LU508268B1 - METHOD FOR MANUFACTURED A CAPSULE INTENDED TO RECEIVE A SUBSTANCE FOR THE PREPARATION OF A BEVERAGE - Google Patents
METHOD FOR MANUFACTURED A CAPSULE INTENDED TO RECEIVE A SUBSTANCE FOR THE PREPARATION OF A BEVERAGEInfo
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une capsule (1) destinée à recevoir une substance pour la préparation d'une boisson, ladite capsule comprenant un corps (1a) présentant une paroi latérale (2) bordée de part et d’autre par un fond (3) et par un rebord (4) entourant une ouverture (5) dudit corps, ledit procédé prévoyant de former le corps (1a) par moulage d’une pulpe de cellulose, d’enduire au moins la paroi latérale (2) dudit corps d’une formulation chimique apte à former sur ladite paroi un revêtement hydrophobe par un mécanisme réactionnel de type sol-gel, puis de soumettre ladite formulation enduite à des conditions réactionnelles pour former ledit revêtement hydrophobe. Figure 1The invention relates to a method for manufacturing a capsule (1) intended to receive a substance for preparing a beverage, said capsule comprising a body (1a) having a lateral wall (2) bordered on both sides by a base (3) and by a rim (4) surrounding an opening (5) of said body, said method comprising forming the body (1a) by molding a cellulose pulp, coating at least the lateral wall (2) of said body with a chemical formulation capable of forming a hydrophobic coating on said wall by a sol-gel type reaction mechanism, and then subjecting said coated formulation to reaction conditions to form said hydrophobic coating. Figure 1
Description
DPSTRA0011LU 1 LU508268DPSTRA0011LU 1 LU508268
PROCEDE DE FABRICATION D’UNE CAPSULE DESTINEE A RECEVOIRMETHOD FOR MANUFACTURING A CAPSULE INTENDED TO RECEIVE
UNE SUBSTANCE POUR LA PREPARATION D'UNE BOISSONA SUBSTANCE FOR PREPARING A BEVERAGE
L’invention concerne un procédé de fabrication d’une capsule destinée à recevoir une substance pour la préparation d'une boisson, ainsi qu’une telle capsule.The invention relates to a method for manufacturing a capsule intended to receive a substance for the preparation of a beverage, as well as such a capsule.
On connait des capsules dont le corps présente une paroi latérale bordée de part et d’autre par un fond et par un rebord entourant une ouverture dudit corps, la substance pour la préparation d’une boisson étant introduite dans ladite capsule par ladite ouverture, puis enfermée à l’intérieur de ladite capsule par association, par exemple par collage, d’un opercule sur le rebord pour occulter l'ouverture.We know of capsules whose body has a side wall bordered on both sides by a bottom and by a rim surrounding an opening of said body, the substance for the preparation of a drink being introduced into said capsule through said opening, then enclosed inside said capsule by association, for example by gluing, of a lid on the rim to cover the opening.
De telles capsules sont notamment destinées à la préparation d’une boisson chaude de type café, thé ou infusion. Pour ce faire, une capsule est installée dans le logement d'une machine prévue à cet effet, où elle est tenue par un piston pendant le passage d’un liquide extracteur, par exemple de l'eau chaude, a travers elle et la substance qu'elle contient, avant d’être expulsée de la machine par gravité après retrait du piston.Such capsules are primarily intended for preparing hot beverages such as coffee, tea, or infusions. To do this, a capsule is inserted into a designated compartment in a machine, where it is held in place by a piston while an extraction liquid, such as hot water, is passed through it and the substance it contains. The capsule is then expelled from the machine by gravity after the piston is removed.
La capsule doit être ouverte pour permettre l’écoulement de la boisson au travers d'elle, mais la substance doit être conservée dans la capsule avec de bonnes propriétés de barrière contre l'oxygène et l'humidité de l’air afin de préserver ses propriétés organoleptiques.The capsule must be opened to allow the drink to flow through it, but the substance must be kept in the capsule with good barrier properties against oxygen and air moisture in order to preserve its organoleptic properties.
Pour ce faire, on connaît des capsules dont le corps est formé par emboutissage d'une feuille de matériau métallique, notamment en aluminium. De telles capsules présentent de bonnes propriétés d'étanchéité à l’air et à l'humidité, mais s'avèrent onéreuses à produire, en plus d’être difficilement recyclables.To achieve this, capsules are known whose body is formed by stamping a sheet of metallic material, particularly aluminum. Such capsules offer good airtight and moisture-proof properties, but are expensive to produce and difficult to recycle.
On connaît également, par exemple des documents WO-2024/028247 etWe also know of, for example, documents WO-2024/028247 and
WO-2024/28248, des capsules dont le corps est formé par moulage d’une pulpeWO-2024/28248, capsules whose body is formed by molding a pulp
DPSTRA0011LU 2 LU508268 de cellulose, la paroi latérale dudit corps étant recouverte d’un revêtement et/ou d’une étiquette d’étanchéité.DPSTRA0011LU 2 LU508268 of cellulose, the side wall of said body being covered with a coating and/or a sealing label.
Ces capsules présentent un impact écologique amélioré, en ce qu’elles sont notamment biodégradables et compostables, tant au niveau industriel que domestique, et garantissent en outre une bonne conservation organoleptique de la substance qu’elles contiennent.These capsules have an improved ecological impact, in that they are biodegradable and compostable, both industrially and domestically, and also guarantee good organoleptic preservation of the substance they contain.
Toutefois, une capsule en cellulose présent l'inconvénient de ne pas être inerte vis-à-vis de l’eau, notamment sous l'effet combiné de la température et de la pression auxquelles elle est soumise lors de la préparation de la boisson.However, a cellulose capsule has the disadvantage of not being inert with respect to water, particularly under the combined effect of the temperature and pressure to which it is subjected during the preparation of the drink.
Ainsi, après utilisation, on peut constater un gonflement et/ou un ramollissement de la capsule qui peut nuire à son expulsion par gravité, notamment par une mauvaise interférence entre la machine et le rebord de ladite capsule.Thus, after use, swelling and/or softening of the capsule may be observed, which may hinder its expulsion by gravity, particularly due to poor interference between the machine and the edge of said capsule.
L’invention vise à perfectionner l’art antérieur en proposant notamment un procédé de fabrication et une capsule en cellulose dont l'expulsion par gravité après utilisation est fiabilisée.The invention aims to improve the prior art by proposing in particular a manufacturing process and a cellulose capsule whose expulsion by gravity after use is made more reliable.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un procédé de fabrication d’une capsule destinée à recevoir une substance pour la préparation d'une boisson, ladite capsule comprenant un corps présentant une paroi latérale bordée de part et d’autre par un fond et par un rebord entourant une ouverture dudit corps, ledit procédé prévoyant de former le corps par moulage d’une pulpe de cellulose, d’enduire au moins la paroi latérale dudit corps d’une formulation chimique apte à former sur ladite paroi un revêtement hydrophobe par un mécanisme réactionnel de type sol-gel, puis de soumettre ladite formulation enduite à des conditions réactionnelles pour former ledit revêtement hydrophobe.To this end, according to a first aspect, the invention proposes a method for manufacturing a capsule intended to receive a substance for the preparation of a beverage, said capsule comprising a body having a lateral wall bordered on both sides by a bottom and by a rim surrounding an opening of said body, said method providing for forming the body by molding a cellulose pulp, coating at least the lateral wall of said body with a chemical formulation capable of forming on said wall a hydrophobic coating by a sol-gel type reaction mechanism, and then subjecting said coated formulation to reaction conditions to form said hydrophobic coating.
Selon un second aspect, l’invention propose une capsule destinée à recevoir une substance pour la préparation d'une boisson, ladite capsule comprenant un corpsAccording to a second aspect, the invention provides a capsule intended to receive a substance for the preparation of a beverage, said capsule comprising a body
DPSTRA0011LU 3 LU508268 présentant une paroi latérale bordée de part et d’autre par un fond et par un rebord entourant une ouverture dudit corps, le corps étant formé par moulage d’une pulpe de cellulose, au moins la paroi latérale dudit corps étant pourvue d’un revêtement hydrophobe formé par un mécanisme réactionnel de type sol-gel.DPSTRA0011LU 3 LU508268 having a side wall bordered on both sides by a bottom and by a rim surrounding an opening of said body, the body being formed by molding a cellulose pulp, at least the side wall of said body being provided with a hydrophobic coating formed by a sol-gel type reaction mechanism.
D’autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence à la figure 1 annexée, qui représente en coupe axiale une capsule selon l'invention.Other features and advantages of the invention will become apparent in the following description, made with reference to the attached Figure 1, which represents an axial section of a capsule according to the invention.
En relation avec cette figure, on décrit ci-dessous un procédé de fabrication d’une capsule 1 destinée à recevoir une substance pour la préparation d’une boisson, ainsi qu’une capsule 1 pouvant notamment être fabriquée par mise en œuvre d’un tel procédé.In relation to this figure, a manufacturing process for a capsule 1 intended to receive a substance for the preparation of a beverage is described below, as well as a capsule 1 which can in particular be manufactured by implementing such a process.
La capsule 1 comprend un corps 1a présentant une paroi latérale 2 bordée de part et d’autre par un fond 3 et par un rebord 4 entourant une ouverture 5 dudit corps.The capsule 1 comprises a body 1a having a lateral wall 2 bordered on both sides by a bottom 3 and by a rim 4 surrounding an opening 5 of said body.
Le corps 1a est formé par moulage d’une pulpe de cellulose, et contient de préférence exclusivement de la cellulose, notamment issue à 100% de l’agriculture raisonnée et/ou biologique.Body 1a is formed by molding a cellulose pulp, and preferably contains exclusively cellulose, in particular 100% from sustainable and/or organic farming.
Ainsi, on peut fabriquer une capsule 1 facilement recyclable de façon peu coûteuse et avec un rendement élevé, avec des émissions de dioxyde de carbone réduites, notamment par rapport à un moulage par injection d’une matière plastique.Thus, it is possible to manufacture a capsule 1 that is easily recyclable in a low cost and with high yield, with reduced carbon dioxide emissions, especially compared to injection molding of a plastic material.
En outre, l’utilisation exclusive de cellulose permet d'obtenir une capsule 1 dont le corps peut être facilement composté, tant de façon industrielle que domestique, notamment avec une durée de compostage réduite (de l’ordre d’un mois) par rapport à la durée de compostage moyenne des capsules réalisées en matière plastique moulée compostable (environ 6 mois).In addition, the exclusive use of cellulose makes it possible to obtain a capsule 1 whose body can be easily composted, both industrially and domestically, in particular with a reduced composting time (on the order of one month) compared to the average composting time of capsules made of molded compostable plastic (approximately 6 months).
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En particulier, la capsule 1 est biodégradable et/ou compostable selon la normeIn particular, capsule 1 is biodegradable and/or compostable according to the standard
EN 13432.EN 13432.
Selon une réalisation, le corps 1a de la capsule 1 est formé par moulage par voie sèche d’une nappe de pulpe de cellulose, ce qui permet d’augmenter de façon considérable le rendement de fabrication de la capsule tout en limitant le nombre, l'encombrement et le coût des installations nécessaires, ainsi que les coûts en eau et en énergie.According to one embodiment, the body 1a of capsule 1 is formed by dry molding of a sheet of cellulose pulp, which makes it possible to considerably increase the manufacturing yield of the capsule while limiting the number, size and cost of the facilities required, as well as the costs in water and energy.
En particulier, le recours a un tel procédé de fabrication permet d'obtenir un rendement de production de capsules 1 de l’ordre de 1000 capsules par minute, pour un volume de production annuel supérieur au milliard de capsules 1.In particular, the use of such a manufacturing process makes it possible to obtain a production yield of capsules 1 of the order of 1000 capsules per minute, for an annual production volume exceeding one billion capsules 1.
Le procédé de fabrication par moulage par voie sèche du corps 1a de la capsule 1 prévoit de former une nappe de pulpe de cellulose, puis de thermoformer le corps 1a de la capsule 1 par moulage à chaud de ladite nappe.The dry molding manufacturing process of the body 1a of the capsule 1 involves forming a sheet of cellulose pulp, then thermoforming the body 1a of the capsule 1 by hot molding said sheet.
Selon une réalisation de ce procédé, on prévoit, préalablement au thermoformage, d'injecter de lair dans la nappe de pulpe de cellulose. En particulier, le procédé peut prévoir de : - Séparer des fibres de cellulose d’une source de cellulose, notamment par broyage d’une source naturelle de cellulose, telle que de la pulpe de bois, du coton, du lin, du chanvre, ou encore de la canne à sucre, ou d'une source de recyclage, telle que du papier, du carton ou du textile ; - recueillir les fibres de cellulose ainsi séparées sur un tapis roulant, notamment en leur injectant de l'air en amont de leur broyage, suivant un procédé appelé « air laid », de manière a former sur ledit tapis roulant une couche duveteuse, épaisse et dense, avec un grammage compris entre 300 et 15000 g/m? ; - compacter ladite couche duveteuse, notamment par passage entre deux rouleurs compresseurs, éventuellement chauffés, de manière à obtenirAccording to one embodiment of this process, prior to thermoforming, air is injected into the cellulose pulp bed. Specifically, the process may involve: - Separating cellulose fibers from a cellulose source, notably by grinding a natural cellulose source such as wood pulp, cotton, flax, hemp, or sugarcane, or a recycled source such as paper, cardboard, or textiles; - collecting the separated cellulose fibers onto a conveyor belt, notably by injecting air into them upstream of grinding, using a process called "air blowing," so as to form a thick, dense, fluffy layer on the conveyor belt, with a basis weight between 300 and 15,000 g/m²; - compacting the fluffy layer, notably by passing it between two compressor rollers, possibly heated, so as to obtain
DPSTRA0011LUDPSTRA0011LU
LU508268 une nappe de pulpe de cellulose d'épaisseur contrôlée, notamment comprise entre 500 et 700 um ; - préchauffer ladite nappe, notamment a une température comprise entre 150 et 170°C ; 5 - compresser ladite nappe ainsi préchauffée dans un moule de forme adaptée, notamment au moyen d’une presse hydraulique, avec une pression de l’ordre de 45 MPa, afin d'obtenir par thermoformage des corps 1a de capsule 1 à partir de ladite nappe compressée.LU508268 a cellulose pulp sheet of controlled thickness, in particular between 500 and 700 µm; - preheat said sheet, in particular to a temperature between 150 and 170°C; 5 - compress said sheet thus preheated in a mold of suitable shape, in particular by means of a hydraulic press, with a pressure of the order of 45 MPa, in order to obtain by thermoforming bodies 1a of capsule 1 from said compressed sheet.
Selon une autre réalisation de fabrication par moulage par voie sèche du corps 1a de la capsule 1, on prévoit de former la nappe sous la forme d’une feuille de pulpe de cellulose, présentant notamment une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm, par exemple de l’ordre de 0,75 mm. En particulier, la feuille peut être à base de pulpe de cellulose de type NBSK (Northern Bleached Softwood Kraft, ou kraft de bois tendre du Nord blanchie).According to another embodiment of manufacturing the body 1a of capsule 1 by dry molding, the layer is to be formed in the form of a sheet of cellulose pulp, having a thickness of between 0.5 and 1 mm, for example, on the order of 0.75 mm. In particular, the sheet can be based on NBSK (Northern Bleached Softwood Kraft) type cellulose pulp.
De façon avantageuse, la feuille peut être mouillée, par exemple par vaporisation d’eau en surface, avant le thermoformage, afin d’améliorer sa capacité de moulage tout en permettant l’évaporation de l’eau lors du thermoformage.Advantageously, the sheet can be moistened, for example by spraying water on the surface, before thermoforming, in order to improve its molding capacity while allowing the water to evaporate during thermoforming.
Selon une autre réalisation, le procédé peut prévoir de former le corps 1a de la capsule 1 par moulage par voie humide, c'est-à-dire par la préparation d’une pâte comprenant de la pulpe de cellulose en suspension dans de l’eau, le corps 1a de la capsule 1 étant formé avec ladite pâte avant son séchage.According to another embodiment, the process may involve forming the body 1a of the capsule 1 by wet molding, i.e. by preparing a paste comprising cellulose pulp suspended in water, the body 1a of the capsule 1 being formed with said paste before it dries.
La pulpe de cellulose utilisée permet d'obtenir la compatibilité alimentaire qui est nécessaire pour le conditionnement une substance de préparation d’une boisson dans la capsule 1, notamment en s’affranchissant de l'ajout d’un revêtement intérieur compatible avec la nourriture.The cellulose pulp used makes it possible to obtain the food compatibility which is necessary for the packaging of a beverage preparation substance in capsule 1, in particular by eliminating the need for the addition of an internal food-compatible coating.
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En particulier, la pulpe de cellulose utilisée est dépourvue de substances nocives pour la santé et/ou l’environnement, qui pourraient contaminer la substance de préparation de la boisson par contact avec le corps 1a de la capsule 1.In particular, the cellulose pulp used is free of substances harmful to health and/or the environment, which could contaminate the beverage preparation substance by contact with the body 1a of capsule 1.
De façon avantageuse, le procédé prévoit le moulage du corps 1a à partir d’une pulpe de cellulose comprenant de la cellulose microfibrillée (MFC, pour l’anglaisAdvantageously, the process involves molding the body 1a from a cellulose pulp comprising microfibrillated cellulose (MFC).
Micro-Fibrillated Cellulose), notamment entre 1% et 50% en poids de cellulose microfibrillée MFC.Micro-Fibrillated Cellulose), in particular between 1% and 50% by weight of microfibrillated cellulose MFC.
La cellulose microfibrilée MFC est constituée de microfibrilles de cellulose individualisées ou sous forme d'agrégats. Ces microfibrilles présentent généralement un diamètre de 2 à 20 nanomètres, et une longueur de l'ordre de quelques micrometres. Les agrégats de microfibrilles sont composés de plusieurs microfibrilles de cellulose agglomérées les unes aux autres.Microfibrillated cellulose (MFC) consists of individual cellulose microfibrils or aggregates. These microfibrils typically have a diameter of 2 to 20 nanometers and a length on the order of a few micrometers. Microfibril aggregates are composed of several cellulose microfibrils agglomerated together.
La production de cellulose microfibrillée MFC est basée sur la libération des éléments constitutifs de la paroi secondaire des fibres lignocellulosiques par des moyens mécaniques couplés à des prétraitements, enzymatiques ou chimiques.The production of microfibrillated cellulose (MFC) is based on the release of the constituent elements of the secondary cell wall of lignocellulosic fibers by mechanical means coupled with pretreatments, enzymatic or chemical.
Les fibres utilisées peuvent être des pâtes chimiques écrues ou blanchies, des pâtes mécaniques produites a partir de bois, des pâtes recyclées...The fibers used can be raw or bleached chemical pulps, mechanical pulps produced from wood, recycled pulps...
En relation la figure, le corps 1a de la capsule 1 présente une géométrie de révolution autour d’un axe central A formant une paroi latérale 2 qui s'inscrit globalement dans un tronc de cône à génératrice droite entre le fond 3 et le rebord supérieur 4.In relation to the figure, the body 1a of the capsule 1 presents a geometry of revolution around a central axis A forming a lateral wall 2 which is generally inscribed in a truncated cone with a right generatrix between the bottom 3 and the upper rim 4.
En variante non représentée, la paroi latérale 2 peut présenter une géométrie de révolution sensiblement cylindrique.In an alternative not shown, the side wall 2 may have a substantially cylindrical geometry of revolution.
La capsule 1 est équipée d’un opercule supérieur (non représenté) qui est associé au rebord 4 pour venir recouvrir l’ouverture 5, en formant dans ledit corps un compartiment de chargement de la substance.Capsule 1 is equipped with a top lid (not shown) which is associated with the rim 4 to cover the opening 5, forming in said body a compartment for loading the substance.
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Selon une réalisation, l’ouverture 5 peut permettre le chargement de la substance dans le compartiment qui est fermé à l’opposé par le fond 3, ladite ouverture étant ensuite fermée par l’opercule supérieur après ledit chargement.According to one embodiment, the opening 5 can allow the substance to be loaded into the compartment which is closed on the opposite side by the bottom 3, said opening then being closed by the upper lid after said loading.
Sur la figure, le fond 3 comprend une ouverture inférieure 6 destinée à être recouverte par un opercule inférieur (non représenté). En particulier, l’ouverture inférieure 6 peut être occultée en premier par l’opercule inférieur, afin de charger la substance dans le compartiment par l’ouverture supérieure 5, qui est ensuite fermée par l’opercule supérieur.In the figure, the base 3 includes a lower opening 6 intended to be covered by a lower lid (not shown). In particular, the lower opening 6 can first be covered by the lower lid, in order to load the substance into the compartment through the upper opening 5, which is then closed by the upper lid.
En variante, la capsule 1 représentée sur la figure peut être chargée par le fond 3. Dans ce cas, l’ouverture supérieure 5 est occultée en premier par I'opercule supérieur, puis la capsule 1 est retournée pour pouvoir charger la substance par l'ouverture inférieure 6, l’opercule inférieur étant ensuite associé à ladite capsule pour venir fermer ledit compartiment avant la préparation de la boisson.Alternatively, the capsule 1 shown in the figure can be loaded from the bottom 3. In this case, the upper opening 5 is first covered by the upper lid, then the capsule 1 is turned over so that the substance can be loaded through the lower opening 6, the lower lid then being associated with said capsule to close said compartment before the preparation of the drink.
La capsule 1 est notamment destinée à la préparation d’une boisson chaude de type café, thé ou infusion. Pour ce faire, la capsule 1 peut être disposée dans le logement d'une machine prévue à cet effet, afin d’y être traversée par au moins une broche pour injecter du liquide extracteur, notamment de l’eau chaude, dans la substance contenue dans la capsule 1. En particulier, la capsule 1 est tenue dans un piston lors de l’extraction avant d’être expulsée par gravité après retrait dudit piston en fin de préparation.Capsule 1 is specifically designed for preparing hot beverages such as coffee, tea, or infusions. To do this, capsule 1 can be placed in the housing of a machine designed for this purpose, where at least one pin passes through to inject extraction liquid, such as hot water, into the substance contained within capsule 1. In particular, capsule 1 is held in a piston during extraction before being expelled by gravity after the piston is removed at the end of the preparation process.
L’injection du liquide induit une augmentation de la pression dans le compartiment pour permettre, après rupture d’une paroi frangible de la capsule 1, l'écoulement de la boisson hors de ladite capsule.The injection of the liquid induces an increase in pressure in the compartment to allow, after rupture of a frangible wall of capsule 1, the flow of the drink out of said capsule.
Durant la préparation de la boisson, la capsule 1 est soumise à une injection d’eau de température comprise entre 86°C et 90°C et sous une pression qui peut aller jusqu’à 20 bars, pendant une durée d'environ 2 minutes. En particulier, pourDuring the preparation of the beverage, capsule 1 is subjected to an injection of water at a temperature between 86°C and 90°C and under a pressure of up to 20 bar, for a period of approximately 2 minutes. In particular, for
DPSTRA0011LU 8 LU508268 préparer une boisson de type café, la quantité d’eau injectée dans la capsule 1 est comprise entre 40 mL et 150 mL.DPSTRA0011LU 8 LU508268 to prepare a coffee-type beverage, the amount of water injected into capsule 1 is between 40 mL and 150 mL.
La capsule 1 représentée sur la figure est adaptée pour être disposée dans une machine dans laquelle elle est tenue par un piston muni de picots pour percer son fond 3 ou son opercule inférieur. En outre, le fond 3 ou l’opercule inférieur est traversé par au moins une broche pour injecter du liquide extracteur dans la substance contenue dans la capsule 1, ce qui induit une augmentation de pression dans le compartiment pour permettre, après rupture de l’opercule supérieur, l'écoulement de la boisson au travers de l’ouverture 5.The capsule 1 shown in the figure is adapted to be placed in a machine where it is held by a piston equipped with pins to pierce its base 3 or its lower lid. In addition, the base 3 or the lower lid is pierced by at least one pin to inject extracting liquid into the substance contained in the capsule 1, which induces a pressure increase in the compartment to allow, after the upper lid ruptures, the flow of the beverage through the opening 5.
En particulier, l'opercule inférieur peut être agencé pour être traversé facilement par les broches à injecter, notamment plus facilement que le fond 3 en cellulose de la capsule 1, afin de limiter les risques de déformation de ladite capsule lors de son utilisation.In particular, the lower lid can be arranged to be easily passed through by the injection pins, notably more easily than the cellulose base 3 of capsule 1, in order to limit the risks of deformation of said capsule during its use.
Par ailleurs, la machine comprend un socle pourvu d’un réseau de picots, sur lesquels l’opercule supérieur est destiné à venir se rompre sous l’effet de l'augmentation de pression dans la capsule 1, afin de permettre l'écoulement de la boisson.Furthermore, the machine includes a base equipped with a network of pins, on which the upper lid is designed to break under the effect of the increase in pressure in capsule 1, in order to allow the flow of the drink.
Selon un mode de réalisation non représenté, la capsule peut être agencée pour permettre la préparation d’une boisson par perçage de son opercule supérieur avec des broches d'injection de liquide extracteur, le fond de la capsule présentant alors des moyens pour permettre son ouverture sous l'effet de l'augmentation de pression dans ladite capsule, afin de permettre l'écoulement de la boisson par ledit fond.According to an embodiment not shown, the capsule can be arranged to allow the preparation of a beverage by piercing its upper lid with injection pins for extracting liquid, the bottom of the capsule then having means to allow its opening under the effect of the increase in pressure in said capsule, in order to allow the beverage to flow from said bottom.
A cet effet, le fond peut présenter un orifice central qui débouche dans le compartiment de conditionnement de la substance, ainsi qu’une paroi supérieure qui s'étend sensiblement radialement dans ledit compartiment, et sur laquelle estFor this purpose, the base may have a central opening that leads into the substance packaging compartment, as well as an upper wall that extends substantially radially into said compartment, and on which is
DPSTRA0011LU 9 LU508268 formé un réseau de picots en relief, une membrane perforable étant disposée dans ledit compartiment entre la substance et les picots en relief.DPSTRA0011LU 9 LU508268 formed a network of raised studs, a perforable membrane being disposed in said compartment between the substance and the raised studs.
En variante, le fond peut présenter des moyens de perforation sous forme de saillies qui s'étendent à l’extérieur de la capsule, en étant portées par une plaque pourvue d'orifices permettant le passage de la boisson, un opercule inférieur étant disposé en regard desdites saillies à l'intérieur du compartiment de conditionnement de la substance, en étant associé à un rebord annulaire entourant radialement lesdites saillies.Alternatively, the base may have perforation means in the form of projections extending outside the capsule, supported by a plate with openings allowing the passage of the beverage, a lower operculum being positioned opposite said projections inside the compartment for packaging the substance, being associated with an annular rim radially surrounding said projections.
Ainsi, lorsque la capsule 1 est placée dans une machine pour préparer une boisson, l’opercule supérieur 16 est traversé par au moins une broche pour injecter du liquide extracteur dans le compartiment, ce qui entraine une augmentation de la pression, sous l’effet de laquelle la membrane ou l’opercule inférieur vient se déchirer sur les moyens de perforation du fond 3, afin de permettre l'écoulement de la boisson par ledit fond.Thus, when the capsule 1 is placed in a machine to prepare a drink, the upper lid 16 is pierced by at least one pin to inject extracting liquid into the compartment, which causes an increase in pressure, under the effect of which the lower membrane or lid tears on the perforation means of the bottom 3, in order to allow the drink to flow through said bottom.
Après la fabrication du corps 1a, le procédé prévoit d’enduire au moins la paroi latérale 2 dudit corps d’une formulation chimique apte à former sur ladite paroi un revêtement hydrophobe par un mécanisme réactionnel de type sol-gel, puis de soumettre ladite formulation enduite à des conditions réactionnelles pour former ledit revêtement hydrophobe.After manufacturing body 1a, the process involves coating at least the side wall 2 of said body with a chemical formulation capable of forming on said wall a hydrophobic coating by a sol-gel type reaction mechanism, and then subjecting said coated formulation to reaction conditions to form said hydrophobic coating.
La demanderesse a constaté qu’un tel revêtement hydrophobe permettait de fiabiliser grandement l'expulsion par gravité de la capsule 1 après utilisation, notamment en ce qu'il rend sensiblement inerte ladite capsule vis-à-vis de la pression et de la température du liquide extracteur.The plaintiff noted that such a hydrophobic coating made it possible to greatly improve the reliability of the gravity expulsion of capsule 1 after use, in particular in that it makes said capsule substantially inert with respect to the pressure and temperature of the extracting liquid.
En particulier, les performances d’un revêtement hydrophobe formé par un mécanisme réactionnel de type sol-gel permettent de garantir la stabilité dimensionnelle et les propriétés mécaniques du corps 1a de la capsule 1 après utilisation, notamment en évitant son gonflement et/ou son ramollissement, afinIn particular, the performance of a hydrophobic coating formed by a sol-gel type reaction mechanism makes it possible to guarantee the dimensional stability and mechanical properties of the body 1a of the capsule 1 after use, notably by preventing its swelling and/or softening, in order to
DPSTRA0011LU 10 LU508268 pouvoir conserver l'interférence entre la machine et la capsule qui permet son expulsion par gravité à l'issue de la préparation de la boisson.DPSTRA0011LU 10 LU508268 to be able to maintain the interference between the machine and the capsule which allows its expulsion by gravity at the end of the preparation of the drink.
Selon une réalisation, le procédé prévoit d’enduire la formulation chimique sur la totalité de la surface du corps 1a de la capsule 1, afin de pouvoir bénéficier des performances du revêtement hydrophobe sur l’ensemble de la capsule 1.According to one embodiment, the process involves coating the chemical formulation over the entire surface of the body 1a of the capsule 1, in order to benefit from the performance of the hydrophobic coating over the entire capsule 1.
En variante, le procédé prévoit d’enduire la formulation chimique sur la majeure partie de la surface du corps 1a, notamment à l’exception d’un anneau formé sur la paroi inférieure 4a du rebord 4, sur lequel un bord périphérique du piston de la machine est destiné à venir en appui lors de la préparation de la boisson.Alternatively, the process involves coating the chemical formulation over most of the surface of the body 1a, notably with the exception of a ring formed on the lower wall 4a of the rim 4, on which a peripheral edge of the machine's piston is intended to come into contact during the preparation of the beverage.
Cette dernière variante permet de laisser au niveau de l’anneau une portion de cellulose sans revêtement hydrophobe, ce qui favorise l’étanchéité de l’appui du piston, et ainsi limite les risques de fuite de liquide extracteur et/ou de boisson durant l'extraction.This latter variant allows a portion of cellulose without hydrophobic coating to be left at the ring, which promotes the sealing of the piston support, and thus limits the risks of leakage of extractor liquid and/or beverage during extraction.
De façon avantageuse, la formulation chimique est biodégradable et/ou compostable, de manière à faciliter le recyclage de la capsule 1 après son utilisation. Par ailleurs, la formulation chimique présente des propriétés de compatibilité alimentaire, afin de pouvoir éviter linterposition d’une couche supplémentaire entre le revêtement hydrophobe et la substance de préparation de la boisson. De tels revêtements sont notamment décrits dans le documentAdvantageously, the chemical formulation is biodegradable and/or compostable, thus facilitating the recycling of capsule 1 after use. Furthermore, the chemical formulation exhibits food-grade compatibility, thereby avoiding the need for an additional layer between the hydrophobic coating and the beverage preparation substance. Such coatings are described in particular in the document
FR-3 136 236, WO-2022/112566, WO-2022/171893 et WO-2021/119220.FR-3 136 236, WO-2022/112566, WO-2022/171893 and WO-2021/119220.
Selon une réalisation, la formulation chimique comprend une suspension de particules colloïdales, qui est préparée en mélangeant notamment des précurseurs chimiques adaptés, notamment des alkoxydes et/ou des sels métalliques, par exemple de silicium (tétraéthylorthosilicate TEOS et/ou tétraméthoxysilane TMOS), de titane (tétra-n-butyl-titanate) et/ou d'aluminium (isopropoxyde d’aluminium), avec de l’eau, éventuellement complétée d’un solvant non aqueux, notamment a base d’éthanol et/ou de méthanol.According to one embodiment, the chemical formulation comprises a suspension of colloidal particles, which is prepared by mixing in particular suitable chemical precursors, including alkoxides and/or metallic salts, for example of silicon (tetraethyl orthosilicate TEOS and/or tetramethoxysilane TMOS), titanium (tetra-n-butyl-titanate) and/or aluminium (aluminium isopropoxide), with water, possibly supplemented with a non-aqueous solvent, in particular based on ethanol and/or methanol.
DPSTRA0011LU 11 LU508268DPSTRA0011LU 11 LU508268
Selon un mode de réalisation préféré, la formulation chimique est préparée à partir de précurseurs de silicium, notamment à base de TEOS et/ou de TMOS.According to a preferred embodiment, the chemical formulation is prepared from silicon precursors, in particular based on TEOS and/or TMOS.
Le solvant est agencé pour dissoudre les précurseurs chimiques et faciliter les réactions chimiques au sein de la suspension, et peut également influencer la vitesse du mécanisme réactionnel sol-gel nécessaire à la formation du revêtement hydrophobe, ainsi que la structure finale du matériau sur lequel est formé ledit revêtement hydrophobe.The solvent is arranged to dissolve chemical precursors and facilitate chemical reactions within the suspension, and can also influence the rate of the sol-gel reaction mechanism required for the formation of the hydrophobic coating, as well as the final structure of the material on which said hydrophobic coating is formed.
La présence d’eau est par ailleurs essentielle pour permettre I'hydrolyse des précurseurs, qui constitue une étape clé dans la formation du gel constituant le revêtement hydrophobe. En effet, l'eau provoque la rupture des liaisons chimiques M-OH (où M est un métal), en remplaçant les groupes alkoxyles par des groupes hydroxyles (-OH), ce qui permet d’initier la polymérisation du réseau de particules colloïdales.The presence of water is also essential to allow the hydrolysis of the precursors, which is a key step in the formation of the gel that constitutes the hydrophobic coating. Indeed, water causes the breaking of the M-OH chemical bonds (where M is a metal), replacing the alkoxyl groups with hydroxyl groups (-OH), which allows the polymerization of the colloidal particle network to begin.
La formulation chimique peut également comprendre au moins un catalyseur, notamment un acide tel que l'acide chlorhydrique ou une base telle que l’ammoniaque, afin de contrôler la vitesse des réactions d’hydrolyse et de condensation, la nature et/ou la quantité du(des)dit(s) catalyseur(s) déterminant les propriétés finales du matériau sur lequel est enduit le revêtement hydrophobe.The chemical formulation may also include at least one catalyst, in particular an acid such as hydrochloric acid or a base such as ammonia, in order to control the rate of the hydrolysis and condensation reactions, the nature and/or quantity of said catalyst(s) determining the final properties of the material on which the hydrophobic coating is applied.
Pour obtenir des propriétés hydrophobes, la formulation chimique comprend notamment des agents hydrophobes spécifiques tels que des silanes fluorés et/ou des organosilanes.To obtain hydrophobic properties, the chemical formulation includes specific hydrophobic agents such as fluorinated silanes and/or organosilanes.
La formulation chimique peut également comprendre d'autres additifs et/ou agents modificateurs, notamment des agents complexants, des agents stabilisants et/ou des modificateurs de surface, de manière à ajuster ses propriétés physico-chimiques, notamment sa viscosité, sa stabilité et/ou saThe chemical formulation may also include other additives and/or modifying agents, including complexing agents, stabilizing agents, and/or surface modifiers, to adjust its physicochemical properties, including its viscosity, stability, and/or its
DPSTRA0011LU 12 LU508268 mouillabilité. De tels additifs peuvent également permettre de contrôler la porosité et/ou la texture du revêtement hydrophobe final.DPSTRA0011LU 12 LU508268 wettability. Such additives can also be used to control the porosity and/or texture of the final hydrophobic coating.
Pour former le revêtement hydrophobe, le procédé peut prévoir de : - préparer la formulation chimique par : o hydrolyse, en mélangeant les précurseurs chimiques choisis avec de l'eau, afin de remplacer les groupes alkoxyles desdits précurseurs par des groupes hydroxyles (-OH) ; o condensation, par réaction des groupes hydroxyles entre eux, de manière à former des liaison M-O-M (où M est un métal), et à libérer de l’eau et/ou de l’alcoo!, en obtenant ainsi un réseau tridimensionnel; o g@élation, en laissant le réseau tridimensionnel s’étendre sur tout le volume du liquide, et ainsi y emprisonner l’eau et l’'éventuel solvant ; - enduire la formulation chimique au moins sur la paroi latérale 2 d’un corps 1a de capsule 1, notamment par trempage, pulvérisation ou transfert ; - former le revêtement hydrophobe en laissant vieillir, puis sécher ladite formulation chimique sur ladite paroi latérale, de manière à éliminer l’eau et léventuel solvant, et ainsi former une couche de revêtement hydrophobe poreuse et solide.To form the hydrophobic coating, the process may involve: - preparing the chemical formulation by: o hydrolysis, by mixing the chosen chemical precursors with water, in order to replace the alkoxyl groups of said precursors with hydroxyl groups (-OH); o condensation, by reaction of the hydroxyl groups with each other, so as to form M-O-M bonds (where M is a metal), and to release water and/or alcohol, thus obtaining a three-dimensional network; o gelation, by allowing the three-dimensional network to extend over the entire volume of the liquid, and thus trap the water and any solvent; - coating the chemical formulation at least on the lateral wall 2 of a body 1a of capsule 1, in particular by dipping, spraying or transfer; - to form the hydrophobic coating by allowing said chemical formulation to age and then dry on said side wall, so as to eliminate water and any solvent, and thus form a porous and solid hydrophobic coating layer.
Les conditions de température, de pH et/ou de temps de réaction peuvent étre ajustées durant n'importe quelle étape de formation du revêtement, de manière à en influencer les propriétés physico-chimiques finales. Ainsi, des températures basses permettent d’obtenir des formulations chimiques plus délicates, tandis que des températures plus hautes permettent d’accélérer la polymérisation du réseau.Temperature, pH, and/or reaction time can be adjusted at any stage of coating formation to influence the final physicochemical properties. Lower temperatures allow for more delicate chemical formulations, while higher temperatures accelerate network polymerization.
En particulier, après son enduction sur le corps 1a de la capsule 1, la formulation hydrophobe peut être soumise à un traitement thermique supplémentaire, afin de durcir et de densifier la structure du revêtement, mais aussi d’améliorer sonIn particular, after its coating onto the body 1a of capsule 1, the hydrophobic formulation can be subjected to further heat treatment, in order to harden and densify the coating structure, but also to improve its
DPSTRA0011LU 13 LU508268 adhésion à la paroi latérale 2 dudit corps et de développer ses propriétés physico- chimiques finales.DPSTRA0011LU 13 LU508268 adhesion to the lateral wall 2 of said body and to develop its final physico-chemical properties.
A l'issue du séchage du revêtement, les agents hydrophobes qu'il contient s’orientent vers la surface dudit revêtement, créant ainsi une couche superficielle hydrofuge. On obtient ainsi un revêtement a faible énergie de surface, qui fait perler les gouttes et les fait rouler, minimisant ainsi l'absorption d’eau et la contamination du corps 1a de la capsule 1.Once the coating has dried, the hydrophobic agents it contains orient themselves towards the surface of the coating, creating a water-repellent surface layer. This results in a low surface energy coating that causes droplets to bead and roll off, thus minimizing water absorption and contamination of the capsule body 1a.
L’usage d'un tel revêtement hydrophobe permet, du fait de sa composition en eau, de réduire l'usage de composés organiques volatils (COV), ce qui le rend plus écologique que les alternatives à base de solvants non-aqueux.The use of such a hydrophobic coating, due to its water composition, reduces the use of volatile organic compounds (VOCs), making it more environmentally friendly than alternatives based on non-aqueous solvents.
La formation dun revêtement par réaction sol-gel s'avère en outre particulièrement polyvalente, notamment pour les raisons suivantes : - elle peut être réalisée à des températures relativement basses par rapport à d'autres procédés d’enduction, ce qui permet de réduire la consommation d'énergie ; - elle permet de réaliser un contrôle très précis de la composition chimique dudit revêtement final, ; - elle permet un mélange homogène des précurseurs à l’échelle moléculaire, ce qui permet d’obtenir une distribution uniforme des matériaux dans ledit revêtement final, essentielle à l’obtention de propriétés physiques et chimiques uniformes dans tout ledit revêtement ; - elle permet la fabrication de différentes formes de revêtements, notamment sous formes de films minces.The formation of a coating by sol-gel reaction is also particularly versatile, notably for the following reasons: - it can be carried out at relatively low temperatures compared to other coating processes, which reduces energy consumption; - it allows for very precise control of the chemical composition of the final coating; - it allows for homogeneous mixing of precursors at the molecular level, which allows for a uniform distribution of materials in the final coating, essential for obtaining uniform physical and chemical properties throughout the coating; - it allows for the manufacture of different forms of coatings, including thin films.
Un tel revêtement hydrophobe sol-gel présente en outre les avantages suivants : - une bonne stabilité mécanique ; - une résistance à l’abrasion ; - une bonne durabilité, notamment dans différentes conditions environnementales ;Such a hydrophobic sol-gel coating also offers the following advantages: - good mechanical stability; - abrasion resistance; - good durability, particularly under different environmental conditions;
DPSTRA0011LU 14 LU508268 - une transparence optique ; - des fonctionnalités supplémentaires, notamment de protection contre les rayons du soleil (UV), la buée, la résistance a la corrosion, ou encore des propriétés autonettoyantes.DPSTRA0011LU 14 LU508268 - optical transparency; - additional features, including protection against sunlight (UV), fogging, corrosion resistance, and self-cleaning properties.
Pour pouvoir conserver les caractéristiques organoleptiques de la substance stockée avant son utilisation pour préparer une boisson, la capsule 1 doit étre étanche, notamment en formant une barrière contre la circulation de l’oxygène et de 'humidité, tant vers l'intérieur de ladite capsule, pour éviter l’altération de la substance qu’elle contient par l’air et l'humidité ambiants, que vers l’extérieur, notamment pour éviter 'asséchement d’une substance conditionnée sous forme humide et/ou graisseuse.In order to preserve the organoleptic characteristics of the stored substance before its use in preparing a beverage, the capsule 1 must be airtight, in particular by forming a barrier against the circulation of oxygen and moisture, both into the capsule, to prevent alteration of the substance it contains by ambient air and humidity, and outwards, in particular to prevent drying out of a substance packaged in a moist and/or fatty form.
En particulier, pour assurer une conservation optimale de la substance, la capsule 1 présente les caractéristiques suivantes : - un taux de transmission d'oxygène inférieur à 10 cm3®m?2jour.atm, notamment d’au plus 5 cm*/m° jour.atm, et plus particulièrement inférieur à 1 cm®m?Z.jour.atm, mesuré selon la norme ASTM D3985 ; - un taux de transmission de vapeur d’eau inférieur à 60 g/m.24h, et plus particulièrement inférieur à 10 g/m2.24h, mesuré selon la norme ASTMIn particular, to ensure optimal preservation of the substance, capsule 1 has the following characteristics: - an oxygen transmission rate of less than 10 cm³ m² day⁻² atm, specifically of no more than 5 cm³/m² day⁻² atm, and more specifically less than 1 cm³ m² day⁻² atm, measured according to ASTM D3985; - a water vapor transmission rate of less than 60 g/m² 24h, and more specifically less than 10 g/m² 24h, measured according to ASTM D3985.
E96 en condition tropicale (38°C et 90% d'humidité).E96 in tropical conditions (38°C and 90% humidity).
Avec de telles caractéristiques, la capsule 1 peut notamment être stockée : - avant son remplissage avec une substance de préparation d’une boisson : à une température comprise entre 15 et 25°C, et jusqu’à 50°C durant une durée maximale de 6 semaines durant son transport ; - apres remplissage : dans un lieu sec et tempéré, avec un taux d'humidité ambiant maximal compris entre 35 et 55%.With such characteristics, capsule 1 can in particular be stored: - before filling with a beverage preparation substance: at a temperature between 15 and 25°C, and up to 50°C for a maximum period of 6 weeks during transport; - after filling: in a dry and temperate place, with a maximum ambient humidity level between 35 and 55%.
Pour ce faire, le corps de la capsule 1 peut être soumis à un traitement préliminaire pour fermer les pores de la nappe de cellulose le constituant, afin de former une première barrière contre l’oxygène et la vapeur d'eau.To achieve this, the body of capsule 1 can be subjected to a preliminary treatment to close the pores of the cellulose layer constituting it, in order to form a first barrier against oxygen and water vapor.
DPSTRA0011LU 15 LU508268DPSTRA0011LU 15 LU508268
Par ailleurs, l’utilisation d’une pulpe de cellulose comprenant de la cellulose microfibrillée MFC contribue favorablement à l’étanchéité de la capsule contre l'oxygène et la vapeur d'eau, tout en favorisant la tenue mécanique du revêtement hydrophobe sur le corps 1a.Furthermore, the use of a cellulose pulp comprising microfibrillated cellulose MFC contributes favorably to the sealing of the capsule against oxygen and water vapor, while promoting the mechanical hold of the hydrophobic coating on the body 1a.
De façon avantageuse, le revêtement hydrophobe obtenu par le mécanisme réactionnel sol-gel est agencé pour présenter en outre des propriétés barrière contre l’oxygène et l'humidité, afin de limiter le nombre d’éléments nécessaires pour fabriquer la capsule 1, et ainsi de faciliter ladite fabrication et avec des coûts de production réduits. En outre, le revêtement hydrophobe permet de diminuer le nombre d’additifs incorporés dans la pulpe de cellulose.Advantageously, the hydrophobic coating obtained by the sol-gel reaction mechanism is designed to also exhibit barrier properties against oxygen and moisture, thereby reducing the number of components required to manufacture capsule 1 and thus facilitating its production at lower costs. Furthermore, the hydrophobic coating allows for a reduction in the number of additives incorporated into the cellulose pulp.
Le revêtement hydrophobe peut être avantageusement réalisé à base d’une formulation chimique comprenant un acide silicique, notamment à base d’oxoacide de silicium (SiOx, avec x variant entre 1,5 et 5, et notamment SiO4), de carbone et de nanoparticules. En effet, l’utilisation d’oxoacide de silicium permet d’obtenir un revêtement avec des propriétés barrière efficaces contre la diffusion de gaz et de vapeur d’eau, mais aussi avec une faible densité, une grande surface spécifique, et de bonnes propriétés d'isolation thermique.The hydrophobic coating can be advantageously produced using a chemical formulation comprising silicic acid, particularly silicon oxoacid (SiOx, with x ranging from 1.5 to 5, and especially SiO4), carbon, and nanoparticles. Indeed, the use of silicon oxoacid makes it possible to obtain a coating with effective barrier properties against the diffusion of gases and water vapor, as well as with low density, a large specific surface area, and good thermal insulation properties.
En variante, un revêtement et/ou une étiquette d’étanchéité additionnel(le)(s) peu(ven)t être appliqués sur la paroi latérale 2 de la capsule 1 en plus du revêtement hydrophobe, afin de renforcer et/ou d'apporter les propriétés spécifiques de barrière à l'oxygène et/ou à la vapeur d’eau recherchées pour garantir la conservation des propriétés organoleptiques de la substance.Alternatively, an additional sealing coating and/or label may be applied to the side wall 2 of the capsule 1 in addition to the hydrophobic coating, in order to reinforce and/or provide the specific oxygen and/or water vapor barrier properties required to ensure the preservation of the substance's organoleptic properties.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Effective date: 20260316 |