CN114901464A - 用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子以及用其密封的胶囊和粉囊包 - Google Patents

用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子以及用其密封的胶囊和粉囊包 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子，其中所述盖子包含天然纤维基载体，所述天然纤维基载体能够通过以下获得：(i)提供第一纤维基底片材，所述第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；(ii)用胶化剂处理所述第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；(iii)提供第二纤维基底片材；(iv)使所述经处理的第一纤维基底片材与所述第二基底片材彼此接触；(v)使所述胶化材料从所述经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到所述第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥。

Description

用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子以及用其密 封的胶囊和粉囊包
技术领域
本发明涉及一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子。本发明的其它方面包括包含本文所述的可堆肥的盖子和饮料粉囊包的饮料胶囊、一种用于形成天然纤维基载体的方法，以及一种含有由此获得的载体的包装材料。
背景技术
饮料胶囊和饮料粉囊包是众所周知的，每天早上，数以百万计的咖啡饮用者在全球范围内产生大量的废物。由于本地回收站通常不接受外包，因此大多数饮料胶囊和饮料粉囊包最终都被填埋了。许多国家已经启动了减少浪费的环保举措，但顾客对一次性饮料包的需求仍然很大。
WO 2017/187024解决了这个问题，它描述了一种用于饮料胶囊的可堆肥盖子。然而，现有技术中建议的方法由于几方面原因仍然不能令人满意。一方面，现有技术提出了一种多层材料，其包含通过粘合剂层彼此连接的至少两层。因此，现有技术材料的制造涉及多个方法步骤。这些步骤消耗能量，并且它们产生废物。此外，粘合剂层通常对热和湿气非常敏感，当盖子在冲泡和咖啡提取过程中暴露于热水时会出现问题。在与热水接触时，根据现有技术的咖啡盖子可能因此分层并分裂成单独的层。一旦发生层离，粘合剂可能部分溶解，从而对饮料产生不希望的感官变化。因此，仍然存在空间来改进目前为止所述材料的机械性质，以及避免与粘合剂相关的感官问题。另一方面，当不同的层由不同的材料制备时，回收多层结构可能很困难。
因此，本发明的目的是提供一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的改进的盖子，以及包含本文所述盖子的咖啡胶囊或咖啡粉囊包。
出于本发明的目的，如本文所用，术语“盖子”旨在具有就胶囊而言的其经典含义。如本文所定义，“盖子”还用于描述饮料粉囊包。具体地，饮料粉囊包可由如本文所定义的典型过滤片材和盖子形成，过滤片材和盖子封装例如咖啡粉。或者，饮料粉囊包也可由本发明的两个盖子形成。因此，表述“用于密封饮料粉囊包的可堆肥盖子”涉及具有典型粉囊包尺寸的饮料包装的制备，并且可以与表述“用于制备饮料粉囊包的可堆肥盖子”同义地使用。
尽管发现本文所述的可堆肥盖子实现了对与现有技术饮料粉囊包和胶囊相关的问题的解决方案，但是发明人进一步发现，与现有技术的食品包装材料相比，包含可根据本文所述的方法获得的可堆肥天然纤维基载体的包装材料，例如食品包裹材料，具有显著的附加价值。
发明内容
因此，在第一方面，本发明涉及一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子，其中盖子包含天然纤维基载体，天然纤维基载体能够通过以下获得：
(i)提供第一纤维基底片材，第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；
(ii)用胶化剂处理第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；
(iii)提供第二纤维基底片材；
(iv)使经处理的第一纤维基底片材与第二基底片材彼此接触；
(v)使胶化材料从经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及
(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥。
已经发现，与现有技术中公开的产品相比，包含能够通过步骤(i)至(vi)获得的天然纤维基载体的可堆肥的盖子具有优越的性能。此外，另一个优点在于，与现有技术方法相比，如本文所述制备天然纤维基载体有助于节省能量并减少废物。
因此，在第二方面，本发明涉及一种用于制备如本文所述的可堆肥的盖子的方法，其中盖子包含天然纤维基载体。该方法包含本文所述的方法步骤。
在第三方面，本发明涉及包含本文所述的可堆肥的盖子的饮料胶囊和饮料粉囊包。
本发明的第四、第五和第六方面分别涉及一种用于制备可堆肥的天然纤维基载体的方法，该方法包含本文所公开的步骤；涉及一种能够由此获得的可堆肥的天然纤维基载体；以及涉及一种包含所述可堆肥的天然纤维基载体的包装材料。
具体实施方式
在第一方面，本发明涉及一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子，其中盖子包含天然纤维基载体，天然纤维基载体能够通过以下获得：
(i)提供第一纤维基底片材，第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；
(ii)用胶化剂处理第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；
(iii)提供第二纤维基底片材；
(iv)使经处理的第一纤维基底片材与第二基底片材彼此接触；
(v)使胶化材料从经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及
(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥。
在本发明的上下文中，以下定义和测试方法适用。
可堆肥性通常根据EN13432标准来定义。术语“可堆肥的盖子”表示这样一种盖子，其包含最多按重量计20％，优选按重量计10％，最优选按重量计5％的不具有确定的生物降解性的成分，从而满足EN13432:2000。当应用于材料或产品时，表述“可堆肥的”是指材料或整个产品将生物降解和崩解。“生物降解”是指化学结构或材料在微生物的作用下分解，而“崩解”是指材料或由其制成的产品在典型的堆肥周期结束时物理上分裂成视觉上无法区分的细小碎片。要被视为一种可堆肥的聚合物材料，聚合物链必须在微生物的作用下断裂，从而以与植物废物的正常堆肥过程相适应的高速率实现完全矿化(即在有氧条件下将材料转化为二氧化碳、水、无机化合物和生物质)。
表述“天然纤维基载体”表示包含天然纤维的载体，天然纤维根据所需性质(密度、透明度、机械性质)或多或少进行精制。同样，术语“天然纤维材料”定义了基于具有天然来源的纤维的材料。根据本发明，表述“对胶化剂敏感的天然纤维材料”定义了当用胶化剂处理时生成胶化材料的材料。例如，天然纤维材料可以包含纤维素，并且胶化剂可以包含硫酸；纤维可以包含壳聚糖，并且胶化剂可以包含乙酸；纤维可以包含尼龙，并且胶化剂可以包含甲酸；纤维可以包含聚乳酸(PLA)，并且胶化剂可以包含PLA溶剂。
根据本发明，在可堆肥的天然纤维基载体的制备中涉及至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材，即至少两个纤维基底片材。因此，本说明书确定了第一基底片材和第二基底片材，但不是将本发明限制为仅仅两个这样的基底片材。因此，在适当的情况下，本说明书将第一片材和第二片材标识为“至少”第一片材/第二片材，并且本说明书还提及“另外的”片材来阐明在本文所述的方法步骤中可以采用附加的纤维基底片材。
至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材可以含有纤维材料的组合。可替代地，至少一个片材可以是含有不同纤维材料的片材。
第一纤维基底片材优选为纤维素纤维基片材。纤维素纤维基片材优选由至少70％纤维素纤维，理想地至少80％，至少90％，或更优选100％纤维素纤维构成。该基底片材具有35至140gsm、优选60至120gsm的基重，和50至200μm的厚度。纤维素基片材有利地是由100％可生物降解的纤维素纤维构成的湿法成网纸材。
尽管不限于此，但优选的是，纤维素纤维基底片材具有足够的孔隙率以允许在羊皮化过程中使用的胶化剂更容易渗透到纤维素纤维基底片材的纤维结构中。片材的孔隙率可以使用Bendtsen孔隙率测试仪测量，该测试仪根据ISO5636-3标准通过迫使空气通过片材并测量流速来计算孔隙率。纤维素纤维基底片材的Bendsten孔隙率的范围为优选1000ml/min至3000ml/min，更优选1500ml/min至2500ml/min，最优选1800ml/min至2200ml/min。
当纤维素纤维基底片材的Bendsten孔隙率低于1000ml/min时，胶化剂可能不能到达纤维素纤维基底片材的纤维结构的芯部，并且连续的纤维素纤维基质可能不能充分形成，可堆肥的纤维素基纸的气体阻挡性能可能降低。另一方面，当纤维素纤维基底片材的Bendsten孔隙率高于3000ml/min时，纤维素纤维基底片材可能没有足够的机械强度来完成羊皮化过程，因为纤维素纤维基底片材可能更容易破裂。
然而，通过在制造基底片材中以及在酸浴中的羊皮化步骤期间调整工艺参数，仍然可以使用孔隙率低于1000ml/min的纤维素纤维基底片材。例如，本领域技术人员将调整方法参数，例如机器速度，以在胶化剂充分迁移到纤维素纤维的纤维结构的芯部与纤维结构过度胶化导致结构完整性损失之间找到平衡。也可以使用降低基重或薄化片材来改善胶化剂的渗透。
在本发明的一个实施例中，第二基底片材和/或另外的基底片材可以是基本上对应于第一基底片材的一个或多个纤维基底片材。在另一个实施例中，第二纤维基底片材(以及任选地，另外的纤维基底片材)可以是不同于第一纤维基底片材的非织造基底片材。
如在本发明中使用的非织造基底片材定义了具有单根纤维结构的材料，这些单根纤维是相互交错的，但不是以像织造或针织织物那样可辨认的方式。非织造材料由许多方法形成，例如熔喷法、纺丝成网法、梳理成网法、气流成网法和水成网法。非织造材料的基重通常以每单位面积的重量表示，例如以克/平方米(gsm/g/m2)或盎司/平方英尺(osf)表示。如本文所用，非织造片材包括湿法成网的纸质片材。
第二纤维基底片材可以是含有可热密封纤维和按重量计30至80％可羊皮化纤维的非织造基底片材。优选地，第二纤维基底片材是完全由可生物降解的纤维构成的非织造基底片材。在将第一基底片材与第二基底片材羊皮化在一起时获得复合结构，将可热密封纤维掺入到第二纤维基底片材中将赋予该复合结构可热密封性质。
在本发明的优选实施例中，至少一个纤维基底片材，理想地至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材，最优选所有在本文所述的可堆肥的盖子或包装材料的制备中涉及的纤维基底片材是湿法成网片材。
如本文所用，术语纤维是指特征在于极高长径比的材料形式。除非另有特别说明，否则术语纤维和长丝可以互换使用以用于本发明的目的。纤维素纤维是基本上由纤维素构成的纤维。纤维素纤维可以来自人造来源(例如，再生纤维素纤维或莱赛尔(lyocell)纤维)或天然来源，例如来自木本和非木本植物的纤维素纤维或纤维素纸浆。木本植物包括例如落叶树和针叶树。非木本植物包括例如棉花、亚麻、芦苇草、洋麻、剑麻、蕉麻、马利筋、稻草、黄麻、大麻和甘蔗渣。纤维素材料是基本上由纤维素构成的材料。该材料可以是纤维或薄膜。纤维素材料来自人造来源(例如，再生纤维素薄膜和纤维)或天然来源，例如来自木本和非木本植物的纤维或纸浆。再生纤维素定义了通过化学处理天然纤维素以形成可溶性化学衍生物或中间体化合物并随后分解该衍生物以再生纤维素而获得的人造纤维素。再生纤维素包括人造丝和玻璃纸薄膜。再生纤维素方法包括粘胶方法、铜铵方法和醋酸纤维素的皂化。
如上所述，本发明的第一方面涉及一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子，其中盖子包含能够通过步骤(i)至(vi)获得的天然纤维基载体。因此，本发明的该方面包括如本文所述的可堆肥的盖子和/或天然纤维基载体在咖啡胶囊或咖啡粉囊包中的用途。
因此，可通过本发明的步骤(i)至(vi)获得的天然纤维基载体可以通过提供包含对胶化剂敏感的天然纤维材料的第一纤维基底片材来制备。然后用胶化剂处理该片材，得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材(步骤ii)。然后，将该经处理的第一纤维基底片材与步骤(iii)中提供的第二纤维基底片材接触/集合在一起(步骤iv)，以允许胶化材料从经处理的第一纤维基底片材迁移到第二纤维基底片材中(步骤(v))，从而得到多层产品。如果在本文所述的可堆肥的天然纤维基载体的制备中涉及另外的纤维基底片材，则这种另外的纤维基底片材可以在步骤(iv)中或在随后的步骤中与另一个纤维基底片材(即与至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材)接触/集合在一起。在步骤(v)中获得的多层产品也可以认为是天然纤维基载体的前体材料。然后，将前体材料洗涤、中和并干燥，得到天然纤维基载体。
本发明的一个重要方面在于发现用胶化剂处理第一纤维基底片材不仅导致凝胶的形成，而且该凝胶还可用于将第一纤维基底片材与第二层，即与至少第二纤维基底片材或甚至附加的纤维基底片材结合。
本发明的另一个关键方面是发现含有本文所述的天然纤维基载体的可堆肥的盖子特别适用于咖啡胶囊或咖啡粉囊包以及食品包装材料。
特别地，发现本发明的可堆肥的盖子不仅满足机械要求，而且因此有助于避免粘合剂层的问题。但是还发现本文所述的可堆肥的盖子材料具有几乎完美的氧气和水蒸气透过率。
通过首先至少在经处理的第一纤维基底片材中提供这样的凝胶材料，随后使该经处理的基底片材与第二层(即第二纤维基底片材)接触并允许胶化材料从第一纤维基底片材迁移到第二纤维基底片材中，由此可以生成多层产品，多层产品具有独特的性质，特别有利于制备用于饮料胶囊或粉囊包以及食品包装材料的可堆肥的盖子。如果涉及另外的(即，第三，第四……)层(纤维基底片材)，则可以以类似方式通过存在于相邻层之间的附加界面实现胶化材料迁移到相邻层中。
不希望受任何特定理论的束缚，发明人相信在洗涤、中和和干燥步骤之前，即早于洗涤、中和和干燥步骤，凝胶材料从至少第一纤维基底片材迁移到第二纤维基底片中能够实现紧密接触，使得第一纤维基底片材和第二纤维基底片材有效地相互连接。因此，在步骤(v)中获得的多层产品也可以被认为是复合层。在本发明的优选实施例中，该复合层在第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的接触区域中具有相对高浓度的胶化材料。优选地，存在于第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的接触区域(或与例如第二纤维基底片材接触的另外的纤维基底片材的接触区域)中的胶化材料的量为，按存在于该特定接触区域中的材料的总重量计，按重量计15％至50％，例如按重量计20％至40％。
在本发明第一方面的另一优选实施例中，天然纤维材料包含纤维素和壳聚糖中的至少一种。理想地，胶化剂包含酸，优选硫酸、乙酸和甲酸中的一种或多种。
在又一实施例中，天然纤维材料优选包含选自木浆纤维、非木本植物纤维和再生纤维素纤维的纤维素纤维。
根据对胶化剂敏感的天然纤维材料的具体类型，在干燥产品之前对步骤(v)中获得的多层产品进行中和和/或洗涤步骤。因此，步骤(vi)可以包含在干燥由此获得的产品之前的洗涤和中和步骤。
在特别优选的实施例中，在步骤(iii)中提供的第二纤维基底片材包含天然纤维材料。
在又一优选的实施例中，步骤(iii)中提供的第二纤维基底片材是包含胶化材料的经处理的第二纤维基底片材。特别优选地，在步骤(ii)中同时处理第一纤维基底片材和第二纤维基底片材以及可能的另外的纤维基底片材。
当用胶化剂处理第一纤维基底片材和第二纤维基底片材/另外的纤维基底片材，以获得经处理的第一纤维基底片材和第二纤维基底片材/另外的纤维基底片材时，可以允许胶化材料不仅从经处理的第一纤维基底片材迁移到经处理的第二纤维基底片材中，而且从第二纤维基底片材迁移到第一纤维基底片材中。同样地，如果涉及另外的基底片材，迁移也可以通过可能存在于其间的另外的接触区域发生，例如，第二纤维基底片材和第三纤维基底片材。不希望受理论束缚，相信凝胶材料的这种额外迁移能够特别牢固地组合纤维基底片材。换句话说，当与涉及粘合剂层的现有技术方案相比时，第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的接触区域的机械强度显著提高。
理想地，用胶化剂处理单个基底片材是通过使基底片材，例如第一基底片材通过胶化剂来进行的。
因此，在本发明的天然纤维基载体中，在步骤(i)和(iii)中提供的至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材自身以增强复合片材的形式存在，其中对胶化剂敏感的天然纤维/天然纤维材料导致凝胶(在本文中也称为“胶化材料”)的形成，凝胶从经处理的纤维基底片材迁移到相邻的纤维基底片材中。在干燥和/或中和/洗涤由此获得的产品时，从一个片材迁移到另一个片材的凝胶沉淀，使得至少第一层和第二层借助于沉淀的材料粘结在一起。
根据本发明的第二方面，公开了一种用于形成天然纤维基载体的方法，其包括以下步骤：(i)提供第一纤维基底片材，第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；(ii)用胶化剂处理第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；以及(iii)提供第二纤维基底片材，其可以是经处理的或未经处理的。
在第二纤维基底片材包含天然纤维材料的情况下，特别优选的是，在步骤(iii)中提供的第二纤维基底片材是包含胶化材料的经处理的第二纤维基底片材。理想地，第二非织造基底片材因此也是对胶化剂敏感的材料。当第一纤维基底片材和第二纤维基底片材均包含对胶化剂敏感的天然纤维材料时，将至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材中的至少一个或至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材全部浸入胶化剂中，以使对胶化剂敏感的天然纤维材料至少部分胶化，从而产生包含胶化材料的经处理的纤维基底片材，可能是实用的。在非常实用的方法中，然后可以将经处理的纤维基底片材彼此叠置，例如，可以将经处理的第一纤维基底片材覆盖到第二纤维基底片材上，以形成复合的经处理材料，其中使一层(例如第一层)的胶化材料至少部分地迁移到其相邻的(例如，第二)纤维基底片材层中。随后，可例如通过在干燥由此获得的产品之前使复合的经处理材料经受中和和/或洗涤步骤而使胶化材料沉淀，以形成形成本发明天然纤维基载体的复合增强材料。
至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材可以由一种或多种类型的纤维材料构成，包括至少一种对胶化剂具有合适敏感性的纤维材料。例如，敏感纤维可以包含纤维素，胶化剂可以包含硫酸；敏感纤维可包含壳聚糖，胶化剂可以包含乙酸；敏感纤维可以包含尼龙，胶化剂可以包含甲酸；敏感纤维可以包含聚乳酸(PLA)，胶化剂可以包含PLA溶剂。基底片材也可以由纤维材料的组合构成。
在本发明的一个变型中，天然纤维基载体可被认为是增强的羊皮纸。羊皮纸通常通过首先用胶化剂处理包含非纤维素纤维和纤维素纤维的纤维基底片材；然后将经处理的基底片材中的部分溶解的纤维素纤维重新排列到片材中和片材的表面上；并且最后沉淀溶解的纤维素纤维以形成羊皮纸来制备，而发明人观察到如本文公开的第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的组合能够制备特别有用的载体材料，该载体材料可以用作用于密封饮料胶囊或制备粉囊包的可堆肥的盖子。
因此，在优选实施例中，本发明的可堆肥的盖子涉及改性羊皮纸化(下文也称为改性羊皮化)方法，其中天然纤维基载体是通过在限制胶化剂与纤维素之间的反应时间以控制纤维素溶解、水解和降解的条件下用包含例如硫酸的胶化剂处理纤维素纸质片材来制备的。
在将经处理的纸材与第二(另外的)纤维基底片材接触并允许胶化材料从经处理的第一纤维基底片材迁移到第二纤维基底片材(或从第二个纤维基底片材迁移到相邻的“另外的”纤维基底片材)之后，可以对由此获得的多层产品进行压延处理。尽管这种方法通常通过在相对表面之间挤压纤维材料而使其表面平滑，但是这种压延步骤也有助于胶化材料从第一纤维基底片材迁移到第二纤维基底片材中。相对的表面包括平板、辊、具有突起的辊，及它们的组合。可以加热相对表面中的一个或两个。
虽然这种压延方法在本领域中是已知的，但是如本发明的步骤(iv)中描述的，它是一种合适的措施以引起胶化材料从经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到第二纤维基底片材中。
一旦胶化材料已经发生了迁移，多层产品可以被中和或洗涤或两者以除去过量的胶化剂。在典型的方法中，以浴的形式提供胶化剂以化学溶解部分天然纤维材料，例如使纤维素胶化。由于溶解的纤维素在通过洗涤经处理的纸材来稀释用于浴的化学品时沉淀，本发明的可堆肥的盖子可以在改性羊皮纸化或羊皮化方法中获得。本发明的一个重要方面是使经处理的第一纤维基底片材与第二纤维基底片材接触，以在胶化材料的沉淀进行到完成之前允许胶化材料从一个片材迁移到另一片材，如本文所述。
就非纤维素纤维可存在于本文所述的可堆肥的天然纤维基载体中而言，这些纤维可衍生自多种材料，例如玻璃、碳、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸乙二醇酯聚合物与类似或改性化学品的混合物(例如，CHDM(1,4-环己烷二甲醇)改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯)、聚乳酸(PLA)、其它聚酯如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚酰胺、任何这些聚合物的共聚物、任何这些聚合物的混合物、壳聚糖。非纤维素纤维有利地由热塑性聚合物材料构成，特别有利地由聚丙烯或聚对苯二甲酸乙二醇酯构成。非纤维素纤维可以任选地含有一种或多种独立选择的加工添加剂，包括例如着色颜料、不透明颜料、功能添加剂如亲水剂、抗静电剂，及它们的混合物。非纤维素纤维的纤维直径为约5μm至约50μm，优选约10μm至约30μm。这些纤维的形状通常是圆形的，尽管它们可以是便于生产用于预期最终用途的任何形状，例如圆形、三叶形、三角形、狗骨形、扁平的或中空的。切断纤维的长度小于100mm，有利地小于50mm，并且根据用途通常在约4mm至约25mm的范围内。就非纤维素纤维存在于本文所述的可堆肥的天然纤维基载体中而言，在EN13432的意义上，不具有确定的生物降解性的任何组分的量被限制为按重量计20％，优选按重量计10％，最优选按重量计5％。
在本发明的一个变体中，可将短纤维长度的热塑性纤维和纤维素纤维混合，并由该混合物形成纤维基底片材，例如通过将纤维的稀释分散体沉积在筛网或丝网上的已知湿法造纸方法。除了热塑性纤维和纤维素纤维之外，还可以使用包含其它材料的纤维，例如人造丝。有利地，所得基底片材中至少40％的纤维是纤维素纤维。
在本发明的优选实施例中，第一纤维基底片材中至少40％，优选至少50％，特别优选至少60％，甚至更优选至少80％的纤维是纤维素纤维。
通常，基底片材将不包括粘合剂和其它添加剂。然而，可以使用添加剂来实现特定的期望结果。例如，可加入热固性树脂如KYMENE(购自美国特拉华州威尔明顿的Hercules公司(Hercules Incorporated of Wilmington,Delaware,USA))以改变基底片材中的纤维对后续加工操作例如胶化的反应性，或者湿强度剂可以有利地为湿的基底片材提供强度以耐受后续操作而不断裂，或者可加入填料如TiO2以改变基底片材的不透明性。
所获得的基底片材的基重(克重；单位g/m2＝gsm)可根据纤维和/或长丝构造以及预期的最终用途来选择。在一些有利的实施例中，干燥的基底片材的基重为约20gsm至约180gsm，更有利地为约30gsm至约100gsm，并且优选为约35gsm至约70gsm。
在预定的时间和温度条件下，可以通过使基底片材通过含有胶化剂的浴，来用胶化剂处理基底片材。本领域技术人员来容易确定用胶化剂处理基底片材的合适条件。
在正常条件下，胶化剂是无机酸，有利地为硫酸，在水溶液中的浓度为按重量计约55％至85％，有利地为按重量计约55％至约75％。处理持续时间通常为约5秒至约30秒，并且有利地为约10秒至25约20秒。用作胶化剂的硫酸的温度通常为约-10℃至约25℃，并且有利地约-5℃至约15℃。胶化剂用于部分溶解或胶化接触该试剂的纤维素纤维部分。通常，经处理的基底片材中不超过约30％的纤维素被胶化剂溶解。
当经处理的基底片材被传送进入、通过和离开浴时，它会在材料处理辊的上方和下方通过。经处理的基底片材在辊的上方通过有助于将胶化纤维素涂抹或散布在片材表面上和片材的其它纤维之间。
根据本发明的关键方面，在步骤(iv)中使包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材与第二纤维基底片材接触。根据步骤(iv)的需要，使所述至少两个基底片材接触可以例如在压延辊之间进行。这样的压延辊具有另外的优点，即它们将使胶化材料从经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到第二纤维基底片材中，以得到步骤(v)的多层产品。然后，当胶化剂在洗涤过程中或在干燥步骤中被稀释时，胶化材料可以沉淀。
根据本发明获得的天然纤维基载体将典型地具有由至少第一纤维基底片材和第二纤维基底片材和沉淀的胶化材料例如沉淀的纤维素在两个纤维基底片材的接触区域中(即在第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的接触区域中)产生的层状结构。
第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的内部以及它们的基本上背离接触区域的外部区域可以保留大部分的原始纤维结构，但是来自更靠近接触区域的第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的纤维将被例如无定形沉淀纤维素部分或完全覆盖。也就是说，胶化材料(例如沉淀纤维素)将在第一基底片材和第二基底片材的接触区域中部分地包围和粘结第一纤维基底片材和第二纤维基底片材的至少一些纤维，其中该接触区域在步骤(iv)中形成。
在本发明的第三方面，上述可堆肥的盖子用于密封咖啡胶囊或制备咖啡粉囊包。因此，本发明还涉及包括本文所述的盖子的咖啡胶囊和咖啡粉囊包。本发明的第四、第五和第六方面涉及一种用于制备可堆肥的天然纤维基载体的方法，该方法包含本文公开的步骤；涉及一种能够由此获得的可堆肥的天然纤维基载体；以及涉及包含所述可堆肥的天然纤维基载体的包装材料。
已经发现，本文所述的可堆肥的盖子和可堆肥的天然纤维基载体以及食品包装材料的一个特别优点在于有益的机械性能以及对氧气和水分的阻隔性能。
理想地，当根据ASTM D 3895和ASTM F 1927在23℃和50％相对湿度下在1.013巴的大气压下测定时，本文所述的可堆肥的盖子的氧气透过率为小于10cm3/m2/天，优选小于2cm3/m2/天，更优选小于1cm3/m2/天或甚至小于0.5cm3/m2/天。
在另一优选实施例中，当在23℃和50％相对湿度下测定时，根据本发明的可堆肥的盖子、可堆肥的天然纤维基载体和/或食品包装材料的水蒸气透过率小于10g/m2/天，优选小于5g/m2/天。水蒸气渗透可以通过一个或多个另外的涂层，包括例如聚乙烯醇层来调节。
在本发明的另一实施例中，可堆肥的盖子、可堆肥的天然纤维基载体和/或食品包装材料的基重为60至200g/m2，优选90至140g/m2，并且限定了每单位面积的质量。理想地，根据ISO 534测量，将厚度调整为70至250μm，优选90至150μm。
根据本发明的另外的实施例，可堆肥的盖子、可堆肥的天然纤维基载体和/或食品包装材料的特征还在于，它具有根据ISO 3689测量的湿破裂强度和根据ISO 2758测量的干破裂强度，并且其中湿破裂强度与干破裂强度的比率超过40％，优选大于50％。
在本发明的一些优选实施例中，可堆肥的盖子、可堆肥的天然纤维基载体和/或食品包装材料的特征还在于，盖子能够根据EN 13432标准堆肥。在一些实施例中，可堆肥的盖子、可堆肥的天然纤维基载体和/或食品包装材料还满足更严格的家庭可堆肥性标准。在另一优选实施例中，可堆肥的盖子、可堆肥的天然纤维基载体和/或食品包装材料是天然油脂屏障，如根据TAPPI T454所测量的，其具有超过1800的松节油测试渗透性。还优选地，可堆肥的盖子、可堆肥的天然纤维基载体和/或食品包装材料满足根据标准BfR 36.1或FDA21CFR§176-170和176-180的食品接触批准。
根据另一个优选实施例，可堆肥的盖子包含可热密封纤维，其可以有利地允许盖子被密封到饮料胶囊或饮料粉囊包上或允许两个盖子结合在一起以形成饮料粉囊包。可热密封纤维选自由以下组成的组：PLA(聚乳酸)、聚丙交酯、PHA(聚羟基链烷酸酯)、PHB(聚(羟基丁酸酯))、PHB(V)(聚(羟基丁酸酯-共-羟基戊酸酯))、PBS(聚(丁二酸丁二醇酯))、生物聚酯、衍生物(例如共聚物)和/或它们的共混物或混合物。例如，术语“PLA”可表示聚乳酸、其衍生物(包括L和D型或共聚物)或其混合物。
实例
以下工作实例是通过在同时步骤中对两个或更多个纤维网进行羊皮化制成的。羊皮化是通过在限制胶化剂与可羊皮化纤维之间的反应时间以控制溶解、水解和降解的条件下用胶化剂处理纤维网来进行的。然后，将经处理的纤维网彻底洗涤以除去胶化剂，之后将其干燥以形成复合材料。用于浴的化学品部分溶解或胶化纸质片材中的可羊皮化纤维。然后，当通过洗涤经处理的纸材来稀释用于浴的化学品时，溶解的可羊皮化纤维作为水泥或凝胶沉淀。
为了通过羊皮化实现这种层压，每个纤维网应含有足够的可羊皮化纤维。在实例中使用的胶化剂是硫酸，溶解的纤维是纤维素。所得产品在羊皮化之后是由纤维素纤维、可热密封纤维和凝胶构成的复合结构。与现有技术的咖啡盖子不同，该复合材料不能分成单独的层。
图1所示的示意性方法示出了两个单独的层((1)，(2))/基材((1)，(2))/纤维网((1)，(2))如何在工业羊皮化机上同时羊皮化。在该方法中，首先将两个层/基材/纤维网引入酸浴中，然后使它们彼此接触，然后经历中和、洗涤和干燥步骤(图1中从左到右)。
工作实例已经在以下描述的实验室方法中进行。
实例1：
第一纤维基材是Bendtsen孔隙率为2000ml/min的纤维素基湿法成网水叶。第一纤维基材的基重为60gsm。该层由100％漂白的纤维素纤维制成。在这种情况下，使用来自桉树的木纤维。
第二纤维基材是湿法成网纸材(商品级CD12116F，由Ahlstrom-Munksjo生产)，其基重为16gsm，含有30％可生物降解且可热密封的PLA纤维和70％纤维素纤维。纤维素纤维是含有软木和一年生纤维的混合物。
水叶在酸浴中与含有PLA纤维的湿法成网纸材同时展开，并在酸浴出口处通过压制结合在一起。然后用水洗涤所得层压体以除去过量的酸。
所得的共羊皮化载体含有～5重量％PLA纤维，因此该产品满足工业和家庭可堆肥性标准。产品的氧气透过率为0.53cc/m2/天。
实例2：
为了进一步改善氧气阻隔性质，也可以将2种以上的纤维网共聚。在实例2中，将三个纤维基底共样品化；这在材料内产生额外的界面，导致氧气通过材料的路径更曲折/复杂(即导致更低的氧气透过率)。
用于制备实例2的三种纤维基材为：
-第一纤维基材：35gsm由100％纤维素纤维制成的湿法成网水叶
-第二纤维基材：45gsm由100％纤维素纤维制成的湿法成网水叶
-第三纤维基材：16gsm湿法成网纸材(商品级CD12116F，由Ahlstrom-Munksjo生产)，包含30％PLA纤维和70％纤维素纤维
两种水叶在酸浴中与含有PLA纤维的湿法成网纸材同时展开，并所有三者在酸浴出口处通过压制结合在一起。然后用水洗涤所得层压体以除去过量的酸。
所得的共羊皮化载体含有<5重量％PLA纤维，因此该产品满足工业和家庭可堆肥性标准。产品的氧气透过率为1.63cc/m2/天。
实例3：
在该实例中，两种相同的第一纤维质基材和第二纤维质基材被共羊皮化。两种基材都是纤维素基湿法成网水叶，基重为35gsm，Bendtsen孔隙率为400ml/min。该层由纤维素纤维制成。在这种情况下，使用来自桉树的木纤维。
2种水叶在酸浴中展开，并在酸浴的出口处通过压制结合在一起。类似地，然后用水洗涤所得层压材料以除去过量的酸。所得产品的氧气透过率非常低，为0.04cc/m2/天，基重为85gsm。
比较实例：
根据WO 2017/187024制备的载体作为比较实例进行测试。该载体由2个纤维层制成，并且使用适于与食物接触的粘合剂将这两层连接在一起。载体的第一层是由PLA纤维制成的18gsm纺粘纤维。第二层是由Ahlstrom-Munksjo生产的克重为70gsm的植物羊皮纸层。使用约4gsm的丙烯酸粘合剂。比较实例的氧气透过率较低，为1.4cc/m2/天。
由于使用丙烯酸胶，与工作实例不同，对比实例不是100％可生物降解的。工作实例有利地是可堆肥的并且还提供氧气阻隔性质，而不需要额外的化学品。
实例1、实例2和比较实例用作专业胶囊上的可堆肥的盖子。对这些胶囊进行冲泡意式浓缩咖啡的测试。比较实例的盖子在冲泡过程中在与水分接触时分层(如图2A中所示)，而实例1和实例2保持完整(参见图2B，示出了实例1的共羊皮化盖子在冲泡时不分层)。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子，其中所述盖子包含天然纤维基载体，所述天然纤维基载体能够通过以下获得：
(i)提供第一纤维基底片材，所述第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；
(ii)用胶化剂处理所述第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；
(iii)提供第二纤维基底片材；
(iv)使所述经处理的第一纤维基底片材与所述第二基底片材彼此接触；
(v)使所述胶化材料从所述经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到所述第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及
(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥；
其中，所述盖子的不具有确定的生物降解性的成分的量被限制为最多按重量计20％，优选按重量计10％，并且最优选按重量计5％。
2.一种用于制备用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子的方法，其中所述盖子包含天然纤维基载体，所述方法包含以下步骤：
(i)提供第一纤维基底片材，所述第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；
(ii)用胶化剂处理所述第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；
(iii)提供第二纤维基底片材；
(iv)使所述经处理的第一纤维基底片材与所述第二基底片材彼此接触；
(v)使所述胶化材料从所述经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到所述第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及
(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥；
其中，所述载体的不具有确定的生物降解性的成分的量被限制为最多按重量计20％，优选按重量计10％，并且最优选按重量计5％。
3.一种用于制备可堆肥的包装材料的方法，其中所述包装材料包含天然纤维基载体，所述方法包含以下步骤：
(i)提供第一纤维基底片材，所述第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；
(ii)用胶化剂处理所述第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；
(iii)提供第二纤维基底片材；
(iv)使所述经处理的第一纤维基底片材与所述第二基底片材彼此接触；
(v)使所述胶化材料从所述经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到所述第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及
(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥；
其中，所述载体的不具有确定的生物降解性的成分的量被限制为最多按重量计20％，优选按重量计10％，并且最优选按重量计5％。
4.一种能够根据权利要求3所述获得的包装材料。
5.根据权利要求1或4所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述天然纤维材料包含纤维素和壳聚糖中的至少一种。
6.根据权利要求1、4或5中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述胶化剂包含酸，优选硫酸、乙酸和甲酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1或4至6中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述天然纤维材料包含选自木浆纤维、非木本植物纤维和再生纤维素纤维的纤维素纤维。
8.根据权利要求1或4至7中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中用胶化剂处理所述第一基底片材的步骤(ii)是通过使所述第一基底片材通过所述胶化剂来进行的。
9.根据权利要求1或4至8中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中在步骤(iii)中提供的所述第二纤维基底片材包含天然纤维材料。
10.根据权利要求1或4至9中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中在步骤(iii)中提供的所述第二纤维基底片材是包含胶化材料的经处理的第二纤维基底片材。
11.根据权利要求10所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中在步骤(ii)中同时处理所述第一纤维基底片材和所述第二纤维基底片材。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中步骤(v)涉及使所述经处理的第二纤维基底片材的所述胶化材料至少部分迁移到所述第一纤维基底片材中。
13.根据权利要求1或4至12中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述饮料胶囊或饮料粉囊包是咖啡胶囊或咖啡粉囊包，且/或其中所述包装材料是食品包裹材料。
14.根据权利要求1或4至13中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述盖子或包装材料还包含位于所述天然纤维基载体的一侧或两侧上的涂层。
15.根据权利要求1或4至14中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，当在23℃和50％相对湿度下测定时，所述可堆肥的盖子或包装材料的氧气透过率小于10cm3/m2/天，优选小于2cm3/m2/天。
16.根据权利要求1或4至15中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，当在23℃和50％相对湿度下测定时，所述可堆肥的盖子或包装材料的水蒸气透过率小于10g/m2/天，优选小于5g/m2/天。
17.一种咖啡胶囊或咖啡粉囊包，其包含根据权利要求1或4至16中任一项所述的可堆肥的盖子。

Claims (17)

1.一种用于密封饮料胶囊或饮料粉囊包的可堆肥的盖子，其中所述盖子包含天然纤维基载体，所述天然纤维基载体能够通过以下获得：
(i)提供第一纤维基底片材，所述第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；
(ii)用胶化剂处理所述第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；
(iii)提供第二纤维基底片材；
(iv)使所述经处理的第一纤维基底片材与所述第二基底片材彼此接触；
(v)使所述胶化材料从所述经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到所述第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及
(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥；
其中，所述盖子的不具有确定的生物降解性的成分的量被限制为最多按重量计20％，优选按重量计10％，并且最优选按重量计5％。
2.一种用于制备可堆肥的天然纤维基载体的方法，所述方法包含以下步骤：
(i)提供第一纤维基底片材，所述第一纤维基底片材包含对胶化剂敏感的天然纤维材料；
(ii)用胶化剂处理所述第一基底片材，以得到包含胶化材料的经处理的第一纤维基底片材；
(iii)提供第二纤维基底片材；
(iv)使所述经处理的第一纤维基底片材与所述第二基底片材彼此接触；
(v)使所述胶化材料从所述经处理的第一纤维基底片材至少部分迁移到所述第二纤维基底片材中，以得到多层产品；以及
(vi)中和和/或洗涤由此获得的产品，然后将其干燥；
其中，所述载体的不具有确定的生物降解性的成分的量被限制为最多按重量计20％，优选按重量计10％，并且最优选按重量计5％。
3.一种能够根据权利要求2所述获得的可堆肥的天然纤维基载体。
4.一种包装材料，其包含根据权利要求3所述的可堆肥的天然纤维基载体。
5.根据权利要求1或4所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述天然纤维材料包含纤维素和壳聚糖中的至少一种。
6.根据权利要求1、4或5中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述胶化剂包含酸，优选硫酸、乙酸和甲酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1或4至6中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述天然纤维材料包含选自木浆纤维、非木本植物纤维和再生纤维素纤维的纤维素纤维。
8.根据权利要求1或4至7中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中用胶化剂处理所述第一基底片材的步骤(ii)是通过使所述第一基底片材通过所述胶化剂来进行的。
9.根据权利要求1或4至8中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中在步骤(iii)中提供的所述第二纤维基底片材包含天然纤维材料。
10.根据权利要求1或4至9中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中在步骤(iii)中提供的所述第二纤维基底片材是包含胶化材料的经处理的第二纤维基底片材。
11.根据权利要求10所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中在步骤(ii)中同时处理所述第一纤维基底片材和所述第二纤维基底片材。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中步骤(v)涉及使所述经处理的第二纤维基底片材的所述胶化材料至少部分迁移到所述第一纤维基底片材中。
13.根据权利要求1或4至12中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述饮料胶囊或饮料粉囊包是咖啡胶囊或咖啡粉囊包，且/或其中所述包装材料是食品包裹材料。
14.根据权利要求1或4至13中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，其中所述盖子或包装材料还包含位于所述天然纤维基载体的一侧或两侧上的涂层。
15.根据权利要求1或4至14中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，当在23℃和50％相对湿度下测定时，所述可堆肥的盖子或包装材料的氧气透过率小于10cm3/m2/天，优选小于2cm3/m2/天。
16.根据权利要求1或4至15中任一项所述的可堆肥的盖子或包装材料，当在23℃和50％相对湿度下测定时，所述可堆肥的盖子或包装材料的水蒸气透过率小于10g/m2/天，优选小于5g/m2/天。
17.一种咖啡胶囊或咖啡粉囊包，其包含根据权利要求1或4至16中任一项所述的可堆肥的盖子。
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