示出了典型的饮料胶囊110的实施方式。此饮料胶囊110通常由盖部20、滤芯支持体130和滤芯部50构成。
滤芯元件50包括大体上半球或圆柱、截头圆锥或圆锥状侧壁52和滤芯凸缘56。滤芯元件50包括底壁54。如所示的，底壁54是大体上圆形的。在其他实施方式中，底壁54可以是扁平的、圆锥等。在典型的实施方式中，底壁54与侧壁52之间的过渡圆形化以使热成形过程中高应力和纤维断裂的区域最小化。滤芯凸缘56包括上凸缘表面58和下凸缘表面60。滤芯元件50的滤芯凸缘56的尺寸调整为当滤芯元件50安装到滤芯支持体130时直径64与具有底环表面134的上凸缘表面58配对。作为另选，下凸缘表面60可以安装到上环表面132。滤芯凸缘56和滤芯支持体130可以通过例如热焊接、超声焊接、激光焊接、胶粘剂等接合，如图2C和2D所示。滤芯元件50的尺寸调整为容纳一部分咖啡、茶、可可等以供冲泡。在典型的实施方式中，滤芯元件50的直径64为约5cm，深度66为约2cm～5cm，优选约3cm～4cm。在典型的实施方式中，滤芯元件50的体积为约20ml～40ml，优选25-30ml。在滤芯元件50装有一部分饮料物质后，盖20可以固定至滤芯体62上的滤芯支持体130，从而将饮料胶囊的内容物密封在滤芯体62内。
饮料胶囊110包括如支撑环130所示的滤芯支持体。支撑环130显示为具有上环表面132和底环表面134的圆形孔环。支撑环130可以可选地包括垂直强化圆柱体136。滤芯元件50的下凸缘表面60可以通过例如热焊接、超声焊接、激光焊接、胶粘剂等接合至支撑环130的上环表面132。作为另选，滤芯元件50的上凸缘表面58可以接合至支撑环130的底环表面134。在其他实施方式中，孔环130可以是非圆形的，例如卵圆形、椭圆形等。
盖部20是可打开的盖或可穿刺的盖部件，如本领域中公知的。盖部20包括外部或环境相对表面22和内部或区室相对表面24。盖部20可以形成为单层或多层复合材料。盖部20可以由金属膜、塑料膜和/或纸形成，可以包括氧、气体或蒸气不透性阻隔层或膜。盖部20的环境相对表面22可以印刷有为消费者标识胶囊内容物的标识信息。盖部20可以可选地包含满足ASTM D6400的生物降解性标准的组合物或由其组成。
参见图6和7，显示了饮料胶囊10的另一个实施方式。在此实施方式中，饮料胶囊10还包含显示为杯状壳部30的滤芯支持体。壳部30包括大体上圆柱或截头圆锥状侧壁32、底端壁34和环状凸缘36。环状凸缘36界定了壳部30的与底端壁34相反的上端处的环状开口40。环状凸缘36包括环状上表面38。侧壁32和底端壁34由此界定了饮料胶囊10的内室42。滤芯凸缘56和滤芯支持体30可以通过例如热焊接、超声焊接、激光焊接、胶粘剂等接合，如图2E和2F所示。滤芯元件50的尺寸调整为容纳一部分咖啡、茶、可可等以供冲泡。在典型的实施方式中，滤芯元件50的直径64为约5cm，深度66为约2cm～5cm，优选约3cm～4cm。在滤芯元件50装有一部分饮料物质之后，盖20通常固定在滤芯体62上以将饮料胶囊的内容物密封在其内。壳部30可以可选地包含满足ASTM D6400的生物降解性标准的组合物或由其组成。
本发明及其相关优点示于以下实施例中作为说明，因此不限于此。
实施例
实施了四个不同的组1～4，各组包含4个无纺布支持体。支持体具有如下详述的构造。在各组中，塑化剂的性质改变。
支持体1：100重量％的由NATURWORKS供应的PLA 6100D的单成分纤维。
支持体2：100重量％的由包含93重量％的PLA 6100D的纤维和7重量％的塑化剂的混合物制成的单成分纤维。
支持体3：100重量％的由占纤维80重量％的PLA 6100D的芯和占纤维20重量％的由PLA 6302D制成的包封物组成的双成分纤维。在此情况中，芯不含塑化剂。
支持体4(发明)：100重量％的由含有PLA 6100D(相对于芯重量的93重量％)和塑化剂(相对于芯重量的7重量％)的芯和由PLA 6302D制成的包封物构成的双成分纤维，所述芯占纤维的80重量％，所述包封物占纤维的20重量％。
对于各组，塑化剂的性质变化：
组1表示塑化剂为由Arkema以商标“BIOSTRENGTH”销售的乙烯-丙烯酸类共聚物的情况。
组2表示塑化剂为由BASF以商标“ECOFLEX”市售的共聚物的情况。
组3表示塑化剂基本上为Danimer公司出售的聚羟基烷酸酯的情况。
组4表示塑化剂基本上为Metabolix公司出售的聚羟基烷酸酯的情况。
按照下述方法以实验室规模制造基材。基本上，
a)通过熔融和部分冷却制备纤维
b)通过拉伸纤维并将其沉积在成形带上而形成无纺布；和
c)压延得到的无纺布。
按照图1所示的以下方法对各个支持体进行热成形测试。
将无纺布样品(1)用安装环(6)固定在未加热支持体(2)上。将加热的备用冲头(3)施加在具有2～4.5cm的渐进深度的无纺布上。为此，使用高度为0.5cm的一系列环(4)。在各个支持体的4个样品上进行测试。箭头5指定热成形方向。
对于各组，热成形深度结果如下：
对于支持体1，热成形深度为2.5cm。
对于支持体2，热成形深度最大为3cm。
对于支持体3，热成形深度为2.5cm。
对于本发明的支持体4，热成形深度为4.5cm。
超过这些深度，支持体破裂或具有与作为饮料胶囊的滤芯元件50的用途不相容的一些洞。
结果显示，芯含有聚合物塑化剂的PLA纤维的双成分结构的存在对于获得适合用于饮料胶囊的滤芯元件50的足够热成形深度是必需的。
本文引用的所有文献(包括出版物、专利申请和专利)在此通过援引并入至如同各文献单独和专门指出为通过援引并入并在此完整阐述的相同程度。
术语“a”和“an”和“the”和相似指代在描述本发明的上下文(特别是所附权利要求的上下文)中的使用应理解为覆盖单数和复数，除非在本文中另有规定或者与上下文明确矛盾。术语“包含”、“具有”、“包括”和“含有”应理解为开放式术语(即，指的是“包括但不限于”)，除非另有规定。本文中对数值范围的陈述仅仅是旨在作为分别指代落入该范围中的各个单独数值的速记法，除非在本文中另有规定，各个单独的数值并入说明书中，如同在本文中对其进行了单独陈述。本文中所述的所有方法可以按任何合适的顺序进行，除非在本文中另有规定或与上下文明确矛盾。本文提供的任何和所有实例或示例性语言(例如，“如”)的使用旨在仅仅更好地说明本发明，并非对本发明的范围施加限制，除非另有主张。说明书的语言不应解释为指示对于实施本发明必要的任何非主张要素。
在此对本发明的优选实施方式进行了说明，包括发明人已知的实施本发明的最佳方式。那些优选实施方式的变型可以在阅读前述说明后对本领域技术人员变得明白。本发明人预期技术人员可适当地采用这样的变型，发明人预计本发明可以本文具体所述以外的其他方式实施。因此，本发明包括适用法律允许的所附权利要求中陈述的所有修改变型和等同物。而且，上述要素在所有可能的变化中的任何组合均被本发明所涵盖，除非在本文中另有规定或与上下文明确矛盾。

Claims (16)

1.一种无纺布，其包含由含有聚乳酸(PLA-1)的芯构成的纤维，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物，其特征在于：
-PLA-1为乳酸单体LI和乳酸单体Dl的共聚物；
-PLA-2为乳酸单体L2和乳酸D2的共聚物，其D2单体比率大于PLA-1的D1单体比率；
-所述芯还含有聚合物塑化剂。
2.如权利要求1所述的无纺布，其特征在于，其仅由纤维组成，所述纤维由含有聚乳酸(PLA-1)的芯制成，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物：
-PLA-1为乳酸单体LI和乳酸单体D1的共聚物；
-PLA-2为乳酸单体L2和乳酸单体D2的共聚物，D2单体的比率大于PLA-1的Dl单体比率；
-所述芯还含有聚合物塑化剂。
3.如权利要求1或2所述的无纺布，其特征在于，所述聚合物塑化剂是选自包括以下单体的组中的单体的聚合物或共聚物：(甲基)丙烯酸、烯烃、己内酯、乙烯、羟基烷酸酯、乙二醇、丙二醇、二酸、二醇。
4.如权利要求1～3中任一项所述的无纺布，其特征在于，D1单体比率小于1％，优选小于0.5％。
5.如权利要求1～4中任一项所述的无纺布，其特征在于，D2单体比率为2％～12％，优选8％～12％。
6.如权利要求1～5中任一项所述的无纺布，其特征在于，以相对于纤维重量的重量百分比计，PLA-1占50～80％，优选60～70％。
7.如权利要求1～6中任一项所述的无纺布，其特征在于，以相对于纤维重量的重量百分比计，PLA-2占20～50％，35，优选30～40％。
8.如权利要求1～7中任一项所述的无纺布，其特征在于，以相对于纤维重量的重量百分比计，所述聚合物塑化剂占1～5％，优选2～3％。
9.如权利要求1～8中任一项所述的无纺布，其特征在于，纤维具有：
-15～35微米、更优选20～30微米的直径；和/或
-2～10旦、更优选4～8旦的线性密度。
10.如权利要求1～10中任一项所述的无纺布，其特征在于，其具有：
-60～160g/m2、优选120～140g/m2、更优选130g/m2的重量；和/或
-450～650微米、有利地500～600微米的厚度。
11.权利要求1～10中任一项所述的无纺布的制造方法，其包括以下步骤：
a)在熔融下制备由含有聚乳酸(PLA-1)的芯构成的纤维，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物，
b)通过部分冷却然后拉伸并将得到的纤维沉积在成形垫上而形成无纺布；
c)压延如此得到的无纺布。
12.一种咖啡和/或茶用胶囊，其包含权利要求1～10中任一项所述的无纺布作为热成形滤芯。
13.如权利要求12所述的胶囊，其特征在于，所述热成形滤芯的深度为2cm～4.5cm。
14.权利要求1～10中任一项所述的无纺布作为冲泡机中的滤袋的应用。
15.如权利要求1～14中任一项所述的无纺布，其特征在于，其满足ASTM D6400的生物降解性标准。
16.一种无纺布，其包含由含有聚乳酸(PLA 1)的芯构成的纤维，所述芯涂覆有含有聚乳酸(PLA-2)的包封物，所述无纺布的特征在于，通过热成形，所述无纺布的表面积可以增加至少150％，更优选至少240％。
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