用于制备饮料胶囊的容器及其胶囊的制作方法

本发明涉及用于制备饮料诸如饮料生产机器中冲煮的咖啡或茶的饮料胶囊的领域。本发明特别地涉及胶囊的容器，其提供饮料物质诸如烘焙且研磨的咖啡或叶茶的存储和冲煮体积。

背景技术：

在家用或户外饮料制备领域，具有预剂量饮料成分的胶囊的使用极为普遍，原因在于便于制备并且所递送的饮料具有一致的质量。饮料质量高度取决于价值链的控制，包括：植物、叶片或咖啡豆(咖啡、茶等)的收获，咖啡豆的后期处理(烘焙、研磨等)，胶囊的制造(例如在受控气氛下进行填充和密封)，用于保护饮料成分的胶囊包装的选择(例如防止光、氧气、湿气)，以及在饮料机器中提取或注入的条件。

考虑到胶囊封装，最受欢迎的材料仍然是铝，这是由于其对光、湿气和氧气形成完全屏障的能力，其成形能力，其可预测的开口(例如，水注入和/或提取)，其抗压性，其具有吸引力的外观，其可回收性和有竞争力的制造成本。胶囊制造商也销售由聚合物制成的胶囊，但没有一种聚合物提供铝胶囊的所有优点。仅仅提及几个缺点，基于聚合物的胶囊对氧气提供更低和时间更短的防护，它们更难以刺穿以让水注入胶囊中，并且其中一些不可循环使用，也不可供家庭堆肥。

用于制备冲煮的咖啡或茶的胶囊的外表面优选地为着色的或具有印刷内容。由于这些胶囊的外侧可流体关联到热水源或接触冲煮的饮料，因此颜色或印刷油墨必须适于直接食物接触并且必须符合相应的法规。常规包装油墨不符合所述法规，因此必须避免那些油墨直接接触热水源。

此外，此类胶囊的铝容器必须足够深以提供足够的体积来存储饮料成分。特别地，容器的深宽比通常相对较大，从而迫使容器承受可能导致装饰性表面上出现缺陷如裂纹和/或层片的高应力。胶囊可在外侧上涂覆漆，诸如涂覆有色环氧树脂或聚酯漆。漆相对粘稠，从而使它们不适于递送精确或薄型印刷的图案。因此，一般能够仅通过这种方式进行粗略的印刷定义。gb1523244涉及由金属/塑料复合材料制成的拉伸容器，复合材料由仅在向容器内部呈现的表面上衬有塑料膜的金属层，金属层具有0.04mm至0.3mm的范围内的厚度，并且塑料膜为双轴取向并且具有在0.0008mm至0.025mm范围内的厚度。印刷的内容可设置在容器的外表面上并且最终可通过清漆诸如环氧树脂保护。清漆可用染料浸渍，但以液体形式涂覆或喷涂在容器上，因此不能印刷一个、两个或一系列油墨层的非常精确的图案。此外，染料可在清漆的外表面上接触食物并迁移至清漆的外表面。清漆也可包含不期望食物接触的化学物质。

us7968163b2涉及通过拉伸熨平和/或张拉而成形的涂覆有树脂的无缝罐，其具有在分布和抵抗凸缘破裂期间抵抗罐壁断裂的优异抗性。同样，通过硬化并干燥的涂覆油墨和涂饰清漆获得对罐的印刷。

jp2006176689a涉及能够通过防止双酚a从膜中洗脱而形成膜的涂层以及尤其适合用作罐内面或罐外面的涂层的涂层组合物。用于印刷铝罐的方法包括用涂层印刷铝罐的外面，并且然后在150℃至201℃下固化涂层20秒至45秒。

因此，需要用于饮料胶囊的深拉伸的可密封基于铝的印刷的容器但不表现出裂纹并且符合与食品直接接触有关的法规的解决方案。

技术实现要素：

本发明整体涉及用于制备包含饮料成分的饮料胶囊的容器，该容器由成形的层合结构构成，该成形的层合结构包括具有至少0.3的深宽比的杯部分以及周边凸缘。层合结构包括作为中间层的铝箔，并且在铝箔的内侧上包括密封层。层合结构还包括使用层合粘合剂层层合在铝箔的外侧上的至少一层外聚合物膜。外聚合物膜在其内表面处印刷。外聚合物膜由半结晶聚合物制成。优选地，外聚合物膜由具有介于20％和70％之间的结晶度的聚合物制成。更优选地，膜材料的结晶度介于20％和40％之间，最优选地介于23％和30％之间。

结晶度限定了相对于聚合物总量的结晶聚合物的量。结晶度根据dineniso11357-3:2013-4通过差示扫描量热法(dsc)测量。半结晶的25μm厚pet膜的玻璃化转变温度tg和熔化温度tm通过dsc确定，其中对于具有26.7％的结晶度的pet膜，tg为74℃并且tm为249℃。晶体尺寸通常约为10nm至20nm。

外聚合物膜优选地具有2000mpa至2700mpa的杨氏模量。优选地，外聚合物膜的杨氏模量介于2100mpa和2300mpa之间。

外聚合物膜由可深拉伸为杯形结构而不形成可见裂纹的材料制成。优选地，外聚合物膜具有介于40mpa和55mpa之间的断裂应力。

优选地，成形的结构的杯部分具有介于0.5和1.2之间的深宽比。结构优选地由平坦层合体深拉伸。

内部可密封膜被构造成用于防止铝直接接触食物，并且还提供容器能够密封到箔或封盖的能力，从而在填充饮料成分之后闭合容器以制备胶囊。

如本专利申请中所定义，外聚合物膜是油墨的功能屏障以防止油墨迁移到外膜外侧(即在外膜的外侧表面处)。膜的油墨屏障被布置成符合有关“旨在接触食物的塑料材料和制品”的欧洲法规ec10/2011。该法规提供功能屏障、塑料以及元素应当符合的可接受极限。术语“油墨”是指任何用于印刷或标记的制剂和/或进入油墨组合物的化合物，例如可由着色剂(颜料、染料)、粘结剂、增塑剂、溶剂、干燥剂和其它添加剂的组合制造的混合物。优选地，印刷的区域外侧的聚合物膜为半透明以允许至少95％的入射光穿过。

外聚合物膜可由单一聚合物层或由不同聚合物材料制成的两个或更多个层形成。聚合物材料优选地为非取向的以降低成形期间的破裂风险。

外聚合物膜优选地包含以下物质或由以下物质构成：半结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚酰胺(pa)、聚丙烯(pp)或它们的组合。

更优选地，外聚合物膜包含以下物质或由以下物质构成：非取向流延pet，非取向pa，非取向pp，非取向pa-evoh、pp-evoh或它们的组合。最优选地，外聚合物膜具有10μm至50μm、优选地15μm至30μm的平均厚度。在该厚度范围内，外聚合物膜提供防止油墨迁移的有效屏障。它还提供良好的油墨印刷保护，防止在堆叠容器、存储和运输期间出现诸如刮擦或磨蚀等机械侵害。

可使用层合粘合剂层将外聚合物膜粘接性地密封到铝箔上。层合粘合剂层优选地具有1μm至5μm的平均厚度。层合粘合剂层优选地具有3g/m²至8g/m²的每平方米质量。粘合剂层可由不同粘合剂的混合物或组合制成。优选地，层合粘合剂层由基于溶剂的粘合剂或此类粘合剂的混合物制成，诸如脂族基于聚氨酯的粘合剂。

铝箔优选地为具有50μm至250μm、优选地80μm至120μm的平均厚度的软退火铝箔。箔对容器提供刚度和可成形性并且提供对气体的屏障。铝箔在某种意义上是独立的，可在成形时赋予铝箔限定的形状。当烘焙且研磨的咖啡为主要饮料成分时，铝保护咖啡免受环境气氛氧化，并且防止咖啡的碳化气逸出密封的胶囊。铝优选地为具有100n/mm²至160n/mm²的拉伸强度和15％至30％的伸长a100的铝合金。最优选的铝等级为aa8011a合金。

粘接性地密封到铝箔内表面上的内密封膜或层可由一个聚合物层或两个或更多个聚合物层制成。内密封膜优选地选自：聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、热密封漆以及它们的组合。

在一个模式中，内密封层由优选地具有5g/m²至15g/m²、更优选地具有8g/m²至12g/m²的每平方米质量的热密封漆构成。

在另一种模式中，内密封膜由通过中间层合粘合剂层胶合到铝箔的聚丙烯(pp)或聚乙烯(pe)膜构成。pp或pe膜优选地具有25μm至35μm、更优选地28μm至32μm的厚度。层合粘合剂层优选地具有3g/m²至8g/m²、更优选地4.5g/m²至6g/m²的每平方米质量。内密封膜或层的选择可取决于膜或层在一侧上与容器结构的中间铝箔的密封相容性，以及当组装胶囊时在另一侧上与用于用闭合箔密封的闭合箔材料的密封相容性。

根据本发明的一个方面，容器的层合结构的外聚合物膜在其内表面处背面印刷。外聚合物膜优选地包含油墨层。外聚合物膜和油墨层一起构成背面印刷的聚合物层。用油墨在表面上的印刷可通过轮转凹版印刷或数字印刷进行。优点是可通过色点进行非常精确的图案印刷。可将不同颜色(包括黑色和白色)的油墨施加为叠加和/或并列的子层以制备图案。每个油墨子层优选地由多个油墨点组成。优选地，油墨层或子层包括20μm到80μm的点尺寸，更优选地20μm至60μm。此点定义能够制备非常锐利且有对比的图案和/或文字。

本发明还涉及用于制备饮料的包括如上所述容器的胶囊，其中容器包含饮料物质并且其中它通过密封到容器周边凸缘的闭合箔闭合。

对容器的成形的层合结构进行密封以提供闭合胶囊的胶囊的闭合箔可由铝箔构成。在该实施方案中，容器的层合结构的内密封层由热密封漆构成。另选地，其为铝和热密封漆的层合体。热密封漆用于将箔密封到内密封膜，特别地密封到pp或pe膜，或密封到容器的层合结构的内部密封膜的热密封漆。另选地，闭合箔为铝-pp的层合体或铝-pe的层合体。在所有这些模式中，铝箔优选地具有介于20μm和120μm之间、优选地介于30μm至40μm之间的平坦厚度。另选地，闭合箔不含铝，并且由在由聚烯烃制成的两个层之间包括气体屏障聚合物的多层聚合物构成。优选地，闭合箔由pp-evoh-pp、pp-evoh-pe或pe-evoh-pe构成。在该实施方案中，容器的层合结构的内密封层由热密封漆构成。

可将闭合箔设计成抵靠饮料生产机器的提取板并且通过对闭合箔施加的饮料的压力而撕裂。确定箔的厚度和/或聚合物的选择以提供所需的开口功能。从而闭合箔可通过形成一个孔口或多个小孔口来撕裂、刺穿和/或切开，以允许从胶囊中提取饮料和/或允许将液体(例如水)供应到胶囊内侧。闭合箔还可由带预制开口(例如，饮料出口和/或液体入口)的箔形成。在这种情况下，箔优选地至少部分地被覆盖这些预制开口的第二箔覆盖。本发明还涉及制备用于制备如上所述饮料胶囊的容器的方法，其中该方法包括以下步骤：

-提供可深拉伸的包装膜，该可深拉伸的包装膜包括：

-铝箔(9)，该铝箔作为中间层，

-密封层(10,16)，该密封层在铝箔(9)的内侧上，

-至少一层外聚合物膜(13)，该至少一层外聚合物膜使用层合粘合剂层(15)层合在铝箔(9)的外侧上，

其中外聚合物膜(13)在其内表面处印刷并且由半结晶聚合物制成，以及

-将包装膜形成为具有至少0.3的深宽比的杯部分(3)，并且将其形成为具有周边凸缘(4)。

优选地，可深拉伸的包装膜具有由半结晶材料制成的外聚合物膜，该半结晶材料具有介于20％至70％之间，优选地介于20％至40％之间的结晶度，并且具有2000mpa至2700mpa，优选地介于2100mpa和2300mpa之间的杨氏模量。最优选地，结晶度介于23％和30％之间。

可深拉伸的包装膜不仅可维持一定的延伸比，而且还允许保持成形工艺，尤其是不在聚合物膜中形成裂纹的深拉伸工艺。因此，包装膜具有40mpa至55mpa的断裂应力。延伸比是在膜带的最终长度和其初始长度之间的比例。可深拉伸的包装膜优选地具有至少1.6的延伸比，优选地包含介于1.6和5之间。延伸比是在膜带的最终长度和其初始长度之间的比例。

外聚合物膜是功能性屏障层，防止油墨微粒或其组分迁移至聚合物膜的外自由表面，即与铝箔相对铺设的半结晶聚合物膜的表面。

如本专利申请中所定义，外聚合物膜用作符合法规euno.10/2011及其修正“旨在接触食物的塑料材料和制品”中记录的功能屏障的定义的油墨功能屏障。该法规将功能屏障定义为食物接触材料或制品内任何类型材料的层，防止物质从该屏障后迁移到食物中并着色符合法规(ec)n.1935/2004“旨在关于接触食物的材料和制品”第3条的最终制品。

优选地，形成杯部分的步骤通过对可深拉伸的包装膜以一次或多次投射深拉伸来实现。更优选地，深拉伸步骤以两次或三次深拉伸投射获得。深拉伸投射的次数取决于要获得的容器的深宽比。一般来说，该比例越大，投射次数越多。

在成形步骤之前优选地通过步骤是将铝箔在一侧上与背面印刷的外膜层合并在相对侧上与可密封内膜层合，以形成平坦包装膜。在层合步骤期间，铝箔优选地在其两侧的每一侧上涂覆粘合剂层。层合或涂覆之后，固化粘合剂层以形成固体。

附图说明：

-图1示出了根据本发明的包括容器的胶囊的剖视透视图；

-图2示出了本发明的容器的横截面侧视图；

-图3示出了根据本发明第一实施方案的容器的包装结构的示意性横截面；

-图4示出了根据本发明第二实施方案的容器的包装结构的示意性横截面；

-图5是制造本发明的容器的方法的流程图；

-图6示出了带印刷内容的本发明的容器的第一实施例的图；

-图7示出了带印刷内容的本发明的容器的第二实施例的图。

具体实施方式：

图1示出了本发明的胶囊1的示例。胶囊包括具有杯部分3和凸缘部分4的容器2。胶囊还包括箔构件5，该箔构件诸如通过热焊接密封到凸缘部分4。容器限定包含饮料物质7(仅部分表示)的内部体积6。由于其构成材料以及容器2与箔构件密封，因此胶囊优选地不可透过流体，优选地不可透过气体。饮料物质可为可提取物质，诸如烘焙且研磨的咖啡或注入物质，诸如叶茶(例如粉末或碎片)。胶囊的尺寸和形状被设计成适于插入包括用于接纳胶囊的胶囊接收室的专用饮料生产机器。

机器通常包括液体(例如热水)注入装置，从而通过容器和饮料提取装置在胶囊中供应液体以从箔构件提取饮料。液体注入装置可包括用于将容器的底部8穿孔的刀片和/或针以及用于在胶囊接收室中供应液体的至少一个液体流道。当液体进入室中时，它还通过由刀片和/或针形成的穿孔在压力作用下逐渐填充胶囊。当液体的压力达到足够的水平时，箔构件5变形并最终通过形成孔口(例如通过撕裂、切割或破裂)而打开。开口(特别是孔口)可通过包括多个突起和通道的机器的提取板来控制。在提取期间，饮料流过物质并穿过箔构件的孔。这种提取方法和装置进一步描述于ep0512470。然而，本发明不限于专门用于此类方法和装置的容器或胶囊的制备。箔构件5可为具有预定液体出口的预穿孔箔，或者可为织造或非织造的过滤器或过滤纸或它们的组合。

一般来讲，容器3优选地具有至少0.3、优选地至少0.5、优选地至少0.7的深宽比。深宽比优选地包含介于0.8和1.2之间。如图2所示，测量在容器的底部7(在其内表面上)和内部周向线8在凸缘4和杯部分3之间相交的平面(p)之间的最大内部长度作为容器的深度(d)。测量垂直于深度(d)的容器的最大尺寸作为容器的宽度(w)。在例示的示例中，测量周向线8处杯部分的最大内部直径作为宽度(w)。应当指出的是，在凸缘4和杯部分3之间的容器的周向线8可为诸如所示示例中的圆形，或具有不同的形状，诸如多边形(例如八边形)、椭圆形或其它形式。

图3示出了本发明的容器的包装结构的第一模式。结构通常包括铝箔9、内密封层或膜10和外背面印刷的膜11。铝箔形成的层合体的中间层。内密封膜10形成与饮料成分接触的层。外背面印刷的膜11形成容器的外层。应当指出的是，结构可包括一个或多个另外的层。另选地或除此之外，每个膜可包括两个或更多个层。

背面印刷的膜包括半结晶聚合物薄膜13和印刷在聚合物膜13的内表面处的油墨层12。背面印刷的膜11使用层合粘合剂层15层合到铝箔。层合粘合剂层可由聚氨酯制成。背面印刷的膜11可包括一个层或若干个聚合物层；其中一个为防止油墨层12的油墨迁移到外聚合物膜13的外自由表面的至少一个屏障。在此模式中，聚合物膜13包括单一聚合物层。优选地，聚合物膜13是非取向流延pet。优选地，聚合物膜13具有至少10微米的厚度，优选地20微米至40微米，使得其可在存储期间(即在环境空气中)以及在装置中制备饮料期间对油墨迁移提供有效屏障。热饮料制备条件通常是介于10秒和120秒的短时间期间内，在90至95℃范围内的热水，以及可能4bar至15bar的高压。油墨层可作为一个或若干个相同或不同颜色的油墨点层施加。油墨点具有20μm至80μm、特别地20μm至60μm的优选尺寸。与背面印刷的聚合物膜相对的铝箔9的另一侧包括内密封层或密封膜10。密封层或膜10通过层合粘合剂膜14层合。优选地，内密封层由聚丙烯制成。层合粘合剂层可由聚氨酯制成。

图4示出了本发明的容器的印刷的结构的第二模式。包装结构包括铝箔9作为中间层或芯层。背面印刷的膜11使用层合粘合剂层15层合在铝箔的外侧上。背面印刷的聚合物膜11又由半结晶聚合物膜13和油墨层12构成，其中聚合物膜13用作屏障层以阻止油墨迁移到聚合物膜13的外自由表面。油墨层12形成在半结晶聚合物薄膜13和层合粘合剂层15之间的界面。与前一个实施方案相比，与背面印刷的聚合物膜11相对的铝箔的另一侧涂覆有热密封漆16的层，其中优选地不施加粘合层，即热密封漆直接施加到一个铝表面。

图5示出了从可深拉伸的包装膜制备本发明容器的主要步骤。

作为预备步骤20，通过任何合适的技术印刷外膜。优选地，通过轮转凹版印刷膜，因为该技术提供非常高清晰度的印刷。其它另选的印刷技术可为柔性版印刷、丝网印刷或数字印刷。可深拉伸的包装膜或平坦层合体的背面印刷优选地相对于既定的后续成形工艺进行变形校正。

仍然在预备步骤21中，将铝箔提交至热处理，特别是退火，以向箔提供最终的机械和物理特性。通常必须进行此类处理以赋予箔深度成形的能力。

在下一步骤22中，铝箔在其两侧的每一侧上涂覆粘合剂。在同一步骤中，在步骤20中获得的背面印刷的外膜10和外可密封膜11通过粘合剂与铝箔层合。优选地在单个步骤中将膜和粘合剂与铝箔层合。当然，可设想两个或更多个层合步骤，但这样使方法更复杂且没有特定优点。在任选的步骤23中，特别地，当使用聚氨酯作为粘合剂时，粘合剂固化。

在另选的模式中，铝箔与外聚合物层层合在一起，然后其内表面被涂覆热密封漆。

在下一步骤24中，层合体通常在裁切机中切割成若干个带，并且在成形步骤之前将带润滑。

最后，在下一步骤25中，通过对层合带以一次或多次投射深拉伸形成本发明的容器。

实施例-迁移测试：

根据欧洲法规(eu)10/2011将本发明胶囊的背面印刷的主体提交至迁移测试。所测试的胶囊的主体由包括背面印刷的pet-粘合剂-铝-密封漆的平坦层合体以胶囊的主体的形状和尺寸形成。pet具有10微米的平均厚度，铝箔具有90微米的平均厚度，并且密封漆具有8克的每平方米质量。

将外侧(即pet)暴露于3％的乙酸在70℃下2小时，并且针对特定迁移暴露于20％的乙醇在70℃下2小时在100℃下5分钟。根据en1186进行总体迁移。在浓缩20％乙醇迁移溶液(因数10)之后，添加内部标准物混合物(is1：10ppbd4-dbp；is2：100ppbd4-bbp、is3：10ppb2-乙基己基二苯基磷酸酯，以及is4：100ppbd4-dnnp)，并且使用gc-ms筛选程序针对成分和污染物分析迁移溶液。将检测的迁移物与ms数据库nist进行比较，并且通过100ppb内部标准物进行计算。通过经测试的模拟物获得的总迁移值低于根据欧委会法规(eu)no10/2011和瑞士有关接触食物的材料的法规的10±3mg/dm²的极限。

gc-ms筛选：在去掉坯料2小时后，gc-ms未检测到显著浓度>10ppb(＝0.01mg/kg食物)的物质。

gc-ms筛选：在去掉坯料5分钟后，gc-ms未检测到显著浓度>10ppb(＝0.01mg/kg食物)的物质。

假设接触1kg食物的面积为6dm²的立方形包装，计算具体的迁移值[mg物质/kg食物]。对于任何其它表面积/体积比，所得的具体迁移值不同。