KR20250005142A

KR20250005142A - 음료를 제조하기 위한 캡슐

Info

Publication number: KR20250005142A
Application number: KR1020247034834A
Authority: KR
Inventors: 비올레뜨 까뜨린 마르게리뜨 부르; 니한 도간; 오드리 비르지니 머피
Original assignee: 소시에떼 데 프로듀이 네슬레 소시에떼아노님
Priority date: 2022-05-05
Filing date: 2023-05-03
Publication date: 2025-01-09
Also published as: AU2023263733A1; CN119156330A; MX2024013575A; WO2023213870A1; EP4519181A1

Abstract

본 발명은 음료 제조 기계에 사용하기 위한 캡슐에 관한 것이며, 상기 캡슐은 가용성 및/또는 추출가능 음료 성분을 수용하고, 상기 캡슐은 - 챔버(21)를 한정하는 캡슐 몸체(2), - 상단 개구를 폐쇄하며 캡슐 내로의 액체 주입을 위해 천공되도록 적응된 상단 멤브레인(3), 및 - 상단 멤브레인(3)과의 사이에 성분 챔버를 한정하도록 챔버(21) 내부에 제공되는 하단 멤브레인(4), 및 - 챔버 내부에 제공되며 상기 액체의 주입 동안 성분 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에서 하단 멤브레인(4)과의 상대적 맞물림에 의해 챔버를 개방하도록 적응된 개방 장치(5)를 포함하고, 상기 개방 장치(5)는 생분해성 재료로 제조되고, 상기 생분해성 재료는 중합체 조성물이고, 상기 중합체 조성물은 - 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 중합체, - 적어도 하나 이상의 핵제(nucleant), - 적어도 하나 이상의 광물 충전제를 포함한다.

Description

음료를 제조하기 위한 캡슐

본 발명은 음료 제조 기계에서 사용하기 위한 캡슐에 관한 것이다.

1인분용 음료 캡슐들이 당업계에 알려져 있다. 이들 캡슐은 흔히, 커피 또는 차와 같은 음료의 주문형 분배를 위해 음료 제조 기계와 함께 사용된다.

이를 위해, 통상적으로 음료 성분을 봉입하는 캡슐 몸체를 갖는 음료 캡슐이 음료 제조 기계의 캡슐 수용기 내에 삽입된다. 캡슐 수용기가 폐쇄되고, 음료 제조가 시작된다. 캡슐 수용기에서, 캡슐의 상단 멤브레인이 바늘로 천공되어, 원하는 음료를 생성하기 위해 캡슐 내부의 음료 성분과 상호작용하도록 캡슐 내에 유체, 일반적으로 물을 주입한다. 유체는 캡슐을 충전하여 캡슐 내부의 압력이 증가한다. 충분한 양의 유체가 캡슐을 충전한 때, 캡슐에서의 자체-개방 메커니즘(self-opening mechanism)이 활성화되고, 음료 성분의 추출이 완료된 때 캡슐의 하단 멤브레인을 개방하여 제조된 음료를 방출한다. 이러한 유형의 용기의 작동 원리들의 예들이 유럽 특허 제1472156호에 기술되어 있다.

종래 기술에서, 이러한 유형의 음료 용기들은 통상적으로 플라스틱으로 제조된다. 용기들이 1회 사용만을 위해 설계됨을 고려하면, 사용된 재료들의 재사용 및 재활용이 어려울 수 있으므로 그들의 처리가 관리되어야 한다. 따라서, 이들 재료를 셀룰로오스 또는 바이오플라스틱과 같은 대안물로 대체하려는 시도들이 이루어지며, 이는 사용 후 용기의 처리 및/또는 재활용에 존재하는 문제들을 극복하게 한다. 그러나, 이들 대안적인 재료가 통상적인 플라스틱 재료들과 동일한 재료 특성들 및 이점들을 갖지 않는다는 것이 고려되어야 한다.

특히, 유럽 특허 제1472156호에 기재되어 있고 도 1에 개략적으로 예시된 바와 같은 캡슐을 고려할 때, 그러한 유형의 캡슐(1)은 다음을 포함한다:

- 캡슐 내로의 액체 주입을 위해 천공되도록 적응된 상단 멤브레인(3)에 의해 폐쇄된 상단 개구(23)를 갖는 챔버(21)를 한정하는 캡슐 몸체(2), 및

- 상단 멤브레인(3)과의 사이에 성분 챔버를 한정하도록 챔버 내부에 제공된 상기 하단 멤브레인(4), 및

- 캡슐 몸체 내부 및 하단 멤브레인 아래에 제공되며 액체의 주입 동안 성분 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에서 하단 멤브레인과의 상대적 맞물림에 의해 챔버를 개방하도록 적응된 개방 장치(5).

이러한 구성을 제시하는 캡슐의 개방 장치(5)를 바이오플라스틱으로 제작하면 여러 가지 단점을 관찰할 수 있다.

한 가지 단점은 온도와 압력의 상승 하에서, 바이오플라스틱으로 제조된 물체의 특성이 변할 수 있다는 것이다. 전술한 캡슐의 경우, 바이오플라스틱으로 제조된 개방 장치에 대한 이러한 특성 변화는, 뜨거운 물이 챔버에 유입될 때 그리고 압력이 상승하여 하단 멤브레인이 개방 장치로 밀려날 때까지, 이러한 개방 장치가 변형되어 하단 멤브레인의 인열 및 압력 감소 후에 파손되고/되거나 그의 원래 형상을 회복하지 못할 위험이 있기 때문에 심각한 문제이다. 그 결과, 로스팅되고 분쇄된 커피 입자 또는 용해되지 않은 가용성 분말과 같은 음료 성분이 성분 챔버로부터 음용 컵으로 분배될 수 있거나, 음료의 일부가 올바르게 제조되지 않는다. 이러한 음료 제조는 소비자에게 용인되지 않는다.

또 다른 단점은 음료 제조 동안 캡슐 내에서 상승하는 압력에 대한 저항력을 제공하기 위해 개방 장치가 소정 두께를 제공한다는 점이다. 그 결과, 이러한 두꺼운 재료가 바이오플라스틱으로 구성되는 경우, 가정에서 퇴비화가능 물체로서 분해되는 데 비교적 오랜 시간이 걸린다.

본 발명의 목적은 위의 기존 문제들을 해결하는 것이다.

본 발명의 제1 태양에서, 음료 제조 기계에 사용하기 위한 캡슐이 제공되며, 상기 캡슐은 가용성 및/또는 추출가능 음료 성분을 수용하고, 캡슐은

- 챔버를 한정하는 캡슐 몸체, 및

- 상단 개구를 폐쇄하며 캡슐 내로의 액체 주입을 위해 천공되도록 적응된 상단 멤브레인, 및

- 상단 멤브레인과의 사이에 성분 챔버를 한정하도록 챔버 내부에 제공되는 하단 멤브레인, 및

- 챔버 내부에 제공되며 상기 액체의 주입 동안 성분 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에서 하단 멤브레인과의 상대적 맞물림에 의해 챔버를 개방하도록 적응된 개방 장치를 포함하고,

상기 개방 장치는 생분해성 재료로 제조된 성형품(moulded piece)이고, 상기 생분해성 재료는 중합체 조성물이고, 상기 중합체 조성물은

- 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 중합체,

- 적어도 하나 이상의 핵제(nucleant),

- 적어도 하나 이상의 광물 충전제를 포함한다.

이 캡슐은 음료 성분을 위한 챔버를 한정하는 캡슐 몸체, 이 챔버를 폐쇄하는 상단 멤브레인, 챔버 내부에 제공된 하단 멤브레인 및 상기 하단 멤브레인을 개방하도록 적응된 개방 장치를 포함한다.

캡슐 몸체는 보통

- 챔버를 한정하고 상단 개구 사이에서 축방향으로 연장되는 측벽, 및

- 상단 개구로부터 반경방향 외향으로 돌출하고, 개구에 대해 챔버 반대편인 상부 표면 및 반대편의 하부 표면을 포함하는 원주방향 플랜지

를 포함한다.

보통 캡슐 몸체의 하단은 음료가 분배될 수 있는 출구를 포함한다.

일반적으로, 상단 멤브레인은 몸체의 플랜지의 상부 표면에 부착된다.

캡슐은 가용성 또는 추출가능 음료 성분일 수 있는 음료 성분을 포함한다. 성분은 상단 멤브레인과 하단 멤브레인 사이에 보유된다.

개방 장치는 몸체의 내부에 위치하지만 성분 챔버 외부에 위치한다. 따라서, 개방 장치는 하단 멤브레인 아래에 위치한다.

보통, 개방 장치는 플레이트를 포함하고, 이 플레이트는 플레이트의 상부 표면으로부터, 그리고 이에 따라 하단 멤브레인 방향으로 융기한 개방 요소를 포함한다. 이들 개방 요소는 상기 액체의 주입 동안 성분 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에서 하단 멤브레인을 관통, 인열, 천공하도록 설계된다.

융기한 개방 요소는 개방 장치를 향하는 하단 멤브레인에 대항하여 돌출부 또는 리세스를 형성할 수 있는, 하단 멤브레인을 향해 상향으로 방향전환된 원뿔 또는 피라미드 형상(선택적으로 그 단부가 절단됨)의 스파이크일 수 있다.

바람직하게는, 개방 요소는 예리한 뾰족한 단부를 제공한다.

바람직하게는, 개방 장치의 플레이트는 플레이트의 상부 표면으로부터 플레이트의 하부 표면까지 연장되는 음료 배출 구멍들을 포함하고, 상기 구멍들은 융기한 개방 요소들 사이에 위치된다.

최신 기술에서, 이러한 개방 장치는 폴리프로필렌과 같은 플라스틱의 성형품이다.

본 실시 형태에 있어서, 개방 장치는 생분해성 재료의 성형품이다. 이러한 생분해성 재료는 다음을 포함하는 중합체 조성물이다:

- 적어도 하나 이상의 핵제,

- 적어도 하나 이상의 광물 충전제.

개방 장치는 이 중합체 조성물로부터의 성형에 의해 제조된다.

보통, 개방 장치는 이 중합체 조성물로 일체로 제조된다.

일반적으로, 중합체 조성물은 하기 화학식 I의 반복 단위를 포함하는 적어도 하나의 폴리하이드록시알카노에이트를 포함한다:

[화학식 I]

-O- CHR_i-(CH₂)_n-CO-

(상기 식에서,

- Ri는 -H, C₁-C₁₂ 알킬, C-C₁₆ 사이클로알킬, C₂-C₁₂ 알케닐로부터 선택되며, 이는 할로겐(F, CI, Br), -CN, -OH, -COOH, -OR, -COOR(여기서, R = C₁-C₄ 알킬, 벤질임)로부터 선택되는 적어도 하나의 기로 선택적으로 치환되고,

- n은 0 또는 1 내지 6의 정수, 바람직하게는 1 또는 2임).

바람직하게는, 중합체 조성물은 적어도 하나의 폴리하이드록시알카노에이트를 포함하며, Ri는 메틸 또는 에틸이고, n은 1 또는 2이다.

화학식 I의 바람직한 반복 단위는 다음으로부터 유도되는 것일 수 있다:

- 3-하이드록시부티레이트,

- 3-하이드록시발레레이트,

- 3-하이드록시헥사노에이트,

- 3-하이드록시옥타노에이트,

- 3-하이드록시도데카노에이트,

- 3-하이드록시운데스-10-에노에이트,

- 4-하이드록시발레레이트,

또는 이들의 혼합물.

특히 바람직한 폴리하이드록시알카노에이트는 다음과 같다:

- 폴리-3-하이드록시부티레이트(PHB),

- 폴리-3-하이드록시발레레이트(PHV),

- 폴리-3-하이드록시헥사노에이트(PHH),

- 폴리-3-하이드록시옥타노에이트(PHO),

- 폴리-3-폴리하이드록시도데카노에이트(PHDd),

- 폴리-3-하이드록시운데스-10-에노에이트(PHU),

및 이들의 공중합체:

- 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발레레이트)(PHBV),

- 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시헥사노에이트)(PHBH),

- 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-4-하이드록시부티레이트),

- 폴리(3-하이드록시옥타노에이트-코-3-하이드록시운데센-10-에노에이트)(PHOU),

- 폴리(3-하이드록시부티레이트-코-3-하이드록시발레레이트-코-4-하이드록시발레레이트)(PHBW),

또는 이들의 혼합물.

일 실시 형태에서, 폴리하이드록시알카노에이트는 하이드록시알카노에이트와 공중합할 수 있는 공단량체로부터 유도된 적어도 하나의 반복 단위와 조합하여 화학식 I의 반복 단위를 포함하는 공중합체 또는 삼원공중합체일 수 있다.

이러한 공단량체는 락톤 및/또는 락탐일 수 있다.

이 실시 형태에서, 보통, 화학식 I의 반복 단위는 반복 단위의 총 몰에 대해 10 몰% 이상의 양으로 존재한다.

바람직하게는, 폴리하이드록시알카노에이트는 중량 평균 분자량(M)이 10⁴ 내지 10⁶g/mol의 범위일 수 있다.

일반적으로, 중합체 조성물은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가소제를 포함한다:

- 폴리(에틸렌글리콜)(PEG),

- 아세틸-트라이-n-부틸 시트레이트(ATBC),

- 아이소소르바이드 다이에스테르(ISE),

- 소르비톨,

- 글리세롤,

- 아세틸화 모노글리세라이드,

- 에폭시화 대두유(ESBO)

- 트라이에틸 시트레이트(TEC),

- 트라이(에틸렌글리콜)비스(2-에틸 헥사노에이트)(TEG-EH),

- 트라이부틸시트레이트(TBC),

- 1,3,2,4-다이벤질리덴 소르비톨,

- 1,3-p-메틸벤질리덴-2,4-벤질리덴소르비톨,

- 비스(스테아릴우레이드) 헥산,

- 1,3,2,4-다이(p-메틸벤질리덴) 소르비톨,

- 1,3,2,4-다이벤질리덴소르비톨,

및 이들의 혼합물.

중합체 조성물은 질화붕소, 활석, 수산화인회석, 스테아르산아연, 나노결정질 셀룰로오스, 몬모릴로나이트 나노 클레이, 단일벽 탄소 나노튜브, 규회석, 다중벽 탄소 나노튜브, 시아누르산, 지방산, 지방산 에스테르, 지방산 아민, 지방산 금속 염, 펜타에리트리톨, 다이-펜타에리트리톨, 우레아 유도체, 소르비톨계 화합물, 벤조산나트륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 적어도 하나의 핵제를 포함한다.

바람직하게는, 중합체 조성물은 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 이하의 양의 적어도 하나의 핵제를 포함한다.

중합체 조성물은 활석, 규회석, 운모, 실리카, 탄산칼슘, 카올린, 나노 클레이로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있는 적어도 하나의 광물 충전제를 포함한다.

바람직하게는, 중합체 조성물은 1 중량% 이상, 바람직하게는 50 중량% 이하의 양의 적어도 하나의 광물 충전제를 포함한다.

바람직하게는, 중합체 조성물은 광물 충전제로서 규회석, 활석 또는 나노 클레이를 포함하며, 더욱 더 바람직하게는 5 내지 40 중량%의 함량으로 포함한다.

폴리하이드록시알카노에이트(PHA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체를 포함하는 개방 장치의 중합체 조성물 내부의 광물 충전제의 존재가 이러한 광물 충전제가 없는 중합체 조성물과 비교하여 이러한 개구의 분해를 촉진하는 것으로 관찰되었다.

중합체 조성물은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 포함할 수 있다:

- 펜타에리트롤 테트라키스(3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트),

- 옥타데실 3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트,

- 트리스(2,4-다이-tert-부틸페닐) 포스파이트,

- 1,3,5-트라이메틸-2,4,6-트리스-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠,

- 2,4-비스[(옥틸티오)메틸)]-o-크레졸,

- 2,2t-다이하이드록시-4,4t-다이메톡시-벤조페논,

- 에틸렌 비스(옥시에틸렌) 비스-(3-(5-tert-부틸-4-하이드록시-m-톨릴) 프로피오네이트,

- 옥타데실-[3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트,

- 2t, 3-비스[[3-[3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐]프로피오닐]]프로피오노하이드라지드,

- 밀랍,

- 카나우바 왁스,

- 칸델릴라 왁스,

- 수맥(sumac) 왁스(재퍼니즈(Japanese) 왁스),

- 베리 왁스,

- 파라핀 왁스,

- 실리콘과 그 유도체,

- 수산화마그네슘,

- 스테아르산칼슘

및 이들의 혼합물.

이러한 기능성 첨가제는 가공성, 재료들 사이의 상용성을 개선하고/하거나 생분해를 촉진하기 위해 사용될 수 있다.

중합체 조성물은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 점도 조절제 및/또는 상용화제를 포함할 수 있다:

- 다이쿠밀 퍼옥사이드(DCP),

- tert-부틸퍼옥시벤조에이트(TBPB),

- 헥사메틸렌 다이아이소시아네이트(HMDI),

- 다작용화된 스티렌-코-글리시딜 메타크릴레이트 올리고머(존크릴(Joncryl)(등록상표)),

- 트라이글리시딜 아이소시아누레이트(TGIC),

- 벤조일 퍼옥사이드(BPO),

- 메틸렌 다이페닐 다이아이소시아네이트(MDI).

바람직하게는, 중합체 조성물은 섬유, 예컨대 아마, 옥수수, 쌀겨, 대마, 대나무, 사이잘, 케나프 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 섬유를 포함할 수 있다.

개방 장치의 중합체 조성물에 섬유를 통합하는 것의 이점은 이러한 섬유가 없는 순수 PHA계 조성물에 비해 개방 부분의 분해가 촉진된다는 점이다. 이는 재료의 두꺼운 조각일 수 있어서 결과적으로 캡슐의 다른 부분보다 분해되는 데 더 많은 시간을 필요로 하는 개방 장치에 특히 유용하다.

바람직하게는, 중합체 조성물은 5 내지 40 중량%의 함량으로 이러한 섬유를 포함한다.

일반적으로, 개방 장치는 플레이트를 포함하고, 상기 플레이트는 플레이트의 상부 표면으로부터 융기한 개방 요소를 포함하고, 상기 개방 요소는 상기 액체의 주입 동안 성분 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에서 하단 멤브레인을 관통, 인열, 천공하도록 설계된다.

바람직하게는, 개방 요소는 예리한 뾰족한 단부를 제공하는데, 특히 하단 멤브레인이 생분해성 재료로 제조되는 경우일 수 있는, 하부 멤브레인이 소정 탄성을 나타내는 재료로 제조될 때 그러하다.

이는 하단 멤브레인이

- 황산지(vegetable parchment) 층, 및

- 접착제 층,

- 생분해성 섬유인 섬유를 포함하는 부직 재료 층

을 연이어 포함하는 라미네이팅된 다층 재료인 경우일 수 있다. 그러한 하부 멤브레인에서, 보통 황산지 지지체는 캡슐 내부의 개방 장치를 향한다.

일 실시 형태에서, 개방 장치의 플레이트는 플레이트의 상부 표면으로부터 플레이트의 하부 표면까지 연장되는 음료 배출 구멍들을 포함하고, 상기 구멍들은 융기한 개방 요소들 사이에 위치되는 것이 바람직할 수 있다. 이는 하단 멤브레인이 상기에 기재된 바와 같은 라미네이팅된 다층 재료인 경우에 특히 바람직하다.

바람직하게는, 캡슐 몸체는 생분해성 또는 퇴비화가능 재료, 예컨대 종이 기반, 전분, 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS), 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트(PBSA), 및/또는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리글리콜산(PGA) 또는 이들의 혼합물로 제조된다.

바람직하게는, 상단 멤브레인은 생분해성 또는 퇴비화가능 재료, 예컨대 종이 기반, 전분, 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS), 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트(PBSA), 및/또는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리글리콜산(PGA) 또는 이들의 혼합물로 제조된다.

캡슐은, 챔버의 내부 단면을 통해 연장되어 성분을 위한 하위 서브-챔버 및 액체를 위한 상위 분배 챔버를 한정하는 분배기 벽을 포함할 수 있다. 이러한 분배기 벽은 성분 상에 액체를 균일하게 분배하기 위해 작은 구멍들을 포함한다.

이러한 분배기는 셀로판 및 전분, 또는 폴리카프로락톤(PCL), 폴리락트산(PLA), 폴리하이드록시알카노에이트(PHA), 폴리부틸렌 석시네이트(PBS), 폴리부틸렌 석시네이트 아디페이트(PBSA), 및/또는 폴리부틸렌 아디페이트 테레프탈레이트(PBAT), 폴리글리콜산(PGA) 또는 이들의 혼합물로 제조된 퇴비화가능 필름일 수 있다.

보통, 캡슐은 캡슐 몸체와 개방 장치를 별도로 제조하고 추가 단계에서 이들을 조립함으로써 제조된다.

특정 실시 형태에서, 캡슐 몸체는 개방 장치와 일체로 제조된 하단 벽을 포함할 수 있다.

따라서 이러한 실시 형태에서, 개방 장치는 캡슐 몸체와 일체로 성형된다. 캡슐 몸체는 개방 장치와 동일한 생분해성 중합체 조성물로 성형된다.

본 출원에서, 재료의 생분해성 및 퇴비화를 결정하기 위한 기술적 요건 및 절차는 EU 13432 또는 US ASTM D6400과 같은 국제 표준에 따라 결정된다. 예를 들어, 시험들 중 하나는 - "(산업적으로) 퇴비화가능한" 것으로 간주되는 재료의 경우 - 해당 재료의 90% 이상이 6개월 내에 제어된 조건 하에서 생물학적으로 분해되어야 하는 것을 요구한다. 가정 퇴비화에 대한 인증에 대한 유사한 시험 계획들이 또한 존재한다.

따라서, 사용 후 전체 캡슐 시스템을 퇴비 더미로 처리하여, 일단 재료가 완전히 분해되면 대지에 영양분이 공급될 수 있도록 하는 것이 가능하다.

본 발명의 전술한 태양들은 임의의 적합한 조합으로 조합될 수 있다. 또한, 본 명세서의 다양한 특징들은 구체적으로 예시되고 기술된 것 이외의 조합을 제공하기 위해 전술한 태양들 중 하나 이상과 조합될 수 있다. 본 발명의 추가 목적 및 유리한 특징은 청구범위, 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 명백할 것이다.

본 발명의 특정 실시예가 이제 예로서, 하기 도면을 참조하여 추가로 기술된다.
- 도 1은 본 발명에 따른 캡슐의 개략 단면도를 도시한다.
- 도 2는 상이한 중합체 재료의 변형률을 나타내는 그래프이다.

도 1은 본 발명에 따른 캡슐(1)을 개략적으로 예시한다.

캡슐(1)은 하단으로부터 상단을 향해 축방향으로 연장되는 하나 이상의 측벽(21)(들)을 갖는 캡슐 몸체(2)를 포함한다. 측벽은 상단 개구(23)를 향해 연장된다. 상단 개구(23)에서, 몸체는 측벽으로부터 반경방향 외향으로 연장되는 원주방향 플랜지(24)를 포함한다.

일반적으로, 몸체 캡슐의 임의의 횡단면은 하단으로부터 상단까지 원형이고, 플랜지도 도 2의 사시도에 예시된 바와 같이 또한 원형이다.

측벽은 가용성 및/또는 추출가능 음료 성분을 수용하기 위한 챔버(22)를 한정한다.

이러한 가용성 음료 성분은 수용성 분말 성분이고, 인스턴트 커피 분말, 우유 분말, 크림 분말, 인스턴트 차 분말, 코코아 분말, 수프 분말, 과일 분말 또는 상기 분말들의 혼합물의 목록 내에서 선택될 수 있다. 분말은 응집되거나 소결될 수 있다.

패키지 내에 패킹된 이러한 음료 성분은 또한, 로스팅되고 분쇄된 커피 또는 찻잎과 같은, 추출될 수 있거나 우려낼 수 있는 성분일 수 있다. 그러한 실시 형태에서 물은 음료 성분을 추출한다.

캡슐은, 원주방향 플랜지의 상부 표면의 적어도 일부에 고정되거나 밀봉되거나 부착되고 따라서 상단 개구(23)를 덮고 폐쇄하는 상단 멤브레인(3)을 포함한다.

이러한 상단 멤브레인은 캡슐 내로 액체 주입을 위해 천공되도록 적응된다. 바람직하게는, 상단 멤브레인은 챔버 내부에 또는 챔버 내로 압력 하에 추출 액체를 주입하도록 적응된 음료 제조 기계의 주입 바늘에 의해 관통가능하다. 바람직하게는, 천공 작업은 국제 출원 공개 WO2006/082064호 또는 WO 2008/107281호에 기술된 바와 같은 물 주입 바늘에 의해 하나의 단일 장소에서 이루어진다.

용어 "상단 멤브레인"은, 캡슐(1)의 반대 측에 위치된 멤브레인으로서 이해되어야 하는 "하단 멤브레인"(아래에 기술된 바와 같음)과는 대조적으로, 기계의 주입 바늘에 의해 관통되는 멤브레인으로서 이해되어야 한다.

캡슐은 챔버(22)의 하단을 폐쇄하는 하단 멤브레인(4)을 포함한다. 따라서, 가용성 및/또는 추출가능 음료 성분은 상단 멤브레인과 하단 멤브레인 사이에 봉입된다. 상단 및 하단 멤브레인들은 음료의 제조를 위해 음료 성분을 보유하도록 구성된 챔버, 즉 성분 챔버(22)의 내부 공간을 한정한다.

일 실시 형태에서, 분배기 벽(6)이 챔버의 내부 단면을 통해 연장되어, 성분을 위한 하위 서브-챔버 및 액체를 위한 상위 분배 챔버를 한정할 수 있다. 이러한 분배기 벽은 성분 상에 액체를 균일하게 분배하기 위해 작은 구멍들을 포함한다.

캡슐은 상기 액체의 주입 동안 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에 하단 멤브레인(4)과의 상대적 맞물림에 의해 챔버를 개방하도록 적응된 개방 장치(5)를 포함한다. 개방 장치(5)는, 개방 장치를 향하는 하단 멤브레인(4)에 대항하여 돌출부 또는 리세스를 형성할 수 있는, 하단 멤브레인(4)을 향해 상향으로 방향전환된 원뿔 또는 피라미드 형상(선택적으로 그 단부가 절단됨)의 스파이크와 같은 개방 요소(52)를 표면 상에 포함하는 강성 플레이트(51)를 포함할 수 있다. 개방 장치(5)는 일반적으로 "피라미드 플레이트"로 지칭될 수 있다.

성분 챔버(22)에서 생성된 음료를 음료 출구(25)로 분배하기 위해 플레이트(51)에 구멍(53)들이 제공될 수 있다.

챔버(4) 내부에 액체 주입 시, 압력이 축적되고, 이는 하단 멤브레인이 관통될 때까지 개방 수단(5)에 대항하여 하단 멤브레인(4)을 변형시켜, 캡슐(1) 각각의 챔버(21) 내부에서 제조된 음료가 개방 장치(5) 아래로 향하게 되는 통로를 제공한다. 표현 "맞물림"은 예를 들어, 개방 장치 또는 제2 멤브레인이, 또는 대안적으로 둘 모두가 서로에 대해 이동되어 개방을 실행할 수 있음을 의미할 수 있다.

보통, 캡슐 몸체는 개방 장치(5) 아래에 하단 음료 출구(25)를 포함한다. 캡슐 몸체의 하단은 바람직하게는 개방 수단 아래로 연장되어, 상기 개방 수단을 보유하고 음료를 이러한 음료 출구(25)에 수집하여, 음료를 캡슐(1)의 외부로, 예를 들어, 컵 내로 분배한다.

상단 멤브레인(3)은, 챔버(21) 내로 주입되는 추출 액체가 개방 장치(5)에 의한 변형된 하단 멤브레인(4)의 관통을 얻는 데 필요한 압력까지 내부 압력을 증가시키는 방식으로 플랜지(24)에 고정된다. 따라서, 상단 멤브레인(3)은, 적어도 챔버 내부의 한정된 압력이 달성될 때까지 분리되지 않는 방식으로 플랜지에 고정된다. 이러한 한정된 압력은 2 바 이상, 바람직하게는 3 바 이상 또는 6 바 이상일 수 있다. 이에 의해, 이 고정은 캡슐(1)이 음료 제조 동안 플랜지와 상단 멤브레인 사이의 계면을 통해 누출되지 않게 하는 결과를 가져온다.

최신 기술에서, 이러한 유형의 캡슐은 폴리프로필렌과 같은 플라스틱으로 제조된다. 이러한 재료는 90℃ 초과의 온도의 뜨거운 물을 유입하고, 하단 멤브레인(4)이 관통될 때까지 성분 챔버(22) 내부의 압력을 상승시키도록 적응된 특성을 나타낸다. 음료 제조 시, 폴리프로필렌으로 제조된 개방 장치(5)는 가장 높은 압력에 의해 가해지는 힘에 의해 변형되고 약간 구부러지지만 음료 제조 종료 시 압력이 떨어지면 원래의 형상을 회복한다. 결과적으로, 이는 하단 멤브레인을 개방하고 음료를 여과하는 기능을 보장한다.

이러한 개방 장치(5)가 바이오플라스틱으로 제조되는 경우, 개방 장치는 음료 성분 챔버 내부의 뜨거운 물에 의해 가해지는 온도 및 압력 하중의 영향 하에서 그 자체가 변형되는 것으로 관찰되었다. 음료가 잘 제조되지 않는 이유는 다음과 같다:

- 로스팅되고 분쇄된 커피를 추출하거나 가용성 성분을 물과 혼합하는 데 필요한 높은 압력이 음료 제조 내내 유지되지 않는다. 대안적으로, 이러한 변형으로 인해 음료 유동이 막히고 캡슐이 터지거나 개방 장치가 파손되도록 하는 높은 압력이 생성되는 일이 발생할 수 있다. 그 결과 얻어지는 음료는 기대하는 품질을 나타내지 못한다.

- 커피 케이크 또는 용해되지 않은 가용성 성분과 같은 일부 음료 성분이 여과되지 않고 음용 컵 내부로 유동한다. 변형된 피라미드의 일부 파손된 부분도 컵에 방출될 수 있다.

이러한 단점은 다음을 포함하는 중합체 조성물을 개방 장치 재료의 생분해성 재료로서 선택함으로써 회피될 수 있다:

- 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 중합체, 및

- 적어도 하나 이상의 핵제, 및

- 적어도 하나 이상의 광물 충전제.

특히, 이러한 중합체 조성물로 제조된 플레이트는 음료 기계 물 펌프에 의해 생성되어 음료 캡슐 내부로 유입되는 가압수에 의해 가해지는 압력을 나타내는 1.4 MPa의 하중을 받았다. 이러한 하중은 1.5초 동안 가해진 다음 해제되었다. 다음이 관찰되었다:

- 이러한 플레이트는 시간 경과에 따라 하중 하에서 변형되며,

- 하중을 제거했을 때, 이러한 플레이트는 원래 치수로 되돌아오거나 단지 약간 변형되었다.

이러한 중합체 조성물로 제조된 개방 장치(5)는 도 1에 예시된 바와 같은 음료 캡슐을 제조하는 데 사용되었다. 음료 성분은 로스팅되고 분쇄된 커피였다. 네스카페 돌체 구스토(Nescaf Dolce Gusto)라는 상표명으로 상품화된 음료 기계를 사용하여 다양한 캡슐로부터 커피를 제조하였고 커피가 적절히 제조되었다.

비록 본 발명이 위에서 예시된 실시 형태를 참조하여 기술되었지만, 청구된 바와 같은 본 발명은 이들 예시된 실시 형태에 의해 임의의 방식으로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다.

청구범위에 한정된 바와 같은 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 변형 및 수정이 이루어질 수 있다. 또한, 특정 특징에 대해 알려진 등가물이 존재하는 경우, 그러한 등가물은 본 명세서에 구체적으로 언급된 것처럼 포함된다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하다", "포함하는" 및 유사한 단어는 배타적이거나 총망라한 의미로 해석되어서는 안 된다. 다시 말해서, 그들은 "포함하지만, 이에 제한되지 않는"을 의미하도록 의도된다.

캡슐 1
캡슐 몸체 2
챔버 20
측벽 21
성분 챔버 22
상단 개구 23
플랜지 24
하단 출구 25
상단 멤브레인 3
하단 멤브레인 4
개방 장치 5
강성 플레이트 51
개방 요소 52
구멍 53
분배기 벽 6

Claims

음료 제조 기계에 사용하기 위한 캡슐(1)로서, 상기 캡슐은 가용성 및/또는 추출가능 음료 성분을 수용하고,
상기 캡슐은
- 챔버(21)를 한정하는 캡슐 몸체(2),
- 상단 개구를 폐쇄하며 상기 캡슐 내로의 액체 주입을 위해 천공되도록 적응된 상단 멤브레인(3), 및
- 상기 상단 멤브레인(3)과의 사이에 성분 챔버를 한정하도록 상기 챔버(21) 내부에 제공되는 하단 멤브레인(4), 및
- 상기 챔버 내부에 제공되며 상기 액체의 주입 동안 상기 성분 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에서 상기 하단 멤브레인(4)과의 상대적 맞물림에 의해 상기 챔버를 개방하도록 적응된 개방 장치(5)를 포함하고,
상기 개방 장치(5)는 생분해성 재료로 제조된 성형품(moulded piece)이고, 상기 생분해성 재료는 중합체 조성물이고, 상기 중합체 조성물은
- 폴리하이드록시알카노에이트(PHA)로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 중합체,
- 적어도 하나 이상의 핵제(nucleant),
- 적어도 하나 이상의 광물 충전제를 포함하는, 캡슐.
제1항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 하기 화학식 I의 반복 단위를 포함하는 적어도 하나의 폴리하이드록시알카노에이트를 포함하는, 캡슐:
[화학식 I]
-O- CHR_i-(CH₂)_n-CO-
(상기 식에서,
- R_i는 -H, C₁-C₁₂ 알킬, C-C₁₆ 사이클로알킬, C₂-C₁₂ 알케닐로부터 선택되며, 이는 할로겐(F, CI, Br), -CN, -OH, -COOH, -OR, -COOR(여기서, R = C₁-C₄ 알킬, 벤질임)로부터 선택되는 적어도 하나의 기로 선택적으로 치환되고,
- n은 0 또는 1 내지 6의 정수, 바람직하게는 1 또는 2임).
제2항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 적어도 하나의 폴리하이드록시알카노에이트를 포함하며, R_i는 메틸 또는 에틸이고, n은 1 또는 2인, 캡슐.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 폴리하이드록시알카노에이트는 하이드록시알카노에이트와 공중합할 수 있는 공단량체로부터 유도된 적어도 하나의 반복 단위와 조합하여 화학식 I의 반복 단위를 포함하는 공중합체 또는 삼원공중합체인, 캡슐.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가소제를 포함하는, 캡슐:
- 폴리(에틸렌글리콜)(PEG),
- 아세틸-트라이-n-부틸 시트레이트(ATBC),
- 아이소소르바이드 다이에스테르(ISE),
- 소르비톨,
- 글리세롤,
- 아세틸화 모노글리세라이드,
- 에폭시화 대두유(ESBO)
- 트라이에틸 시트레이트(TEC),
- 트라이(에틸렌글리콜)비스(2-에틸 헥사노에이트)(TEG-EH),
- 트라이부틸시트레이트(TBC),
- 1,3,2,4-다이벤질리덴 소르비톨,
- 1,3-p-메틸벤질리덴-2,4-벤질리덴소르비톨,
- 비스(스테아릴우레이드) 헥산,
- 1,3,2,4-다이(p-메틸벤질리덴) 소르비톨,
- 1,3,2,4-다이벤질리덴소르비톨,
및 이들의 혼합물.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 질화붕소, 활석, 수산화인회석, 스테아르산아연, 나노결정질 셀룰로오스, 몬모릴로나이트 나노 클레이, 단일벽 탄소 나노튜브, 다중벽 탄소 나노튜브, 시아누르산, 지방산, 지방산 에스테르, 지방산 아민, 지방산 금속 염, 펜타에리트리톨, 다이-펜타에리트리톨, 우레아 유도체, 소르비톨계 화합물, 벤조산나트륨 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 핵제를 포함하는, 캡슐.
제6항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 0.1 중량% 이상, 바람직하게는 5 중량% 이하의 양의 핵제를 포함하는, 캡슐.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 활석, 규회석, 운모, 실리카, 탄산칼슘, 카올린, 나노 클레이로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 광물 충전제를 포함하는, 캡슐.
제8항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 5 중량% 이상, 바람직하게는 40 중량% 이하의 양의 광물 충전제를 포함하는, 캡슐.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 기능성 첨가제를 포함하는, 캡슐:
- 펜타에리트롤 테트라키스(3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트),
- 옥타데실 3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트,
- 트리스(2,4-다이-tert-부틸페닐) 포스파이트,
- 1,3,5-트라이메틸-2,4,6-트리스-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠,
- 2,4-비스[(옥틸티오)메틸)]-o-크레졸,
- 2,2t-다이하이드록시-4,4t-다이메톡시-벤조페논,
- 에틸렌 비스(옥시에틸렌) 비스-(3-(5-tert-부틸-4-하이드록시-m-톨릴) 프로피오네이트,
- 옥타데실-[3-(3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트,
- 2t, 3-비스[[3-[3,5-다이-tert-부틸-4-하이드록시페닐]프로피오닐]]프로피오노하이드라지드,
- 밀랍,
- 카나우바 왁스,
- 칸델릴라 왁스,
- 수맥(sumac) 왁스(재퍼니즈(Japanese) 왁스),
- 베리 왁스,
- 파라핀 왁스,
- 실리콘과 그 유도체,
- 수산화마그네슘,
- 스테아르산칼슘
및 이들의 혼합물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 조성물은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 점도 조절제 및/또는 상용화제를 포함하는, 캡슐:
- 다이쿠밀 퍼옥사이드(DCP),
- tert-부틸퍼옥시벤조에이트(TBPB),
- 헥사메틸렌 다이아이소시아네이트(HMDI),
- 다작용화된 스티렌-코-글리시딜 메타크릴레이트 올리고머(존크릴(Joncryl)(등록상표)),
- 트라이글리시딜 아이소시아누레이트(TGIC),
- 벤조일 퍼옥사이드(BPO),
- 메틸렌 다이페닐 다이아이소시아네이트(MDI).
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개방 장치(5)는 플레이트(51)를 포함하고, 상기 플레이트는 상기 플레이트의 상부 표면(511)으로부터 융기한 개방 요소(52)를 포함하고, 상기 개방 요소(52)는 상기 액체의 주입 동안 상기 성분 챔버 내의 액체 압력 상승의 영향 하에서 상기 하단 멤브레인(4)을 관통, 인열, 천공하도록 설계되는, 캡슐.
제12항에 있어서, 상기 개방 요소(52)는 예리한 뾰족한 단부를 제공하는, 캡슐.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 개방 장치(5)의 상기 플레이트(51)는 상기 플레이트의 상기 상부 표면(511)으로부터 상기 플레이트의 하부 표면(512)까지 연장되는 음료 배출 구멍(53)들을 포함하고, 상기 구멍들은 상기 융기한 개방 요소(52)들 사이에 위치되는, 캡슐.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하단 멤브레인(4)은
- 황산지(vegetable parchment) 층, 및
- 접착제 층,
- 생분해성 섬유인 섬유를 포함하는 부직 재료 층
을 연이어 포함하는 라미네이팅된 다층 재료이고;
황산지 지지체는 상기 개방 장치(5)를 향하는, 캡슐.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡슐 몸체(2)는 하단 벽을 포함하고, 상기 하단 벽은 상기 개방 장치(5)와 일체로 제조되는, 캡슐.