IT201800009622A1 - Procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile da infusione, cialda compostabile cosi’ ottenuta e relativo elemento strutturale - Google Patents

Description

PROCEDIMENTO PER LA REALIZZAZIONE DI UNA CIALDA COMPOSTABILE DA INFUSIONE, CIALDA COMPOSTABILE COSI’

OTTENUTA E RELATIVO ELEMENTO STRUTTURALE

La presente invenzione si inserisce nel campo delle cialde compostabili da infusione.

Più precisamente, si riferisce a una cialda compostabile, realizzata grazie all’impiego di un procedimento migliorato di lavorazione di un film compostabile e all’eventuale inserimento di una relativa struttura di sostegno.

Esistono sul mercato cialde compostabili, che sono costituite da due strati termosaldati fra loro, fra cui è posizionato il caffè o altro prodotto da infusione. Tali cialde, tuttavia, presentano l’inconveniente di risultare poco resistenti alla perforazione e/o agli strappi.

Per questo motivo, è necessario impiegare degli strati piuttosto spessi, con ovvio conseguente spreco di materiale.

Resta quindi l’esigenza di ottenere delle cialde compostabili da infusione, che risultino resistenti agli strappi e alla perforazione accidentale.

Scopo della presente invenzione è quindi quello di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati e, in particolare, di realizzare una cialda compostabile da infusione, utilizzando materiali adattabili ed impiegabili per la realizzazione di cialde compostabili tramite macchinari standard già presenti in commercio. Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare una cialda compostabile e la sua relativa struttura, che consenta un facile inserimento del materiale da infusione ed una conseguente conservazione.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di realizzare una cialda compostabile da infusione, che risulti resistente agli strappi e alle perforazioni accidentali durante le fasi di realizzazione e/o di stoccaggio e trasporto.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile da infusione, secondo la rivendicazione 4 allegata, una cialda compostabile e la sua relativa struttura, secondo le rivendicazioni 1 e 7 allegate; altre caratteristiche di dettaglio del dispositivo sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

Forma pertanto oggetto della presente invenzione un elemento strutturale compostabile, per una cialda compostabile da infusione, comprendente un corpo principale anulare ed una serie di alveoli con ingresso affacciato verso l’interno del corpo principale.

Tale elemento strutturale pertanto ha vantaggiosamente un volume ridotto e conferisce alla cialda che lo conterrà una consistenza necessaria per il suo uso all’interno di macchine erogatrici di infusione, senza compromettere la sua compostabilità.

Secondo l’invenzione, possono essere previsti primi alveoli e/o secondi alveoli, che presentino, su un lato parallelo al piano di sviluppo principale del corpo principale, un’apertura; ad esempio, tali primi alveoli possono essere aperti verso una prima direzione, mentre i secondi alveoli possono essere aperti verso una seconda direzione.

Questo vantaggiosamente permette una distribuzione uniforme del materiale da infusione all’interno della cialda, in modo da favorire l’infusione di tutti gli ingredienti durante l’erogazione della bevanda.

In tal caso, secondo l’invenzione, tali primi alveoli e secondi alveoli possono essere disposti in maniera alternata lungo il corpo principale.

Forma ulteriore oggetto della presente invenzione un procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile contenente materiale da infusione, comprendente le seguenti fasi:

• prevedere un film compostabile ottenuto dall’accoppiamento di un primo strato in PLA con un secondo strato a base di amido di mais, in una grammatura compresa tra 98gr e 130gr;

• erogare liquido edibile vaporizzato sul primo strato del film compostabile;

• imbutire il film compostabile a caldo, fino ad ottenere sul film due o più incavi in modo che il primo strato sia affacciato verso l’interno dell’incavo e il secondo strato sia affacciato verso l’esterno dell’incavo;

• inserire all’interno di uno o più di detti due o più incavi il materiale da infusione in quantità prestabilite, in modo da avere almeno un primo incavo, dotato di materiale da infusione al suo interno e almeno un secondo incavo, libero da materiale da infusione al suo interno;

• selezionare un primo incavo ed un secondo incavo ed accoppiarli fra loro;

• saldare a freddo detti primo secondo incavi;

• tranciare il bordo di detti incavi lungo un riscontro, fino ad ottenere fino ad ottenere una cialda compostabile da infusione.

Questo permette vantaggiosamente di ottenere una cialda compostabile con prestazioni soddisfacenti sulla base dei parametri che saranno esposti nel prosieguo.

Nel dettaglio, il procedimento dell’invenzione può prevedere, dopo la fase di inserire all’interno di uno o più di detti due o più incavi il materiale da infusione in quantità prestabilite, e prima della fase di selezionare un primo incavo ed un secondo incavo ed accoppiarli fra loro, la seguente fase:

• pressare il materiale da infusione.

Questo diventa estremamente vantaggioso nel caso in cui il materiale da infusione prescelto sia una miscela di polveri caffè o simili, che sottoposti a pressione sono in grado di conferire alla cialda una struttura tale da permettere il suo utilizzo all’interno di macchine per l’erogazione di bevande infuse, senza perdita di efficienza o di materiale.

In alternativa, sempre secondo l’invenzione, il procedimento può prevedere, dopo la fase di imbutire il film compostabile a caldo e prima della fase di inserire all’interno di uno o più di detti due o più incavi il materiale da infusione in quantità prestabilite, la seguente fase:

inserire in uno o più di detti due o più incavi un elemento strutturale secondo quanto su indicato.

In questo modo, infatti, vantaggiosamente si può applicare la stessa tipologia di materiali e di fasi produttive anche alla realizzazione di cialde compostabili in cui il materiale da infusione prescelto sia a base di una miscela di foglie e/o fiori da thè o comunque da infusione, che sottoposti a pressione non sarebbero in grado di conferire alla cialda la struttura richiesta. La presenza dell’elemento strutturale, invece, sopperisce a questa mancanza, mantenendo comunque la possibilità di usare la cialda anche nelle macchine da erogazione di bevande infuse senza perdita di efficienza o materiale.

Forma ulteriore oggetto dell’invenzione una cialda compostabile da infusione caratterizzata dal fatto di essere realizzata tramite tale procedimento.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue, relativa ad una forma di realizzazione esemplificativa e preferita, ma non limitativa, del procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile da infusione, della cialda compostabile e della relativa struttura, secondo la presente invenzione, e dalla figura 1 allegata in cui si mostra una vista prospettica di una forma di realizzazione preferita della struttura per la cialda compostabile da infusione, secondo l’invenzione, quando appoggiata a un piano orizzontale.

In modo vantaggioso, il film compostabile prescelto per la realizzazione di una cialda compostabile da infusione dell’invenzione è realizzato dall’azienda Ahlstrom Munkjo, ed è ottenuto dall’accoppiamento di due differenti film: per la parte interna della cialda un film con base PLA , per la parte esterna della cialda una pergamena a base di amido di mais.

Il PLA (poli- acido lattico) o polilattico è un polimero derivato dal mais, dal grano o dalla barbabietola, ricchi di zuccheri naturali (destrosio). Questi zuccheri, tramite un processo di fermentazione, si convertono in acido lattico e possono quindi essere utilizzati per produrre differenti tipi di resine.

La pergamena è a base di amido di mais e altre materie prime naturali. La peculiarità di quest’ultima è la sua resistenza agli agenti atmosferici: immergendo infatti la pergamena in una speciale miscela liquida edibile, questa, a livello molecolare, acquisisce la barriera che la protegge dall’ossigeno.

Questa procedura, implica che la pergamena assuma delle caratteristiche meccaniche poco elastiche .

Accoppiando i due materiali si ottiene un film unico a barriera, con caratteristiche particolari e cioè resistenza sia alla pressione meccanica che alla temperatura e un grado di elasticità notevole.

Partendo dalla creazione di una cialda compostabile, utilizzando il film Ahlstrom compostabile, sono stati effettuati vari test, su film con differenti grammature e spessori, per verificare le caratteristiche del materiale.

Si è utilizzato inizialmente un film da 98gr (i grammi sono riferiti al metro quadro), non a barriera, ovvero non resistente all’ossigeno: tale film consente che le molecole di ossigeno penetrino all’interno della cialda, di conseguenza modificando ed alterando le qualità organolettiche del caffè. È stato modellato il materiale, utilizzando una termoformatrice a caldo.

Il film ha risposto in modo ottimale su tempi bassi del ciclo, ma utilizzando velocità più alte sono state riscontrate alcune rotture sulla parte esterna del film.

Umidificando il film, prima di termoformarlo, il problema della rottura è stato risolto anche utilizzando velocità di lavorazione più elevate. Questo ha fornito ulteriori dati che hanno permesso di sviluppare il processo finale di lavorazione.

Utilizzando la stessa tecnica, e cioè umidificando il film e apportando modifiche che riguardano la temperatura della formatrice, sono state fatte altre prove con grammatura e spessore diversi, nella fattispecie il 130, ma a barriera. Con l’espressione “a barriera”, invece si identifica un film che non dà luogo a trasferimenti di materia verso l’alimento - nel nostro caso, il caffè – tramite migrazione e/o cessione, infiltrazioni e naturalmente ossidazione dovuta dal contatto con l’aria (che contiene ossigeno). Il risultato è stato positivo ed il materiale ha risposto in modo ottimale.

Nella tabella sottostante sono presenti i test effettuati con diversi tipi di carta compostabile

• Non è presente la fase con PLA

• La carta è sempre stata inumidita prima del test, fatta eccezione per il no. 8

Tabella con i test svolti con film umidificato:

130 SI 50 max 130 NO

130 SI 50 max 130 NO

Dai test risulta che l’imbutitura del film avviene solo se questo viene umidificato preventivamente. Di conseguenza la macchina è dotata di un nebulizzatore a vapore che applica, nella parte interna del film compostabile, dell’acqua distillata. Successivamente il film viene termoformato da un imbutitrice a caldo con variazione di temperatura.

Questa procedura garantisce che il film compostabile non alteri le sue caratteristiche .

L’acqua infatti crea un sottile strato protettivo che consente al tampone che imbutisce di non cristallizzare - e quindi non rompere - il film, poiché la velocità di imbutitura è tale da agire solo sullo strato umido e non sul film stesso.

Il film, quindi, risulta mantenere - senza alterare -le sue caratteristiche elastiche, permettendo cosi di imbutirlo senza problemi.

PROCESSO DI SALDATURA

Creata la cialda di caffè , questa è stata introdotta all’interno delle due imbutiture.

E’ ora possibile passare alla seconda fase del processo: la saldatura.

Sono state valutate due differenti strategie di saldatura: una a caldo e una utilizzando gli ultrasuoni.

La prima saldatura utilizzata è quella a caldo, e cioè tramite un saldatore meccanico, che utilizza al suo interno una resistenza elettrica regolabile tramite una sonda di temperatura che ne indica la lettura in gradi. Tale processo genera questi risultati:

• Rigidità della corona esterna

• Cristallizzazione del materiale

• Indebolimento della struttura del prodotto

• Scarsa tenuta stagna

• Alterazione delle caratteristiche meccaniche del film.

La seconda, e sicuramente la più sicura, è quella ad ultrasuoni: utilizzando due generatori di ultrasuoni (Telsonic da 20 khz e Herrmann da 30 khz) con all’estremità un componente chiamato - in questo caso -sonotrodo a campana, è stato possibile eseguire diverse saldature.

Gli ultrasuoni saldano senza surriscaldare il prodotto e la fusione dei materiali saldati avviene a livello molecolare.

Tale processo genera questi risultati:

• Non altera le caratteristiche di elasticità del film

• Non cristallizza la corona esterna poiché la saldatura è a freddo

• Ottima tenuta stagna

• Velocizza il processo di lavorazione

TEST E ANALISI SUI PRODOTTI THE E CAFFE’

Sono stati eseguiti test sia sul caffè, sia sul the. Per il caffè viene utilizzata una pressa meccanica in linea con l’impianto di realizzazione della cialda, che forma la cialda direttamente all’interno della semi imbutitura precedentemente effettuata del film, rispettando le misure specifiche per la compatibilità con determinate macchine da infusione di diverse case produttrici. Dopo essere imbutita, infatti, si ottiene una semiluna di film compostabile, che passa poi sotto a un dosatore a coclea, che fa scendere la giusta dose di caffè: tra i 6.2 e i 6.5 grammi. Successivamente, la semiluna passa sotto al gruppo della pressa meccanica che, tramite un cilindro formatore, forma la cialda e allo stesso tempo aspira eventuali residui di caffè sul film esterno alla cialda, per garantire vantaggiosamente che la saldatura ad ultrasuoni sia efficace e priva di residui di caffè.

Per il the, invece, il procedimento richiede ulteriormente un inserto particolare, di polipropilene e/o di materiale compostabile .

Questo inserto è alloggiato all’interno della semiluna di film compostabile e successivamente viene riempito con la dose di the che è indicativa per ogni miscela utilizzata. A questo punto, la semiluna riempita non necessita di nessuna pressatura. Dopo il riempimento con la quantità stabilita, infatti, la semiluna riempita viene accoppiata all’altra semiluna ottenuta dall’imbutitura di un’altra porzione di film e infine sono saldate fra loro.

Sono stati utilizzati e approvati diversi anelli con diverse caratteristiche :

• Anello semplice senza scanalatura interna in polipropilene

• Anello semplice con scanalatura interna in polipropilene

• Anello lavorato in polipropilene

• Anello lavorato in PLA

Nel dettaglio, in riferimento alla figura 1, in una forma preferita di realizzazione l’anello, indicato genericamente con il riferimento numerico 10 può presentare una struttura alveolare affacciata verso l‘interno, in modo da ridurre al massimo il volume 11 dell’anello. Infatti, la serie di alveoli 1, 2, lasciano spazio al materiale da infusione per muoversi ed adagiarsi liberamente all’interno della mezzaluna della cialda. Questo tipo di struttura data dall’anello 10 e dai suoi alveoli 1, 2 al contempo mantiene una rigidità sufficiente a sostenere la cialda, senza che essa si rompa o si disfi durante l’uso all’interno della macchina da infusione.

Preferibilmente, più nel dettaglio, gli alveoli 1, 2 ricavati sulla superficie interna dell’anello sono aperti inferiormente e/o superiormente, considerando l’anello appoggiato su un piano orizzontale.

In altre parole: possono esserci primi alveoli 1, affacciati verso l’interno dell’anello 10 e aperti inferiormente, e/o secondi alveoli 2, sempre affacciati verso l’interno dell’anello 10 e aperti superiormente. Questo permette vantaggiosamente di avere una erogazione più efficiente della bevanda, avendo una maggiore superficie preposta all’infusione e una migliore struttura a livello meccanico.

In più, la struttura dell’anello è vantaggiosa per la realizzazione dello stesso, essendo ricavabile da uno stampo maschio/femmina.

La sua lavorazione interna, con l’accesso agli alveoli perpendicolarmente al flusso di erogazione della bevanda infusa, permette all’anello di non deformarsi durante quest’ultima fase, garantendo una stabilità strutturale ottima durante tutto il processo.

Ancora, gli alveoli 1, 2 dell’anello 10 possono essere aperti alternativamente superiormente e inferiormente, in modo da impiegare meno materiale possibile, pur mantenendo i vantaggi su descritti.

Queste soluzioni permettono di inserire quantità di materiale da infusione sia per le monodosi ( da 1.2 a 2 gr), ad esempio per erogare circa 120 ml di the, sia per cialde da doppia dose, ad esempio per erogare circa 240 ml di the, e quindi arrivando ad ospitare fino a 4.5 gr di prodotto macinato all’interno dell’anello.

CONCLUSIONI FINALI

In conclusione, per ottenere una cialda compostabile, ad esempio compatibile con una macchina del tipo di quelle conosciute con il nome commerciale di Nespresso professional, bisogna eseguire il seguente procedimento:

Per il Caffè:

• Imbutire il film compostabile Ahlstrom ( 98gr 130gr) utilizzando il processo di imbutitura su indicato, al fine di ottenere delle semilune di film • Dosare il caffè utilizzando un dosatore a coclea (da 6.2gr a 6.6gr)

• Formare la cialda di caffè utilizzando una pressa, preferibilmente in linea

• Accoppiare due semilune di film imbutite

• Saldatura a freddo con l’ausilio del sonotrodo da 20 o 30 khz

• Tranciatura a riscontro per ottenere il prodotto finito.

Per il the:

• Imbutire il film compostabile Ahlstrom (98gr 130gr) utilizzando il processo di imbutitura previsto • Inserire l’anello tramite un pick and place laterale

• Dosare il the in base alle caratteristiche richeste

• Accoppiare l’altra semi- imbutitura

• Saldatura a freddo con l’ausilio del sonotrodo da 20 o 30 khz

• Tranciatura a riscontro per ottenere il prodotto finito.

Si sono così constatati i vantaggi del procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile da infusione della presente invenzione.

Dalla descrizione effettuata risultano così chiare le caratteristiche della cialda compostabile da infusione e della relativa struttura, che sono anch’esse oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

E’ chiaro, infine, che numerose altre varianti possono essere apportate al procedimento, alla cialda e alla struttura in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell’idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri equivalenti.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento strutturale (10) compostabile per cialda compostabile da infusione, caratterizzato dal fatto di comprendere un corpo principale (11) a conformazione anulare ed una serie di alveoli (1,2) con ingresso affacciato verso l’interno del corpo principale (11).
2. 2. Elemento strutturale (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere primi alveoli (1) e/o secondi alveoli (2), i primi alveoli (1) presentando un lato parallelo al piano di sviluppo principale del corpo principale (11) aperto verso una prima direzione, i secondi alveoli (2) presentando un lato parallelo al piano di sviluppo principale del corpo principale (11) aperto affacciato verso una seconda direzione, opposta alla prima direzione.
3. 3. Elemento strutturale (10) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto di presentare primi alveoli (1) e secondi alveoli (2) disposti in maniera alternata lungo il corpo principale (11).
4. 4. Procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile contenente materiale da infusione, comprendente le seguenti fasi: • prevedere un film compostabile ottenuto dall’accoppiamento di un primo strato in PLA con un secondo strato a base di amido di mais, in una grammatura compresa tra 98gr e 130gr; • erogare liquido edibile vaporizzato sul primo strato del film compostabile; • imbutire il film compostabile a caldo, fino ad ottenere sul film due o più incavi in modo che il primo strato sia affacciato verso l’interno dell’incavo e il secondo strato sia affacciato verso l’esterno dell’incavo; • inserire all’interno di uno o più di detti due o più incavi il materiale da infusione in quantità prestabilite, in modo da avere almeno un primo incavo, dotato di materiale da infusione al suo interno e almeno un secondo incavo; • selezionare un primo incavo ed un secondo incavo ed accoppiarli fra loro; • saldare a freddo detti primo e secondo incavo; • tranciare il bordo di detti incavi lungo un riscontro, fino ad ottenere una cialda compostabile da infusione.
5. 5. Procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che, dopo la fase di inserire all’interno di uno o più di detti due o più incavi il materiale da infusione in quantità prestabilite, e prima della fase di selezionare un primo incavo ed un secondo incavo ed accoppiarli fra loro, è prevista la seguente fase: • pressare il materiale da infusione.
6. 6. Procedimento per la realizzazione di una cialda compostabile secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto che, dopo la fase di imbutire il film compostabile a caldo e prima della fase di inserire all’interno di uno o più di detti due o più incavi il materiale da infusione in quantità prestabilite, è prevista la seguente fase: • inserire in uno o più di detti due o più incavi un elemento strutturale (10) secondo una delle rivendicazioni 1-3.
7. 7. Cialda compostabile da infusione caratterizzata dal fatto di essere realizzata tramite il procedimento secondo una delle rivendicazioni 4-6.