BR112020021414A2

BR112020021414A2 - Composição para papel à prova d'água, pélete, laminado, copo, cápsula e canudo

Info

Publication number: BR112020021414A2
Application number: BR112020021414-0A
Authority: BR
Inventors: Michael Scott Segal
Original assignee: J & J Green Paper, Inc.
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2021-01-19
Also published as: CL2020002709A1; EA202092528A1; MX2020011075A; SG11202010368WA; CN112313154A; WO2019204830A1; CO2020014418A2; PE20210526A1; KR20210002540A; US20190249369A1; CA3097768A1; US11401661B2; PH12020551745A1; EP3781485A1; EP3781485A4; JP2021535235A; IL278162A; AU2019255800A1; ECSP20073148A; IL278162B1

Abstract

uma composição que inclui cera derivada de planta com um ponto de fusão de pelo menos 70 °c pode ser usada para tornar à prova d?água materiais à base de celulose, como papel e cartão. ceras adequadas incluem cera de cana-de-açúcar e cera de farelo de arroz. um surfactante como o ácido esteárico melhora a adesão da composição ao material subjacente. o laminado à prova d'água resultante pode ser economicamente reciclado. os copos para bebidas quentes feitos do laminado são à prova d'água e recicláveis, sem primeiro serem separados em componentes. cápsulas de café e canudos que são à prova d?água e recicláveis são fabricados com o laminado à prova d'água.

Description

COMPOSIÇÃO PARA PAPEL À PROVA D’ÁGUA, PÉLETE, LAMINADO, COPO, CÁPSULA E CANUDO REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido está relacionado ao pedido provisório dos EUA, número de série 62/659,186, depositado em 20 de abril de 2018 e ao pedido não- provisório dos EUA 16/191,426, depositado em 14 de novembro de 2018, que são incorporados na presente invenção por referência.

DECLARAÇÃO SOBRE PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADO FEDERALMENTE

[002] Não aplicável

OS NOMES DAS PARTES DE UM ACORDO DE PESQUISA CONJUNTA

[003] Não aplicável

INCORPORAÇÃO POR REFERÊNCIA DE MATERIAL SUBMETIDO EM UM DISCO COMPACTO

[004] Não aplicável

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[005] A invenção diz respeito a composições de cera à base de plantas para papel à prova d’água. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA:

[006] Copos são usados para conter bebidas. Historicamente, os copos eram feitos a partir de materiais como cerâmica, vidro, metal e madeira. Os copos feitos de tais materiais eram caros o suficiente, difíceis de fazer o suficiente e duráveis o suficiente para justificar o reuso dos copos. Uma desvantagem dos copos feitos de tais materiais é que eles são valiosos demais para serem descartáveis. Como um resultado, os copos eram mantidos em um local, limpos e reusados. Os usuários desses copos terminariam sua bebida e deixariam seu copo para trás ou o devolviam mais tarde para que pudesse ser lavado e reutilizado.

[007] Os copos descartáveis, feitos de materiais baratos o suficiente para serem usados apenas uma vez, permitem que as pessoas tomem bebidas em locais onde não há máquina lava-louças ou levem as bebidas para viagem e nunca devolvam o copo. Após o bebedor terminar a bebida, independentemente do local, o bebedor joga o copo no lixo.

[008] Um custo oculto dos copos descartáveis são os custos de descarte, que incluem o custo de mover o copo descartável para um aterro e o custo ambiental de permitir que o copo descartável se degrade.

[009] Para mitigar o custo oculto dos copos descartáveis, uma solução pode ser a reciclagem dos copos descartáveis. A reciclagem diminui os custos ocultos, ao diminuir a quantidade de materiais que entram nos aterros. Além disso, a reciclagem reduz o custo oculto de esgotar matérias-primas.

[010] Infelizmente, pelas razões detalhadas abaixo, as formas mais preferenciais de recipientes para bebidas quentes não podem ser recicladas de uma maneira econômica.

[011] O material de celulose (por exemplo, papel e papelão) é um dos materiais comumente usados para fazer recipientes descartáveis para bebidas quentes.

[012] A Fig. 2 mostra um conjunto de copo 1 de acordo com o estado da técnica. O conjunto de copo inclui um copo de papel 10. O copo de papel inclui um aro 11, uma parede frustocônica 12 e um fundo 13. O aro 11, a parede frustocônica 12 e o fundo 13 são feitos de papel cartão revestido. O papel cartão revestido inclui uma camada de papel cartão 14. O papel cartão 14 é feito de vários materiais, como aparas de madeira e plantas, que foram esmagadas em polpa, que é então extrudida como o papel cartão 14. O papel cartão revestido inclui um revestimento de plástico, que não é visível, aplicado à superfície interna do papel cartão 14. O polietileno (PE) é o revestimento plástico mais comum. O revestimento de plástico evita que o papel cartão 14 absorva umidade do líquido que está sendo retido no copo de papel 10. O conjunto de copo 1 pode incluir uma luva isolante 20 em torno da parede frustocônica 12. A luva isolante 20 evita a transferência de calor a partir dos líquidos sendo retidos no copo de papel 10. Desse modo, a luva isolante 20 mantém a temperatura do líquido e evita que uma pessoa queime ou congele sua mão ao segurar o copo de papel

10. A luva isolante 20 é tipicamente feita de papel ou papelão ondulado e pode ser colada em torno da parede frustocônica 12. O conjunto de copo 1 pode incluir um copo de papel 10 e uma tampa 30. A tampa 30 é tipicamente inteiramente de plástico, um recurso não renovável. Um conjunto de copo que inclui uma tampa é normalmente cinco por cento (5%) de plástico e noventa e cinco (95%) de papel em peso. Cinquenta bilhões (5 × 1010) de copos de papel nos Estados Unidos acabam em aterros todos os anos. Um copo de papel leva mais de vinte (> 20) anos para se decompor.

[013] Os copos descartáveis para conter bebidas quentes não podem ser feitos apenas de papel. Sem aditivos, o material de celulose sozinho não é um material satisfatório para fazer recipientes de bebidas quentes pois o material de celulose amolecerá ao absorver água quente. Um recipiente de celulose que absorveu líquido ficará tão mole que o recipiente não se conseguirá se manter sem desmoronar. Eventualmente, o recipiente de celulose irá absorver água suficiente para que o papel forme uma pasta fluida com a água, o papel se rasgará e os líquidos escaparão do recipiente de celulose.

[014] Para resolver o problema do papel sozinho, aditivos são usados para melhorar a impermeabilização do material de celulose.

[015] Um desses aditivos é a argila. A argila não é a preferida pois a argila se dissolverá parcialmente no líquido e pode alterar a cor e o sabor do líquido. Como uma alternativa à argila, os fabricantes de copos desenvolveram a técnica de borrifar o interior e o exterior do copo de papel com cera.

[016] A cera de parafina é o tipo mais comum de cera usada para revestir copos. A cera de parafina é um sólido mole branco ou incolor derivado de petróleo, carvão ou xisto betuminoso, que consiste em uma mistura de moléculas de hidrocarbonetos contendo entre vinte e quarenta átomos de carbono. A parafina tem tipicamente um ponto de fusão entre cerca de 46 e 68°C.

[017] No caso de bebidas frias, a cera pode ser adicionada à superfície do copo para evitar que o material de celulose absorva água. Por exemplo, um recipiente para leite revestido com parafina é descrito na Pat. U.S. Nº 2,750,095. Os copos de papel-cera são biodegradáveis porque ambos os materiais componentes (ou seja, o papel e a cera) são biodegradáveis. No entanto, o custo oculto da cera de parafina é aumentado pois a parafina é feita a partir de recursos não renováveis.

[018] Infelizmente, os copos de parafina-papel não funcionam com bebidas quentes porque a bebida quente aquece a cera de parafina a uma temperatura acima de seu ponto de fusão. Como o ponto de fusão da cera de parafina está abaixo da temperatura das bebidas quentes, a cera de parafina não é adequada para impermeabilizar o papel que será usado com bebidas quentes. Bebidas quentes como chá, chocolate quente e café são frequentemente servidas em temperaturas entre 71,1°C e 85°C. No entanto, testes mostraram que a temperatura preferencial para beber café é 60°C +/- 8,3°C. Independentemente disso, a parafina e outras ceras de ponto de fusão similares derretem quando a bebida quente está dentro do copo. Então, com a cera derretida e a camada comprometida, o material de celulose subjacente fica exposto para absorver líquido, o que leva à falha, conforme discutido anteriormente.

[019] Argila e cera caíram em desuso após o desenvolvimento de copos revestidos com polietileno (PE). Em copos revestidos com PE, o papel ou papel cartão é revestido com uma camada muito fina de PE. O PE impermeabiliza o papel e solda e sela as juntas do copo.

[020] Os copos revestidos com PE incluem uma base de material de cartão de copo que é coberta com polietileno. Em tal caso, o papel base para copos de papel é denominado "cartão de copo (cup board)" ou "cup stock" e é feito em máquinas especiais de papel de múltiplas camadas. Um revestimento de barreira para impermeabilização é adicionado ao cartão de copos. O cartão de copo tem alta rigidez e forte colagem úmida. O grau do cartão de copo tem um desenho especial para os processos de fabricação de copos. Um exemplo de laminado de papel revestido com polietileno é descrito na Pat. U.S. Nº 5,286,538. Os pesos- base dos cartões de copo são 170-350 g/m2.

[021] Para atender aos requisitos de higiene, os copos de papel geralmente são fabricados com materiais virgens (não reciclados). A única exceção a isso é quando o copo de papel apresenta uma camada isolante extra para retenção de calor, que nunca entra em contato com a bebida, como uma camada ondulada enrolada ao redor de um copo de parede única.

[022] O revestimento dos copos de papel com PE tem o efeito colateral de tornar o copo revestido de PE não reciclável.

[023] A cada ano, mais de cem bilhões (100 X 109) de copos descartáveis são enviados para aterros nos Estados Unidos. Aproximadamente cinquenta e oito bilhões (58 × 109) de copos de papel descartáveis são jogados fora nos EUA anualmente.

[024] A maioria dos copos de papel é feita de papel virgem revestido de plástico. Vinte milhões (20 × 106) de árvores são colhidas para fazer copos de papel a cada ano. Além disso, cada quatro copos de papel são responsáveis pela geração de 0,4 kg de emissões de dióxido de carbono. Quarenta e cinco bilhões de litros (45 × 109 l) de água são usados para fazer copos de papel para um ano. Cinquenta e três mil (53 × 103) das residências poderiam ser abastecidas anualmente com a energia gasta na fabricação e descarte de copos de papel.

[025] Os custos ambientais de copos descartáveis de qualquer material são mitigados quando o copo descartável é feito a partir de fonte renovável ou a partir de materiais reciclados. Quando o copo descartável é feito de um material renovável ou reciclado, o custo ambiental para a produção do copo descartável é reduzido em comparação com os copos descartáveis feitos a partir de materiais não renováveis e virgens. Quando o copo descartável é feito a partir de material reciclável ou biodegradável, o custo ambiental do descarte do copo descartável é menor em comparação com os copos feitos a partir de materiais não recicláveis e não biodegradáveis.

[026] Embora o papel e o PE sejam comumente e economicamente reciclados separadamente, um copo de papel revestido de PE não pode ser reciclado porque o papel e o PE devem ser separados para serem recicláveis e o papel revestido de PE é muito difícil e custoso de se separar o papel do PE. Por outras palavras, o custo de separar o papel do PE em copos de papel revestidos de PE excede qualquer lucro que possa ser obtido reciclando o papel e PE resultantes.

[027] Os copos de espuma são uma alternativa aos copos de papel. No entanto, os copos de isopor também não são biodegradáveis.

[028] Vinte e cinco bilhões (25 × 109) de copos de isopor são consumidos nos EUA anualmente. A maioria dos copos de espuma é feita de espuma de poliestireno (PS) extrudado de célula fechada. Um exemplo de espuma de poliestireno de célula fechada é vendido sob a marca comercial STYROFOAM®. O poliestireno é um plástico não biodegradável à base de petróleo. O poliestireno contém produtos químicos tóxicos que podem lixiviar a partir dos aterros sanitários e ameaçar a saúde humana e os sistemas reprodutivos. O lixo de espuma é difícil de se conter pois flutua e forma um componente significativo da poluição do solo e da água. O poliestireno pode ser fatal quando consumido por pássaros, peixes e animais selvagens. A fabricação de poliestireno é o quinto maior produtor industrial de resíduos perigosos.

[029] O poliestireno é reciclado a taxas baixas e permanece em aterros por pelo menos quinhentos (≥ 500) anos. Quando o poliestireno é incinerado por empresas de descarte, a incineração produz até noventa (≤ 90) produtos químicos tóxicos e perigosos.

[030] Copos feitos inteiramente (isto é, sem papel) de polímeros como polietileno tereftalato (PET ou PETE) e polipropileno (PP) não fornecem alternativas úteis. Tais copos conduzem muito calor. Como resultado, as pessoas não conseguem segurar um copo apenas de polímero que contém uma bebida quente.

[031] Dezenas de bilhões de copos plásticos de uso único vão para o lixo em restaurantes, cafés e eventos nos EUA. Somente no setor de aviação dos EUA, nove bilhões (9 × 109) de copos de plástico são usados anualmente. O plástico cria poluição em todos os estados de sua existência: fabricação, uso e descarte. Vinte e oito quilogramas (28 kg) de plástico, por pessoa, por ano são criados nos EUA. O plástico ocupa até trinta por cento (≤ 30%) do espaço do aterro.

[032] Em 2010, a taxa de reciclagem de copos plásticos era tão pequena que era considerada insignificante.

[033] O lixo plástico representa até oitenta por cento (≤ 80%) de todos os detritos marinhos. Estima-se que temos seis vezes (6×) mais lixo plástico em nossos oceanos do que plâncton. Produtos químicos nocivos lixiviados a partir de plásticos estão presentes nos corpos de quase todos os seres humanos, incluindo recém-nascidos.

[034] Além do papel que não pode ser reciclado quando revestido com polietileno, o próprio polietileno é mais difícil de reciclar quando está ligado ao papel.

[035] O papel que tem uma camada de polietileno aplicada a ele não pode ser economicamente separado do polietileno. Portanto, na melhor das hipóteses, apenas a parte de polietileno do copo revestido pode ser reciclada após o envio de todo o copo revestido. A porção de papel do copo revestido é normalmente incinerada e não reciclada. Mais tipicamente, todo o copo revestido é meramente incinerado e o polietileno nem mesmo é reciclado. Como alternativa à incineração, todo o copo revestido pode ser despejado em um aterro. O revestimento plástico retarda a biodegradação e leva à lixiviação de poluentes. Uma vez em um aterro, o papel revestido de PE se decompõe e libera metano, que é um gás do efeito estufa.

[036] Os copos de papel revestidos de PE incluem compostos e modificadores adicionais que podem ser tóxicos, incluindo acetaldeído, trigonelina, ácido málico e íons de potássio.

[037] O acetaldeído é usado na produção de perfumes, explosivos e vernizes. O acetaldeído também é um aditivo aromatizante usado para importar notas de maçã/amanteigadas em alimentos. O acetaldeído está presente após o consumo de álcool e é responsável por alguns dos sintomas da ressaca.

[038] A trigonelina é um alcalóide de sabor amargo.

[039] Íons de potássio K+ são um mineral essencial no corpo que é usado para regular tudo, desde o batimento cardíaco adequado até a pressão sanguínea estável e a polarização das membranas neurais.

[040] Uma deficiência adicional dos copos de papel revestidos de PE é que eles não são compatíveis com micro-ondas. Em copos vazios revestidos de PE, o laminado de polietileno pode inflamar quando exposto a micro-ondas. Em copos totalmente revestidos com PE, o laminado de polietileno pode se separar e vazar toxinas na bebida quando submetido ao micro-ondas.

[041] As cápsulas descartáveis de café de uso único se tornaram uma fonte crescente de poluição. As cápsulas de café descartáveis são preferidas pelos clientes pois fornecem um sistema controlado que produz uma bebida de sabor consistente. Adicionalmente, o tamanho da porção única permite que cada bebedor faça uma porção de bebida dimensionada exclusivamente para eles.

[042] No entanto, à medida que a popularidade das cápsulas descartáveis de único usuário aumenta, a poluição decorrente do descarte das cápsulas usadas aumenta.

[043] As cápsulas de café individuais vendidas sob as marcas comerciais KEURIG® não são recicláveis comercialmente porque incluem uma mistura de materiais que não podem ser eficientemente separados uns dos outros. A patente US Nº 5,325,765, descreve um Cartucho de Filtro de Bebida deste tipo. O Cartucho de Filtro de Bebida inclui um copo de polietileno. Um filtro é assentado no copo. O filtro é permeável a líquidos, mas não a resíduos de café. O filtro forma duas câmaras dentro do copo: uma câmara de topo acima do filtro e uma câmara de fundo abaixo do filtro. Um meio de bebida, por exemplo, café moído, é colocado na câmara de topo. Uma cobertura é unida à parede lateral do copo no aro. A cobertura é papel-alumínio com uma camada de polietileno aplicada em sua superfície interna e tinta impressa na superfície de topo.

[044] As Figs. 9 a 14 mostram uma cápsula de café 50 de acordo com o estado da técnica. A cápsula de café 50 inclui um copo, um filtro 60 e um topo

80.

[045] Para usar a cápsula, ela é colocada em uma máquina de fazer bebidas. Quando a máquina de fazer bebidas está fechada, o topo é perfurado por um bico de água afiado para permitir que a água entre na câmara de topo. Ao mesmo tempo, o fundo do copo é perfurado para permitir a saída da bebida fabricada.

[046] Os componentes de uma cápsula de café descartável são recicláveis, quando separados. O copo é um termoplástico, por exemplo, polietileno. O filtro é papel. Os resíduos de café são essencialmente celulose. A cobertura é papel- alumínio. O forro de cobertura é um filme de polietileno.

[047] No entanto, para serem recicláveis, os materiais componentes das cápsulas de café descartáveis devem ser separados uns dos outros. Na prática, o custo de separar as partes é tão alto que a reciclagem comercial das cápsulas não é econômica. Como resultado, as cápsulas são rejeitadas por recicladores e descartadas com outros tipos de lixo em aterros. As porções de polietileno e alumínio das cápsulas descartáveis não são biodegradáveis e permanecem efetivamente para sempre em aterros.

[048] As Figs. 9 a 14 mostram uma cápsula de café 50 de acordo com o estado da técnica. A cápsula de café 50 tem uma parede frustocônica 52 com uma borda superior mais larga e uma borda de fundo mais estreita. Um aro anelar 54 está disposto ao longo da borda de topo. Um fundo 57 está disposto na borda de fundo mais estreita. A parede 52, o aro 54 e o fundo 57 são feitos de uma peça de polietileno moldado. Uma borda recuada 59 é formada no topo da parede adjacentes ao aro 54. Um anel 70 é formado no fundo 57. Um topo circular 58 é aderido ao aro 54. O topo 58 é feito de papel-alumínio com uma camada de polietileno aderida às superfícies de topo e fundo do papel-alumínio.

[049] Um filtro 60 retém resíduos, que não são mostrados, e permite que uma bebida passe através dele. O filtro 60 tem uma parede 64 com um formato geralmente frustocônico. A parede 64 é pregueada. Um fundo 62 é conectado a borda de fundo da parede 64. A borda de topo da parede 64 está assentada e aderida à borda recuada 59.

[050] A cápsula de café 50 do estado da técnica não pode ser reciclada porque os vários materiais componentes da cápsula de café 50 podem ser separados facilmente o suficiente para tornar a sua reciclagem economicamente justificada. Ou seja, as partes de polietileno (parede 53, aro 54 e fundo 57) não podem ser separadas das partes de celulose (filtro 40 e resíduos) e das partes de alumínio (topo 58).

[051] Os canudos de beber são outra fonte de resíduos não recicláveis gerados pelas indústrias de alimentos e bebidas. Historicamente, os canudos eram feitos com camadas de tiras de papel enroladas de maneira helicoidal. Um exemplo de tal canudo de papel é mostrado na Patente US Nº. 375,962. Como os copos de papel, os canudos de papel não tratados tendem a absorver água, tornar-se polposos e falhar. Canudos de plástico feitos de poliestireno ou polipropileno forneceram uma alternativa de melhor funcionamento e de fabricação barata aos canudos de papel. Porém, os canudos plásticos não são biodegradáveis e são feitos de recursos não renováveis.

[052] A cera de cana-de-açúcar ocorre naturalmente dentro da cana-de- açúcar. A cera de cana-de-açúcar é um subproduto da produção de açúcar a partir da cana-de-açúcar. A cera de cana-de-açúcar pode ser caracterizada como uma cera na qual cerca de setenta por cento (~ 70%) do peso da cera é composto de álcoois de hidrocarbonetos de cadeia longa com comprimentos de cadeia de

C 18 a C 32, ácidos de cera tendo comprimentos de cadeia de C 18 a C 32, ácidos ω-hidroxicarboxílicos e ácidos carboxílicos aromáticos. A cera de cana-de-açúcar adicionalmente pode incluir álcoois graxos (álcoois de cera) e dióis. Além disso, cerca de 5 a 10% da cera de cana-de-açúcar é composta por dióis não esterificados, ácidos de cera de cadeia longa como o ácido beénico, cerótico, lignocérico ou melíssico e hidrocarbonetos saturados.

[053] Emulsões de cera de cana-de-açúcar podem ser usadas para lavar frutas e vegetais para dar-lhes brilho e aumentar a vida útil. A cera de cana-de- açúcar é indigesta e inofensiva à saúde. Na sua forma refinada apresenta uma cor amarelada clara. A cana-de-açúcar tem um ponto de fusão entre 75 e 80°C.

[054] A cera de farelo de arroz é a cera vegetal extraída do óleo de farelo de arroz (Oryza sativa). Os principais componentes da cera do farelo de arroz são os ácidos alifáticos (ácidos de cera) e ésteres de álcool superiores. Os ácidos alifáticos consistem em ácido palmítico (C16), ácido beénico (C22), ácido lignocérico (C24) e outros ácidos de cera superiores. Os ésteres de álcool superior consistem principalmente em álcool cerílico (C26) e álcool melissílico (C30). A cera de farelo de arroz também contém constituintes como ácidos graxos livres (ácido palmítico), esqualeno e fosfolipídios. A cera de farelo de arroz tem um ponto de fusão entre 77 - 86 °C.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[055] Um objetivo da invenção é fornecer uma composição para produzir de papel reciclável, à prova de água quente, que supere as desvantagens dos materiais deste tipo geral e do estado da técnica.

[056] Um outro objetivo da invenção é fornecer péletes da composição que podem ser usados em máquinas de fabricação de laminado de papel-polietileno existentes.

[057] Um outro objetivo da invenção é fornecer um laminado de papel à prova d’água que inclui a composição.

[058] Um objetivo adicional da invenção é fornecer um copo para bebida quente reciclável feito a partir do laminado à prova d’água reciclável.

[059] Um objetivo adicional da invenção é fornecer um método para impermeabilizar papel que inclui aplicar o revestimento à prova d’água reciclável a uma superfície de papel.

[060] Um objetivo adicional da invenção é fornecer um método para impermeabilizar papel que inclui um método para fabricar copos à prova d’água a partir do papel à prova d’água.

[061] Um objetivo adicional da invenção é fornecer papel à prova d’água e laminados de papelão que podem ser reciclados juntamente com outro papel sem a necessidade de processamento antes do descarte.

[062] Um objetivo adicional da invenção é fornecer um recipiente para bebidas quentes com um custo total que seja inferior ao custo total dos recipientes para bebidas quentes descartáveis existentes. Os custos totais incluem custos de fabricação, custos de material, custos de descarte e custos de aterro. As vantagens ambientais de um copo de papel reciclável podem ser medidas não apenas contando a quantidade de copos revestidos de PE que serão substituídos, mas ao adicionar a quantidade de copos de plástico e de espuma que não serão necessários.

[063] Um objetivo adicional da invenção é substituir o papel e papelão revestidos com PE por papel e papelão à prova d’água que seja reciclável, biodegradável e orgânico.

[064] Um objetivo adicional da invenção é fornecer uma composição à prova d’água que pode substituir polietileno e ser usado em máquinas de fabricação de laminado de papel-polietileno existentes.

[065] Um objetivo adicional da invenção é fornecer um laminado de papel à prova d’água que seja reciclável e biodegradável, feito de material totalmente natural e reciclado, e

[066] A invenção oferece ao usuário final, produtos sob medida e impressos com pigmentação (tintas químicas não convencionais) para atender o estabelecimento e as necessidades do cliente.

[067] Um objetivo adicional da invenção é fornecer um laminado totalmente natural, não à base de petróleo, feito a partir de recursos renováveis.

[068] Um objetivo adicional da invenção é fornecer um produto que pode ser usado com máquinas existentes que são atualmente usadas no processo do laminado de papel-polietileno.

[069] De acordo com os objetivos da invenção, uma composição é fornecida para impermeabilizar papel e papelão. A composição inclui uma cera de origem vegetal tendo um ponto de fusão acima da temperatura para bebidas quentes, que é de pelo menos 60°C. A cera derivada de planta deve ter qualidades de processamento similares às do polietileno de baixa densidade (LDPE).

[070] A cera de cana-de-açúcar e a cera de farelo de arroz são tipos adequados de ceras derivadas de plantas. A cera de cana-de-açúcar e a cera de farelo de arroz são revestimentos adequados para papel à prova d’água porque têm pontos de fusão acima de 60°C e mais preferencialmente acima de 70°C. A cera de cana-de-açúcar e a cera de farelo de arroz têm pontos de fusão similares ao do LDPE, de modo que os péletes, incluindo cera de cana-de-açúcar e/ou cera de farelo de arroz, podem ser usados com o maquinário existente usado para revestir papel.

[071] Constatou-se que a cera de cana-de-açúcar, quando aplicada sozinha ao papel, aderiu inicialmente, mas começou a se separar do substrato de papel após exposição prolongada à água quente.

[072] A cera de farelo de arroz, sem ceras adicionais, pode ser extrudada em papel para impermeabilizar o papel para bebidas quentes. No entanto, após uma longa exposição a líquidos quentes, a cera de farelo de arroz começou a se separar do papel.

[073] Para melhorar a aderência, a de cana-de-açúcar foi misturada com ceras similares derivadas de planta. Constatou-se que a cera de farelo de arroz é um componente particularmente útil quando misturada com cera de cana-de- açúcar. Constatou-se que uma camada à prova d’água composta de uma mistura de cera de cana-de-açúcar e cera de farelo de arroz adere por longos períodos de tempo e permanece à prova d’água quando exposta à água quente.

[074] A adesão da composição ao papel aumentou com o percentual de cera de cana-de-açúcar. Adicionalmente, constatou-se que uma composição na qual a cera de cana-de-açúcar formava pelo menos cinco por cento (≥ 5%) do volume total da cera aderiu efetivamente ao papel para uso em aplicações para bebidas quentes. Ou seja, composições em que a cera de cana-de-açúcar formou pelo menos cinco por cento do volume de cera da composição mostraram-se eficazes para formar copos para bebidas quentes.

[075] A adesão da composição à prova d’água foi adicionalmente melhorada ao adicionar um tensoativo à composição. Um tensoativo de grau alimentício foi selecionado por sua segurança e reciclabilidade. Constatou-se que o estearato de cálcio é um tensoativo de grau alimentício adequado. Uma composição com pelo menos quatro décimos por cento (0,4%) em volume de tensoativo melhorou a adesão ao papel.

[076] A composição pode ser formada em péletes de acordo com o seguinte método. A cera de cana-de-açúcar, a cera de farelo de arroz e o estearato de cálcio são moídos em partículas de tamanho pequeno. Em seguida, a mistura é extrudada e picada em pedaços de um tamanho desejado. Normalmente, os péletes têm o mesmo tamanho que os péletes de polietileno que eles estão substituindo. Um tamanho exemplar de pellet é cinco milímetros (5 mm) de diâmetro.

[077] Os péletes da composição à prova d’água devem ter propriedades similares às dos grânulos de polietileno. Por ter requisitos de processamento similares, o maquinário existente que está sendo usado para fazer copos revestidos de PE pode ser usado com os péletes de acordo com a invenção. Polietileno de baixa densidade tem normalmente um ponto de fusão entre 105 e 115°C.

[078] De acordo com os objetivos, a invenção inclui um laminado à prova d’água reciclável. O laminado pode incluir um produto à base de celulose, por exemplo, uma folha de papel ou cartão. Sobre uma superfície do produto à base de celulose que se destina a fazer frente ao líquido, uma camada da composição é disposta. Uma outra camada da composição pode ser aplicada à face oposta do produto à base de celulose. A composição pode ser aderida diretamente à superfície do produto à base de celulose. Alternativamente, camadas adicionais (por exemplo, iniciais ou colagem) podem ser adicionados entre a superfície do produto à base de celulose e a camada de composição.

[079] Um processo e máquina de fabricação como os descritos na Patente US 4,455,184, que é incorporado na presente invenção por referência, pode ser usado para fabricar o laminado. Os péletes da composição são colocados em um funil da máquina. Os péletes são alimentados a um aquecedor onde são fundidos. A composição fundida é então extrudada como uma camada de composição fundida. A camada de composição é disposta sobre a superfície do produto à base de celulose a ser impermeabilizado. As camadas são passadas entre um rolo de pressão e um rolo de resfriamento para distribuir e aderir a camada de composição ao produto à base de celulose para produzir o laminado.

[080] Um copo à prova d’água reciclável pode ser formado usando a composição à prova d’água descrita anteriormente. Em um primeiro caso, o laminado à prova d’água fabricado anteriormente pode ser cortado e formado em um conjunto de copo. O conjunto de copo tem uma parede frustocônica e um fundo circular assentado dentro da parede frustocônica. O lado tratado do papel é colocado voltado para o interior do copo. Em um segundo caso, um copo de papel é montado a partir de papel que não foi tratado com a composição. Em seguida, o copo concluído é pulverizado com a composição à prova d’água.

[081] Um objetivo adicional da invenção é fornecer uma cápsula de café descartável que pode ser reciclada sem separar os componentes. Para alcançar esta meta, em uma cápsula de café descartável, o copolímero que forma o copo pode ser substituído pelo laminado à prova d’água descrito anteriormente, que é feito a partir de produtos à base de celulose tratados com a composição. Uma cápsula usada contendo laminado à prova d’água, filtro de papel e resíduos de café usados não precisa ser separada em seus componentes antes da reciclagem pois todos os componentes são biodegradáveis e se qualificam como papel para reciclagem.

[082] Um outro objetivo da invenção é fornecer cápsulas de café descartáveis que são comercialmente recicláveis e que não colapsem quando usadas em uma máquina de fazer café que perfura o topo e o fundo da cápsula. Exemplos de máquinas de fazer café que funcionam perfurando as cápsulas de café descartáveis duas vezes (uma no topo, uma no fundo) são as máquinas de fazer bebidas vendidas sob as marcas comerciais KEURIG® e NESPRESSO®.

[083] Para formar uma cápsula de café descartável comercialmente reciclável que não colapse com o uso, a cápsula e o topo da cápsula são feitos com o laminado à prova d’água de acordo com a invenção. O papel do copo é forte o suficiente para que o copo não colapse sob a compressão da máquina,

pois o topo e o fundo da cápsula estão sendo perfurados. Ao mesmo tempo, o papel que faz o copo, particularmente o fundo do copo, é fraco o suficiente para ser perfurado com a mesma força. Do mesmo modo, o papel à prova d’água na parte superior deve ser perfurável sob a pressão normal criada durante o fechamento da máquina.

[084] Ao formar cápsulas de café a partir do laminado à prova d’água, colocar o fundo do copo em um nível igual ao do fundo da parede provê cápsulas de café que são particularmente resistentes ao esmagamento. Tais cápsulas são normalmente feitas começando com um fundo que é ligeiramente mais largo do que a abertura inferior da parede frustocônica. Em seguida, o fundo é inserido através do orifício superior da parede frustocônica e pressionado para baixo para a abertura inferior. Como resultado, um aro saliente para cima se estende de cima para baixo, o aro repousa contra a superfície interna da parede frustocônica. Adesivo pode ser usado para aderir a superfície externa do aro à superfície interna da parede frustocônica.

[085] De acordo com os objetivos da invenção, um canudo de beber à prova d’água biodegradável é provido. Um canudo de beber formado ao enrolar tiras de papel de maneira helicoidal em um formato de tubo é descrita na Patente US Nº. 375,962, que é incorporada na presente invenção por referência. De acordo com a invenção, as folhas do laminado à prova d’água são cortadas em tiras. As tiras são então enroladas de maneira helicoidal em um formato de tubo. O lado do laminado à prova d’água com a composição à prova d’água disposta sobre ele forma a superfície interna do canudo de beber. Quantidades adicionais da composição fundida podem ser pulverizadas no tubo para aderir os anéis da bobina uns aos outros no formato de tubo. Alternativamente, outros adesivos podem ser pulverizados no tubo para manter os anéis da hélice no formato de tubo.

[086] Outros recursos que são considerados como característicos para a invenção são apresentados nas reivindicações anexas.

[087] Embora a invenção seja ilustrada e descrita no presente documento como incorporada em uma composição reciclável para papel à prova d’água utilizando uma cera derivada de planta, péletes da composição, laminado de papel à prova d’água reciclável incluindo a composição, copos para bebida quente recicláveis incluindo o laminado, cápsulas para fazer bebidas quentes incluindo o laminado, e canudos de beber incluindo o laminado, a invenção não deve ser limitada aos detalhes mostrados nessas modalidades pois várias modificações e mudanças estruturais podem ser feitas sem se afastar do espírito da invenção, embora permanecendo dentro do escopo e faixa de equivalentes das reivindicações.

[088] A construção e o método de operação da invenção e os objetivos e vantagens adicionais da invenção são melhores compreendidos a partir da seguinte descrição de modalidades específicas quando lidas em conexão com as figuras anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS DIVERSAS VISTAS DAS FIGURAS

[089] A Fig. 1 é uma vista em alçado lateral de um conjunto de copo com uma luva isolante.

[090] A Fig. 2 ilustra uma vista em perspectiva de topo de um copo com uma tampa de acordo com o estado da técnica.

[091] A Fig. 3 é uma vista em alçado de topo de uma cápsula de café de acordo com a invenção.

[092] A Fig. 4 é uma vista em alçado frontal da cápsula de café mostrada na Fig. 3.

[093] A Fig. 5 é uma vista em alçado de topo da cápsula de café mostrada na Fig. 3 com o topo e o filtro removidos.

[094] A Fig. 6 é uma vista em alçado de fundo da cápsula de café mostrada na Fig. 3.

[095] A Fig. 7 é uma vista em alçado de topo da cápsula de café mostrada na Fig. 3 com a parte de topo removida e o filtro no lugar.

[096] A Fig. 8 é uma vista em corte lateral da cápsula de café mostrada na Fig. 3.

[097] A Fig. 9 é uma vista em alçado de fundo de uma cápsula de café de acordo com o estado da técnica.

[098] A Fig. 10 é uma vista em alçado de topo da cápsula de café mostrada na Fig. 9 com o topo e o filtro removidos.

[099] A Fig. 11 é uma vista em alçado de topo da cápsula de café mostrada na Fig. 9 com o topo removido e o filtro no lugar.

[0100] A Fig. 12 é uma vista em alçado de topo da cápsula de café mostrada na Fig. 9.

[0101] A Fig. 13 é uma vista em alçado lateral da cápsula de café mostrada na Fig. 9.

[0102] A Fig. 14 é uma vista em corte lateral da cápsula de café mostrada na Fig. 9.

[0103] A Fig. 15 é uma tabela mostrando as especificações de uma primeira modalidade preferencial de cera de farelo de arroz.

[0104] A Fig. 16 é uma tabela mostrando as especificações de uma segunda modalidade preferencial de cera de farelo de arroz.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0105] Uma modalidade preferencial de uma composição para papel à prova d’água inclui uma mistura de cera de cana-de-açúcar, cera de farelo de arroz e estearato de cálcio. A cera de farelo de arroz constitui 95% da composição em volume. A cera de cana-de-açúcar constitui 4,6% da composição em volume. O estearato de cálcio constitui 0,4% da composição em volume.

[0106] Uma primeira modalidade preferencial da cera de farelo de arroz é vendida com o nome comercial RICE BRAN WAX 1# por Wuxi AccoBio Biotech, Inc. A primeira modalidade preferencial da cera de farelo de arroz tem as especificações mostradas na Fig. 15.

[0107] Uma segunda modalidade preferencial da cera de farelo de arroz é vendida sob o nome comercial RICE BRAN WAX 2# por Wuxi AccoBio Biotech, Inc. A segunda modalidade preferencial do farelo de arroz tem as especificações mostradas na Fig. 16.

[0108] O estearato de cálcio está disponível comercialmente.

[0109] A Fig. 1 mostra uma modalidade preferencial de um conjunto de copo 1. O laminado feito com uma camada de cup stock e uma camada extrudada da composição à prova d’água é cortado para fornecer duas peças: a primeira peça formará a parede frustocônica 12 e a segunda peça formará o fundo circular 13. O conjunto de copo 1 inclui um copo de papel 10. O copo de papel 10 tem uma parede frustocônica 12 e um fundo circular 13 assentado dentro da parede frustocônica 12. As peças de laminado são dispostas com a camada extrudada à prova d’água voltada para o interior do copo. Um aro de topo 11 é formado no topo da parede frustocônica 12. Uma luva isolante 20 é colocada em torno do copo de papel 1. Um aro inferior 15 se estende para baixo a partir do fundo 13 e se subpõe à parede frustocônica 12.

[0110] As Figs. 3-8 mostram uma modalidade preferencial de uma cápsula de café 30. Embora o termo da técnica seja cápsula "de café", as cápsulas de acordo com a invenção podem ser usadas com outras bebidas quentes infundidas, incluindo, mas não se limitando a chá e achocolatado.

[0111] Conforme mostrado nas Figs 5 a 6 e 8, a cápsula de café 30 tem um fundo 37 com uma borda ondulada que se estende para cima 36. Uma parede frustocônica 32 circunda a borda ondulada 36. A parede frustocônica 32 é feita envolvendo uma parede frustocônica 32 sobre si mesma para definir uma junta externa 33 e uma junta interna 35. Um aro 34 é dobrado na borda de topo da parede frustocônica 32.

[0112] O fundo 37 e a parede frustocônica 32 são estampados a partir do laminado à prova d’água. A modalidade preferencial do laminado à prova d’água tem uma primeira camada de cartão de copo e uma segunda camada da extrusão aderida ao cartão de copo. As partes estampadas 37 e 32 são dobradas e montadas com a camada de composição à prova d’água do laminado voltada para dentro. Para impermeabilizar adicionalmente a cápsula de café, o interior da cápsula de café, particularmente as juntas da cápsula de café, podem ser pulverizadas com composição à prova d’água derretida.

[0113] Um método alternativo preferencial para fazer as cápsulas de café é colocar o laminado à prova d’água em um molde. A pressão do molde produz uma formato de copo de corpo único.

[0114] Conforme mostrado nas Figs. 7-8, um filtro 40 tem uma parede frustocônica 44. Um aro 43 é disposto na borda de topo da parede 44. Um fundo 42 é disposto na borda de fundo da parede frustocônica 44. A parede 44 tem pregas 41 dobradas na mesma. O filtro 40 é feito de papel que é permeável à bebida, mas não aos resíduos retidos no filtro 40. O aro 43 é congruente com o aro 34. O aro 43 do filtro 40 é aderido ao aro 34. A altura da parede 44 do filtro 40 é menor do que a altura da parede 32 da cápsula de café 30. Por ser menor, um espaço é definido na cápsula de café entre o fundo 37 da cápsula de café e o fundo 42 do filtro 40. O espaço é grande o suficiente para permitir que um dreno perfure o fundo 37, mas não perfure o 42.

[0115] Um topo 38 é aderido ao aro 43. O topo é circular e é feito de cartão de copo tratada com a composição à prova d’água.

[0116] Para fazer uma bebida, uma cafeteira é aberta. A cápsula de café 30 é colocada na cafeteira. Em seguida, a cafeteira é fechada. Conforme a cafeteira fecha, um bocal perfura o topo 38 e um dreno perfura o fundo 37, mas não perfura o fundo 42 do filtro 40. A água que foi aquecida pela cafeteira flui através do bocal e se mistura com resíduos de café mantidos dentro do filtro 40. À medida que a água se mistura com os resíduos, uma bebida é produzida. A bebida flui através do filtro 40 e sai da cápsula de café 30 através do dreno, que perfurou o fundo 37 da cápsula de café 30.

[0117] Uma modalidade preferencial de um canudo para beber é uma tira enrolada de maneira helicoidal do laminado à prova de água feito com a composição à prova d’água e o cartão de copo. O laminado é disposto com a camada prova d'água no interior do canudo. Uma máquina preferencial para fazer canudos à prova d’água recicláveis é vendida sob o nome de modelo HT-50 e produzida pela Honeytop Machinery.

[0118] A invenção foi descrita de uma maneira ilustrativa e deve ser entendido que a terminologia que foi usada se destina a estar na natureza de palavras de descrição e não de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Composição para papel à prova d’água, caracterizada pelo fato de que compreende: uma primeira cera derivada de planta com um ponto de fusão acima de 70°C; e uma segunda cera derivada de planta com um ponto de fusão acima de 70°C.

2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida primeira cera derivada de planta é cera de cana-de-açúcar.

3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida primeira cera derivada de planta é cera de farelo de arroz.

4. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que: a referida primeira cera derivada de planta é cera de cana-de-açúcar; e a referida segunda cera derivada de planta é cera de farelo de arroz.

5. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um surfactante.

6. Composição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o referido surfactante é um surfactante alimentar.

7. Composição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o referido surfactante é um surfactante aniônico.

8. Composição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o referido surfactante é estearato de cálcio.

9. Composição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos 99,6% em peso da composição é formado por ceras derivadas de plantas, incluindo pelo menos a referida primeira cera derivada de planta e a referida segunda cera derivada de planta, e um grupo de surfactantes incluindo pelo menos o referido surfactante.

10. Composição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a referida cera de cana-de-açúcar forma pelo menos quatro por cento da composição em volume.

11. Composição de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a referida cera de cana-de-açúcar constitui 4,6% da composição em volume.

12. Composição de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o referido estearato de cálcio forma pelo menos 0,4% da composição em volume.

13. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos uma da referida primeira cera derivada de planta e a referida segunda cera derivada de planta inclui uma cera tendo um álcool de um hidrocarboneto com um comprimento de cadeia de pelo menos dezoito átomos de carbono e não mais do que trinta e dois átomos de carbono.

14. Composição de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a referida cera tendo um álcool de um hidrocarboneto com um comprimento de cadeia de pelo menos dezoito átomos de carbono e não mais do que trinta e dois átomos de carbono formam cerca de setenta por cento do peso de todos os álcoois na referida cera.

15. Pélete para uso em uma máquina de peletização de PET, caracterizado pelo fato de que compreende: um pélete tendo um tamanho com um diâmetro de cinco milímetros; o referido pélete incluindo uma cera derivada de planta com um ponto de fusão acima de 70 °C.

16. Pélete de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o referido pélete inclui uma outra cera derivada de planta com um ponto de fusão acima de 70 °C.

17. Pélete de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o referido pélete inclui um surfactante.

18. Pélete de uma composição para papel à prova d’água, caracterizado pelo fato de ser feito de acordo com um método, que compreende: moer uma primeira cera derivada de planta com um ponto de fusão acima de 70 °C; moer uma segunda cera derivada de planta com um ponto de fusão acima de 70 °C; moer um surfactante; misturar a referida cera de farelo de arroz, a referida cera de cana-de- açúcar e o referido estearato de cálcio em uma mistura após moagem; extrudar a referida mistura; e cortar a referida mistura após extrusão em péletes.

19. Laminado à prova d’água, caracterizado pelo fato de que compreende: um produto à base de celulose tendo uma primeira superfície voltada para um líquido e uma segunda superfície oposta à referida primeira superfície; e uma camada da composição definida na reivindicação 1 para tornar à prova d’água o referido produto à base de celulose, sendo a referida camada disposta sobre a referida primeira superfície.

20. Laminado à prova d’água de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que o referido produto à base de celulose é papel.

21. Copo para conter um líquido quente, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma parede fechada feita de papel, tendo a referida parede uma superfície interna voltada para o líquido quente; um fundo feito de papel, sendo o referido fundo assentado dentro da referida parede e tendo uma superfície de topo para contatar o líquido quente; e uma camada da composição definida na reivindicação 1, a referida camada estando disposta sobre a referida superfície interna e a referida superfície de topo do referido fundo.

22. Cápsula para preparar uma bebida quente, caracterizada pelo fato de que compreende: o copo definido na reivindicação 21; e um filtro sendo conectado à referida parede para criar uma câmara para reter os resíduos dentro do copo acima do referido filtro, o referido filtro sendo permeável aos líquidos e impermeável aos resíduos.

23. Cápsula de acordo com a reivindicação 22, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente um topo configurado para ser perfurado por um injetor, o referido topo cobrindo o referido copo; a referida parede sendo rígida o suficiente para não colapsar quando o injetor perfura o referido topo e um dreno perfura o referido fundo.

24. Canudo para beber bebidas, caracterizado pelo fato de que compreende: um tubo de papel com uma superfície interna; e uma camada da composição definida na reivindicação 1 sendo disposta sobre a referida superfície interna.