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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Portionskapsel zur Aufnahme eines für die Zubereitung eines Getränks vorgesehenen Extraktionsguts, wie zum Beispiel gemahlenen Röstkaffees, mit einer Kapselwand, die aus mehreren Materialschichten aufgebaut ist, von denen wenigstens eine ein Kunststoffmaterial, wie z.B. Polypropylen, aufweist.
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Eine derartige Portionskapsel ist grundsätzlich bekannt. Die Kapselwand bildet üblicherweise einen leicht konischen Kapselbecher, welcher durch ein Tiefziehverfahren aus einer Folie hergestellt wird. Dieser Kapselbecher wird typischerweise mit dem Extraktionsgut, z.B. dem gemahlenen Röstkaffee, gefüllt und anschließend mit einem Deckel verschlossen. Zum Befestigen des Deckels weist der Kapselbecher einen umlaufenden Kragen auf, auf den der Deckel beispielsweise in einem Thermosiegelverfahren aufgebracht werden kann. Üblicherweise bestehen die Deckel aus einem Verbundmaterial mit Kunststoffschichten und einer Aluminiumschicht.
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Portionskapseln zur Zubereitung von Getränken, wie zum Beispiel Kaffee, werden nach der Verwendung vom Verwender entsorgt. In Anbetracht der zunehmenden Beliebtheit der Zubereitung von Getränken unter Verwendung von Portionskapseln besteht ein gesteigerter Bedarf dafür, die Portionskapseln möglichst vollständig zu recyceln. Bekannte Portionskapseln der eingangs genannten Art werden von Abfallsortieranlagen in der Regel jedoch nicht als Kunststoff, und erst recht nicht als Polypropylen erkannt, und daher auch nicht dem stofflichen Recycling zugeführt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung eine ein Kunststoffmaterial aufweisende Portionskapsel zu schaffen, welche sich in einer Abfallsortieranlage entsprechend des hauptsächlich verwendeten Materials korrekt als klassifizieren lässt, beispielsweise als Polypropylen (PP) oder gemischter Polyolefin-Artikel (MPO).
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Portionskapsel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass die Kapselwand im Wesentlichen rußpartikelfrei ist und mindestens eine im Wesentlichen weiße Schicht umfasst.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Rußpartikel, die üblicherweise zur Dunkelfärbung der Kapselwände herkömmlicher Portionskapseln eingesetzt werden, Infrarotlicht absorbieren, welches in Abfallsortieranlagen verwendet wird, um Kunststoffe zu detektieren und zu klassifizieren. Aufgrund der Absorption des Infrarotlichts durch die Rußpartikel wird eine Reflektion des Infrarotlichts und somit eine korrekte Klassifizierung der Portionskapseln als Kunststoff oder z.B. als PP gestört und teilweise sogar verhindert. Dies führt zu einem ungünstigen Signal-Rausch-Verhältnis.
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Dadurch, dass die erfindungsgemäße Kapselwand im Wesentlichen rußpartikelfrei ist und mindestens eine im Wesentlichen weiße Schicht umfasst, wird auf die Kapselwand auftreffendes Infrarotlicht in einer Weise reflektiert oder gestreut, die ausreicht, um eine ein Kunststoffmaterial aufweisende Portionskapsel in einer Abfallsortieranlage zuverlässig zu detektieren und korrekt als Kunststoff zu klassifizieren. Überraschenderweise ist dies selbst dann der Fall wenn die Kapselwand, insbesondere an ihrer Außenseite, zusätzlich zu der im Wesentlichen weißen Schicht auch eine farbige Schicht umfasst, die mittels von Pigmenten, die jedoch kein Ruß enthalten, eingefärbt ist. Somit erlaubt die Erfindung eine Herstellung von Portionskapseln mit unterschiedlich farbigem Äußerem, wobei auch die Verwendung dunkler Farben einer korrekten Klassifizierung grundsätzlich nicht im Wege steht.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen.
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Vorzugsweise reflektiert die im Wesentlichen weiße Schicht Infrarotlicht in einem Wellenlängenbereich von 900 nm bis 1900 nm, wie es typischerweise in Sortieranlagen verwendet wird, und absorbiert nur einen geringen Anteil der einfallenden Strahlung in diesem Wellenlängenbereich.
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Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der weißen Schicht um eine innere Schicht. Eine solche weiße Schicht kann, insbesondere wenn sie aus einem Kunststoffmaterial, wie z.B. Polypropylen, gebildet ist, ein Weißpigment in geeigneter Menge enthalten.
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Da die Lichtstreuung mit zunehmender Differenz zwischen den Brechungsindizes des Weißpigments und des Kunststoffmaterials der im Wesentlichen weißen Schicht zunimmt, ist es vorteilhaft, wenn der Brechungsindex des Weißpigments möglichst hoch ist und insbesondere größer als der eines Kunststoffmaterials, insbesondere einer Polymermatrix, der im Wesentlichen weißen Schicht. Der Brechungsindex des Weißpigments beträgt vorteilhafterweise mindestens 1,8, bevorzugt mindestens 2,0 und ganz besonders bevorzugt mindestens 2,5. Aufgrund dieses erhöhten Brechungsindexes des Weißpigments ist eine bessere Erkennung der Portionskapsel als Kunststoff einer bestimmten Klasse, z.B. PP, in einer Abfallsortieranlage möglich. Ein besonders geeignetes Weißpigment ist beispielsweise ein Titandioxid-Pigment, weil es einen höheren Brechungsindex als andere Weisspigmente aufweist.
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Als innere Schicht der Kapselwand wird hier diejenige Schicht bezeichnet, welche in Kontakt mit dem Extraktionsgut steht, d.h. also den Innenraum des Kapselbechers der Portionskapsel begrenzt. Umgekehrt ist die äußere Schicht der Kapselwand diejenige Schicht, welche die Außenseite der Kapselwand bildet.
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Die äußere Schicht der Kapselwand ist bevorzugt eingefärbt. Hierdurch lässt sich die Produktgruppe (z.B. Espresso, Cafe Creme oder Filtercafe) der Portionskapsel leicht anhand der Farbe der Portionskapsel erkennen. Zum Einfärben der äußeren Schicht wird dieser ein rußfreies Farbpigment oder eine Mischung von Pigmenten in einer Menge zugegeben, welche notwendig ist, um eine gewünschte Färbung der Schicht zu erhalten.
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Das Kunststoffmaterial kann aus der Gruppe, bestehend aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polymilchsäure (PLA) und Polyethylenterephthalat (PET) ausgewählt sein. Unter dem Gesichtspunkt einer umweltfreundlichen Herstellung der Portionskapsel ist die Verwendung von Polyethylen, Polypropylen und Polymilchsäure bevorzugt, da diese Kunststoffe auch als sogenannte Bioplastics zur Verfügung stehen, d.h. diese Kunststoffe können aus erneuerbaren Rohstoffen erzeugt werden und/oder sind biologisch abbaubar.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die innere und/oder die äußere Schicht der Kapselwand der Portionskapsel Polypropylen aufweist. Polypropylen ist insbesondere für die innere Schicht bevorzugt, da es sowohl lebensmittelecht als auch in der Herstellung günstig ist.
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Vorzugsweise bildet eine Schicht der Kapselwand eine Sauerstoffbarriere. Hierdurch lässt sich die Haltbarkeit des Extraktionsguts in der Portionskapsel merklich erhöhen. Ein geeignetes Material für die Sauerstoffbarriereschicht ist ein Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH), jedoch sind auch andere Materialien für die Sauerstoffbarriereschicht denkbar.
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Bei der Sauerstoffbarriereschicht kann es sich um eine mittlere Schicht der Kapselwand handeln.
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Für eine bessere Verbindung der Sauerstoffbarriereschicht mit den benachbarten Schichten der Kapselwand ist bevorzugt eine Haftvermittlerschicht zwischen der Sauerstoffbarriereschicht und den benachbarten Schichten der Kapselwand vorgesehen.
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Vorteilhaft ist ferner, in der Kapselwand wenigstens eine Schicht aus Mahlgut zu verwenden, welches im Herstellungsverfahren der Portionskapsel anfallendes nicht zu Portionskapseln verarbeitetes Kapselwandmaterial (z.B. Randverschnitt) aufweist. Hierdurch lässt sich die Portionskapsel bei gleichzeitig verringertem Einsatz von neuwertigem Polypropylen mit einer ausreichenden Kapselwandstärke herstellen, was eine günstigere und nachhaltigere Herstellung der Portionskapseln ermöglicht. Außerdem lässt sich bei der Herstellung der Portionskapsel anfallendes Restmaterial (z.B. Stanzgitter) wiederverwerten, wodurch die Herstellung der Portionskapsel insgesamt noch wirtschaftlicher und nachhaltiger wird. Das Material für die Mahlgutschicht wird vorzugsweise durch Mahlen des nach dem Ausstanzen der Kapselwand aus einem Folienmaterial verbleibenden Restmaterials gewonnen.
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Für eine zuverlässige Klassifizierung der Portionskapsel als Kunststoffklasse (z.B. PP) in einer Abfallsortieranlage ist eine Mahlgutschicht heller Farbe besonders bevorzugt. Da die Mahlgutschicht auch Farbpigmente, z.B. aus einer eingefärbten äußeren Schicht der Kapselwand umfassen kann, besteht die Möglichkeit, dass die Mahlgutschicht nicht rein weiß ist. Eine Schicht heller Farbe bezeichnet hier daher eine Schicht, welche in der Lage ist, Infrarotlicht einem Wellenlängenbereich von 780 nm bis 3000 nm, vorzugsweise von 900 nm bis 1900 nm, in einem Ausmaß zu reflektieren oder zu streuen, dass ein Infrarotspektrum durch einen entsprechenden Sensor einer Abfallsortieranlage aufgenommen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Kapselwand aus mindestens fünf Materialschichten aufgebaut sein. Beispielhaft kann die Kapselwand, von außen nach innen, eine äußere Polypropylenschicht, eine erste Haftvermittlerschicht, eine Sauerstoffbarriereschicht, eine zweite Haftvermittlerschicht und eine innere Polypropylenschicht umfassen, wobei die innere Polypropylenschicht im Wesentlichen weiß ist und die äußere Polypropylenschicht nahezu beliebig eingefärbt sein kann. Hierdurch lassen sich Lebensmittelechtheit, gute Sauerstoffbarriereeigenschaften, gute Erkennbarkeit in der Abfallsortieranlage sowie ein gewünschter äußerer Farbeindruck der Portionskapsel realisieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kapselwand mindestens sieben Materialschichten, nämlich – von außen nach innen – eine äußere Polypropylenschicht, eine erste Mahlgutschicht, eine erste Haftvermittlerschicht, eine Sauerstoffbarriereschicht, eine zweite Haftvermittlerschicht, eine zweite Mahlgutschicht und eine innere Polypropylenschicht. Hierdurch lässt sich zusätzlich zu den Vorteilen der vorherigen Ausführungsform noch der Vorteil einer besonders wirtschaftlichen Herstellung erzielen, da sich durch die Verwendung von Mahlgut die innere und äußere Polypropylenschicht dünner gestalten und somit neuwertiges Polypropylen einsparen lässt.
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Beispielsweise kann die Dicke der äußeren Polypropylenschicht im Bereich von 100 bis 300 µm liegen und die Dicke der ersten Mahlgutschicht in einem Bereich von 50 bis 200 µm liegen. Die erste und zweite Haftvermittlerschicht kann jeweils eine Dicke von 30 bis 60 µm aufweisen. Die Dicke der Sauerstoffbarriereschicht kann 10 bis 30 µm betragen. Die Dicke der zweiten Mahlgutschicht kann im Bereich von 200 bis 350 µm und die der inneren Polypropylenschicht im Bereich von 50 bis 150 µm liegen. Bezugsgröße ist die Tiefziehfolie vor dem Tiefziehen, die Wandstärke der Kapselwand ist entsprechend geringer.
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Mögliche Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend rein beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische Querschnittsansicht einer Kapselwand einer erfindungsgemäßen Portionskapsel, welche sieben Schichten umfasst; und
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2 durch ein Detektorsystems einer Abfallsortieranlage aufgenommene Erkennungsbilder von 7-schichtigen Folien zur Herstellung von Kapselwänden für Portionskapseln mit a) rußhaltigen Kapselwänden, b) rußfreien Kapselwänden ohne weiße Reflektorschichten und c) rußfreien Kapselwänden mit weißen Reflektorschichten.
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1 zeigt eine Kapselwand 10 einer erfindungsgemäßen Portionskapsel, die aus sieben Schichten aufgebaut ist. Von außen nach innen sind dies eine äußere Polypropylenschicht 12, eine erste Mahlgutschicht 14, eine erste Haftvermittlerschicht 16, eine Sauerstoffbarriereschicht 18, eine zweite Haftvermittlerschicht 20, eine zweite Mahlgutschicht 22 und eine innere Polypropylenschicht 24. In keiner der Schichten ist Ruß enthalten.
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2 stellt Erkennungsbilder dar, welche mittels eines Nahinfrarotsensors eines Detektionssystems einer Abfallsortieranlage von verschiedenen Folien für Kapselwände 10 aufgenommen wurden. Jedes Erkennungsbild setzt sich aus einer Vielzahl von Bildpunkten zusammen und zeigt, wie die jeweilige Folie von dem Detektionssystem erkannt wird. Dabei entspricht jeder Bildpunkt einem lokal aufgenommenen Infrarotspektrum, hier in einem Wellenlängenbereich von 950 nm bis 1900 nm. Konkret wird jedes lokal aufgenommene Infrarotspektrum mit in einer Datenbank hinterlegten Vergleichsspektren verglichen und auf der Grundlage dieses Vergleichs klassifiziert. Entsprechend der Klassifikation wird jedem Bildpunkt ein Graustufenwert zugeordnet. Mögliche Klassifikationen und somit Graustufenwerte zeigen beispielsweise folgende Infrarotspektren an: keine Detektion möglich, unbekanntes Spektrum, Polypropylen-Spektrum, Polyethylen-Spektrum, Polyvinylchlorid-Spektrum.
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Bei den in 2 gezeigten Erkennungsbildern stehen hellgraue Bildpunkte für die Erkennung von Polypropylen, mittelgraue Bildpunkte für die Erkennung von Polyvinylchlorid, dunkelgraue Bildpunkte für die Erkennung von Polyethylen und weiße Bildpunkte für die Erkennung von Kunststoff ohne eindeutige Identifizierung des Kunststoffs. Schwarze Bildpunkte zeigen hingegen an, dass das Detektorsystem an diesen Stellen keinen Kunststoff erkannt hat.
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Die dem in 2a gezeigten Erkennungsbild zugrunde liegende Folie weist einen Schichtaufbau wie die in 1 dargestellte Kapselwand 10 auf, wobei die äußere Polypropylenschicht 12 braun gefärbt ist und Russpartikel enthält, die erste und zweite Mahlgutschicht 14 und 22 rußhaltig sind, die Sauerstoffbarriereschicht 18 und die Haftvermittlerschichten 16 und 20 jeweils rußfrei sind und die innere Polypropylenschicht 24 schwarz gefärbt ist und Russpartikel enthält.
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Die dem in 2b gezeigten Erkennungsbild zugrunde liegende Folie weist ebenfalls einen Schichtaufbau wie die in 1 dargestellte Kapselwand 10 auf, wobei sich die Folie von der der 2a zugrunde liegenden Folie darin unterscheidet, dass alle Schichten rußfrei sind. Die braune Einfärbung der äußeren Polypropylenschicht 12 sowie die schwarze Einfärbung der inneren Polypropylenschicht 24 ist wie bei der in 2a analysierten Folie gegeben. Ferner handelt es sich bei dem für die Mahlgutschichten verwendeten Mahlgut um schwarzes, bzw. braunes Mahlgut, welches sämtliche gerade aufgezählte Schichten beinhaltet.
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Die dem in 2c gezeigten Erkennungsbild zugrunde liegende Folie unterscheidet sich von der Folie von 2b darin, dass das für die Mahlgutschichten verwendete Mahlgut ein nahezu weißes Mahlgut ist. Die äußere Polypropylenschicht 12 ist weiterhin braun eingefärbt. Alle Schichten sind rußfrei. Im Weiteren Gegensatz zu den Folien von 2a und 2b ist die innere Polypropylenschicht 24 der Folie von 2c weiß.
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Für ein optimales Recycling einer Portionskapsel ist es Voraussetzung, dass diese in einer Abfallsortieranlage detektiert und korrekt klassifiziert wird. Eine Polypropylen-Klassifizierung setzt dabei z.B. voraus, dass an mindestens 40 % der Messpunkte auf einer Portionskapsel ein Polypropylen-Spektrum ermittelt wird. Wird an 25 % bis 40 % der Messpunkte einer Portionskapsel ein Polypropylen-Spektrum ermittelt, so wird die Portionskapsel immerhin noch als gemischter Polyolefin-Artikel (MPO) erkannt. Bei weniger als 25 % wird die Portionskapsel normalerweise zwar noch als Kunststoff erkannt, kann aber keiner Kunststoffklasse (z.B. PP oder gemischter Polyolefin-Artikel (MPO)) zugeordnet werden.
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Wie aus einem Vergleich der in 2 gezeigten Erkennungsbilder ersichtlich ist, wird eine solche Portionskapsel zuverlässig erkannt und korrekt klassifiziert – im vorliegenden Beispiel als Polypropylen – bei welcher in der Kapselwand 10 eine Reflektorschicht für das Infrarotlicht und kein Ruß enthalten ist (2c). Eine Portionskapsel, welche zwar eine rußfreie Kapselwand 10 aber überwiegend dunkle Schichten aufweist, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel als gemischter Polyolefin-Artikel (MPO) klassifiziert (2b). Im Fall von Rußpartikeln in der Kapselwand 10 wird die Portionskapsel hingegen gar keiner Kunststoffklasse zugeordnet (2a).
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Im Ergebnis kann eine erfindungsgemäße Portionskapsel in einer Abfallsortieranlage also zuverlässig als der richtigen Kunststoffklasse (z.B. PP) zugeordnet werden, und kann somit optimal sortiert und im weiteren Verlauf recycelt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kapselwand
- 12
- Polypropylenschicht
- 14
- Mahlgutschicht
- 16
- Haftvermittlerschicht
- 18
- Sauerstoffbarriereschicht
- 20
- Haftvermittlerschicht
- 22
- Mahlgutschicht
- 24
- Polypropylenschicht
