(57)【要約】  少なくとも７０℃の融点を有する植物由来ワックスを含む組成物は、紙や厚紙などのセルロース系材料を防水処理するために使用することができる。好適なワックスとしては、サトウキビワックス及びライスワックスが挙げられる。ステアリン酸などの界面活性剤によって、下にある材料への組成物の付着が改善される。得られた防水積層体は、経済的に再生できる。積層体から作製したホット飲料カップは、防水性であり、最初に部品に分離せず再生可能である。防水性であり再生可能なコーヒーポッド及び飲用ストローは、防水積層体を用いて製造される。
2021535235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙を防水処理するための組成物であって、
７０℃を超える融点を有する第１植物由来ワックス、及び
７０℃を超える融点を超える第２植物由来ワックス、
を含む組成物。
【請求項２】
前記第１植物由来ワックスがサトウキビワックスである、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記第１植物由来ワックスがライスワックスである、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記第１植物由来ワックスがサトウキビワックスであり、
前記第２植物由来ワックスがライスワックスである、
請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
界面活性剤をさらに含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
前記界面活性剤が食品グレードの界面活性剤である、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
前記界面活性剤がアニオン性界面活性剤である、請求項１に記載の組成物。
【請求項８】
前記界面活性剤がカルシウムステアレートである、請求項５に記載の組成物。
【請求項９】
前記組成物の少なくとも９９．６重量％が、少なくとも前記第１植物由来ワックス及び前記第２植物由来ワックスを含む植物由来ワックス、並びに、少なくとも前記界面活性剤を含む界面活性剤の群、によって形成される、請求項５に記載の組成物。
【請求項１０】
前記サトウキビワックスが前記組成物の少なくとも４体積パーセントを形成する、請求項２に記載の組成物。
【請求項１１】
前記サトウキビワックスが前記組成物の４．６体積％を形成する、請求項１０に記載の組成物。
【請求項１２】
前記カルシウムステアレートが前記組成物の少なくとも０．４体積％を形成する、請求項８に記載の組成物。
【請求項１３】
前記第１植物由来ワックス及び前記第２植物由来ワックスの少なくとも１つが、少なくとも１８個の炭素原子及び３２個以下の炭素原子の鎖長を有する炭化水素のアルコールを有するワックスを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項１４】
少なくとも１８個の炭素原子及び３２個以下の炭素原子の鎖長を有する炭化水素のアルコールを有する前記ワックスが、前記ワックス中のすべてのアルコールの約７０重量パーセントを形成する、請求項１３に記載の組成物。
【請求項１５】
ＰＥＴペレット装置で使用するためのペレットであって、
直径５ミリメートルのサイズのペレットを含み、
前記ペレットが７０℃を超える融点を有する植物由来ワックスを含む、
ペレット。
【請求項１６】
前記ペレットが、７０℃を超える融点を有するさらなる植物由来ワックスを含む、請求項１５に記載のペレット。
【請求項１７】
前記ペレットが界面活性剤を含む、請求項１５に記載のペレット。
【請求項１８】
方法に従って作製された紙を防水処理するための組成物のペレットであって、前記方法が下記を含む、ペレット：
７０℃を超える融点を有する第１植物由来ワックスを粉砕すること、
７０℃を超える融点を有する第２植物由来ワックスを粉砕すること、
界面活性剤を粉砕すること、
粉砕後、前記ライスワックス、前記サトウキビワックス及び前記カルシウムステアレートを混合して混合物とすること、
前記混合物を押し出すこと、並びに
押出後に前記混合物を切りペレットとすること。
【請求項１９】
防水積層体であって、
液体に面するための第１表面及び前記第１表面に対向する第２表面を有するセルロース系製品、並びに
前記セルロース系製品を防水処理するための請求項１に記載の組成物の層であって、前記第１表面上に配置されている層、
を含む防水積層体。
【請求項２０】
前記セルロース系製品が紙である、請求項１９に記載の防水積層体。
【請求項２１】
高温液体を保持するためのカップであって、
紙製の包囲された壁であって、前記高温液体に面するための内面を有する壁、
紙製の底部であって、前記壁内に装着され、前記高温液体と接触するための上面を有する底部、並びに
請求項１に記載の組成物の層であって、前記内面及び前記底部の前記上面の上に配置されている層、
を含むカップ。
【請求項２２】
ホット飲料を作るためのポッドであって、
請求項２１に記載のカップ、及び
前記壁に連結されて、フィルターの上のカップ内に粉砕物を保持するチャンバーを作製するフィルターであって、液体に対して透過性があり、前記粉砕物に対して非透過性であるフィルター、
を含むポッド。
【請求項２３】
インジェクタによって貫通されるように構成された上部であって、前記カップを被覆する上部をさらに含む、請求項２２に記載のポッドであって、
前記壁が、前記インジェクタが前記上部を貫通しドレーンが前記底部を貫通するときに潰れない十分な剛性を有している、
ポッド。
【請求項２４】
飲料を飲むためのストローであって、
内面を有する紙の管、及び
前記内面上に配置されている、請求項１に記載の組成物の層、
を含むストロー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、参照により本明細書に組み入れられる、２０１８年４月２０日に出願された米国仮出願シリアル番号第６２／６５９，１８６号及び２０１８年１１月１４日に出願された米国非仮出願第１６／１９１，４２６号に関連している。
【０００３】
連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載
適用なし
【０００４】
共同研究契約のある当事者
適用なし
【０００５】
コンパクトディスクで提出された資料の参照による引用
適用なし
【背景技術】
【０００６】
本発明は、紙を防水処理するための植物系ワックス組成物に関する。
【０００７】
カップは飲料を保持するために使用される。歴史的にカップは陶器、ガラス、金属及び木などの材料で作製されていた。そのような材料で作製したカップは、十分に高価であり、作製が困難であり、カップの再利用を妥当なものとするのに十分な耐久性があった。そのような材料で作製したカップの欠点は、カップが高価すぎて廃棄できないことである。その結果、カップをある場所にて保管、洗浄、再使用した。このようなカップの使用者は、飲料を飲み終えると、カップを洗浄及び再使用できるように、カップを残すか、又は後に返却する。
【０００８】
使い捨てカップは、一回のみの使用のために十分に安価な材料から作製され、食洗機のない場所で飲料を飲んだり、又は飲料を出先に持って行ってカップを返却しなかったりすることができる。飲用者は、飲料を飲み終えた後に、場所に関係なく、カップをゴミとして廃棄する。
【０００９】
使い捨てカップの隠れたコストは、使い捨てカップを埋め立て地に移動するコストと、使い捨てカップを分解させる環境コストを含む廃棄コストである。
【００１０】
使い捨てカップの隠れたコストを軽減するために、解決策は使い捨てカップの再生を必要とし得る。再生は、埋め立て地に投入される材料の量を減少させることによって隠れたコストを低減する。さらに、再生は原材料を枯渇させる隠れたコストを削減する。
【００１１】
あいにく以下に詳述する理由により、最も好ましい形態のホット飲料容器は、費用効果の高い方法で再生できない。
【００１２】
セルロース材料（例えば紙や厚紙）は、使い捨てのホット飲料容器の作製によく使用される材料の１つである。
【００１３】
図２は、先行技術によるカップアセンブリ１を示す。カップアセンブリは、紙カップ１０を含む。紙カップは、リム１１、円錐台状壁１２及び底部１３を含む。リム１１、円錐台状壁１２及び底部１３は、コート板紙で作製されている。コート板紙は、板紙１４の層を含む。板紙１４は、木材チップや植物などの様々な材料を粉砕してパルプにし、パルプを板紙１４として押し出すことによって作製されている。コート板紙は、板紙１４の内面に適用された、見えないプラスチックコーティングを含む。ポリエチレン（ＰＥ）は最も一般的なプラスチックコーティングである。プラスチックコーティングは、板紙１４が紙カップ１０内に保持されている液体から水分を吸収するのを防止する。カップアセンブリ１は、円錐台状壁１２の周囲に断熱スリーブ２０を含むことができる。断熱スリーブ２０は、紙カップ１０に保持されている液体からの熱伝達を防止する。これにより、断熱スリーブ２０は、液体の温度を維持し、人が紙カップ１０を持ったときに手の火傷又は凍傷を防止する。断熱スリーブ２０は、通例、紙又は段ボールで作製され、円錐台状壁１２周囲に接着することができる。カップアセンブリ１は、紙カップ１０及び蓋３０を含むことができる。蓋３０は、通例、全体が再生不能資源のプラスチック製である。蓋を含むカップアセンブリは、通例５重量％のプラスチックと９５重量％の紙である。米国では毎年５００億（５×１０１０）個の紙カップが最終的に埋め立て処分されている。紙カップは分解するまで２０年超を必要とする。
【００１４】
ホット飲料を保持する使い捨てカップは、紙のみで作製することはできない。添加剤がなければ、セルロース材料は湯を吸収して軟化するため、セルロース材料のみではホット飲料容器の作製に満足な材料ではない。液体を吸収したセルロース容器は軟化するため、容器が潰れずに保持することはできない。最終的に、セルロース容器は、紙が水と共にスラリーを形成するのに十分な水を吸収し、紙が裂け、液体がセルロース容器から漏れる。
【００１５】
紙単独の問題を解決するために、添加剤を使用してセルロース材料の防水性を向上させる。
【００１６】
そのような添加剤の１つが粘土である。粘土は一部が液体に溶解し、液体の色や味を変化させる可能性があるため、好ましくない。粘土の代わりに、カップ製造者は紙カップの内側と外側の両方にワックスを噴霧する技術を開発した。
【００１７】
パラフィンワックスは、カップのコーティングに使用される最も一般的なタイプのワックスである。パラフィンワックスは、石油、石炭又はオイルシェールから得られる白色又は無色の軟固体であり、２０〜４０個の炭素原子を含有する炭化水素分子の混合物からなる。パラフィンの融点は通例、約４６〜６８℃である。
【００１８】
コールド飲料の場合、カップの表面にワックスを添加して、セルロース材料による水の吸収を防止することができる。例えば、パラフィンコート牛乳容器は、米国特許第２，７５０，０９５号に記載されている。ワックス紙カップが生分解性であるのは、両方の構成材料（即ち紙及びワックス）が生分解性であるためである。ただし、パラフィンは再生不能資源から作製されているため、パラフィンワックスの隠れたコストは上昇する。
【００１９】
あいにく、パラフィンワックス紙カップは、ホット飲料によって、パラフィンワックスがその融点を超える温度まで加温されるため、ホット飲料では使用できない。パラフィンワックスの融点はホット飲料の温度よりも低いため、パラフィンワックスはホット飲料で使用される紙の防水処理には適さない。茶、ココア、コーヒーなどのホット飲料は、７１．１℃〜８５℃の間の温度で提供されることが多い。ただし、試験によって示された、コーヒーの好ましい飲用温度は６０℃＋／−８．３℃である。とにかく、ホット飲料がカップ内にあると、パラフィン及び他の同様の融点のワックスは溶融する。次に、ワックスが溶融して層が損なわれると、下にあるセルロース材料が露出して液体を吸収するようになり、これにより、前述のような破損が生じる。
【００２０】
粘土とワックスは、ポリエチレン（ＰＥ）コートカップの開発後に好まれなくなった。ＰＥコートカップでは、紙又は板紙はＰＥの極薄層でコーティングされている。ＰＥは紙を防水処理して、カップのシームを接合し密封する。
【００２１】
ＰＥコートカップには、ポリエチレンで被覆されたベースカップ厚紙材が含まれている。このような場合、紙カップの原紙は「カップ厚紙」又は「カップストック」と呼ばれ、特殊な多重抄紙機で作製される。カップ厚紙には、防水処理用バリアコーティングが添加される。カップ厚紙は剛性が高く、ウェットサイジングが強い。カップ厚紙グレードは、カップ製造工程向けの特別な設計がなされている。ポリエチレンコート紙積層体の例は、米国特許第５，２８６，５３８号に記載されている。カップ厚紙の坪量は１７０〜３５０ｇ／ｍ２である。
【００２２】
衛生要件を満たすために、紙カップは通常、未使用の（非再生）材料から製造される。これに対する１つの例外は、紙カップが保温用の追加断熱層を備えている場合であり、単壁カップを包囲する波形層などのこのような層は、飲料と接触しない。
【００２３】
紙カップをＰＥでコーティングすると、ＰＥコートカップが再生できなくなるという副作用がある。
【００２４】
毎年、１，０００億（１００×１０９）個以上の使い捨てカップが米国の埋め立て地に送られている。米国では、毎年約５８０億（５８×１０９）個の使い捨て紙カップが廃棄されている。
【００２５】
大半の紙カップは、プラスチックコートされたバージン紙で作製されている。毎年２千万（２０×１０６）本の木が採取され、紙カップが作製される。さらに、紙カップ４個につき０．４ｋｇの二酸化炭素排出量が発生する。４５０億リットル（４５×１０９リットル）の水を使用して、１年分の紙カップが製造される。紙カップの製造と廃棄に費やしたエネルギーで、年間５万３千（５３×１０３）件の家庭に電力を供給することができる。
【００２６】
使い捨てカップが再生可能源又は再生材料から作製される場合、任意の材料の使い捨てカップの環境コストは軽減される。使い捨てカップが再生可能又は再生材料で作製される場合、使い捨てカップを製造するための環境コストは、再生不能及びバージン材料で作製された使い捨てカップと比較して低くなる。使い捨てカップが再生可能又は生分解性材料から作製されている場合、使い捨てカップを廃棄するための環境コストは、再生不能及び非生分解性材料から作製されたカップと比較して低い。
【００２７】
紙及びＰＥは一般的かつ経済的に個別に再生されるが、再生可能にするために紙とＰＥを分離する必要があり、ＰＥコート紙はＰＥから紙を分離するのが非常に困難でコストがかかりすぎるため、ＰＥコート紙カップを再生することはできない。即ち、ＰＥコート紙カップでＰＥから紙を分離するコストは、得られた紙とＰＥの再生によって得られる利益を上回る。
【００２８】
フォームカップは紙カップの代替品である。しかし、フォームカップも生分解性ではない。
【００２９】
米国では毎年２５０億（２５×１０９）個のフォームカップが消費されている。大半のフォームカップは、独立気泡押出ポリスチレン（ＰＳ）フォームで作製されている。独立気泡ポリスチレンフォームの例は、スタイロフォーム（登録商標）の商標で販売されている。ポリスチレンは、非生分解性の石油系プラスチックである。ポリスチレンには、埋め立て地から浸出してヒトの健康及び生殖系を脅かすおそれのある有毒化学物質が含有されている。フォーム屑は、浮遊し、土壌及び水質汚染の重要な構成成分を形成するため、封じ込めが困難である。ポリスチレンは、鳥類、魚類、野生生物が摂取すると死に至るおそれがある。ポリスチレン製造は、有害廃棄物の５番目に大きい工業的発生源である。
【００３０】
ポリスチレンの再生率は低く、埋め立て地で少なくとも５００年（５００年以上）にわたって沈滞する。ポリスチレンが処分会社によって焼却されると、焼却によって最大９０（９０以下）の有毒で危険な化学物質が生成される。
【００３１】
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ又はＰＥＴＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）などのポリマーで完全に（即ち紙なしで）作製されたカップは、有用な代替品とはならない。そのようなカップは熱伝導が良すぎる。その結果、人々はホット飲料を保持しているポリマーのみのカップを持つことができない。
【００３２】
米国のレストラン、カフェ及びイベントで数百億個の使い捨てプラスチックカップが捨てられた。米国の航空業界だけでも、年間９０億（９×１０９）個のプラスチックカップが使用されている。プラスチックは、製造、使用、廃棄など、その存在のあらゆる状態で汚染を生じる。米国では、１人あたり年間２８キログラム（２８ｋｇ）のプラスチックが製造されている。プラスチックは、埋め立てスペースの最大３０％（≦３０％）を形成する。
【００３３】
２０１０年には、プラスチックカップの再生率が非常に低かったため、無視できると見なされた。
【００３４】
プラスチックゴミは、すべての海洋ゴミの最大８０パーセント（８０％以下）を占める。我々の海には、プランクトンの６倍のプラスチックゴミがあると推定されている。プラスチックから浸出する有害な化学物質は、新生児を含む、ほぼすべてのヒトの体内に存在する。
【００３５】
ポリエチレンでコーティングすると再生できない紙に加えて、紙に接着するとポリエチレン自体の再生がより困難となる。
【００３６】
ポリエチレンの層が適用された紙は、ポリエチレンから経済的に分離することはできない。そのため、せいぜい、コートカップ全体を供した後に、コートカップのポリエチレン部分のみを再生することができるだけである。コートカップの紙の部分は、通例、焼却され、再生されない。より通例には、コートカップ全体が焼却されるだけで、ポリエチレンは再生すらされない。焼却の代わりに、コートカップ全体を埋め立て地に配置される可能性がある。プラスチックコーティングは生分解を遅延させ、汚染物質の浸出を引き起こす。埋め立て地に配置すると、ＰＥコート紙は分解し、温室効果ガスであるメタンを放出する。
【００３７】
ＰＥコート紙カップには、アセトアルデヒド、トリゴネリン、リンゴ酸、カリウムイオンを含む、有毒であり得るさらなる化合物や改質剤が含まれている。
【００３８】
アセトアルデヒドは、香水、爆発物及びワニスの製造に使用される。アセトアルデヒドは、食品にリンゴ／バター香調を導入するために使用する香料添加物でもある。アセトアルデヒドはアルコールを消費した後に存在し、二日酔いの症状の一部の原因となる。
【００３９】
トリゴネリンは苦味を有するアルカロイドである。
【００４０】
カリウムイオンＫ＋は、適正な心拍から安定した血圧、神経膜の分極まで、あらゆるものの調節に使用される体内の必須ミネラルである。
【００４１】
ＰＥコート紙カップのさらなる欠点は、マイクロ波不対応であることである。空のＰＥコートカップでは、ポリエチレン積層体はマイクロ波への暴露時に発火するおそれがある。満杯のＰＥコートカップでは、ポリエチレン積層体は、電子レンジにかけると、毒素を分離して飲料中に浸出させるおそれがある。
【００４２】
使い捨ての単回使用コーヒーポッドは、ますます汚染源となっている。使い捨てのコーヒーポッドは、一貫した味の飲料を生成する制御されたシステムを提供するので、顧客にとって好ましい。さらに、１回分量により、各飲用者は自分の分だけの量の飲料を作ることができる。
【００４３】
ただし、使い捨ての単一ユーザーポッドの人気が高まるにつれて、使用済みポッドの廃棄による汚染が増加する。
【００４４】
キューリグ（ＫＥＵＲＩＧ）（登録商標）の商標で販売されている１人分のコーヒーポッドは、互いに効率的に分離できない材料の混合物を含むため、商業的にリサイクルできない。米国特許第５，３２５，７６５号は、この種の飲料フィルターカートリッジについて記載している。飲料フィルターカートリッジは、ポリエチレンカップを含む。フィルターはカップに装着されている。フィルターは液体を透過させるが、コーヒー粉砕物は透過させない。フィルターは、カップ内に２個のチャンバー、即ちフィルターの上の上部チャンバーとフィルターの下の下部チャンバーを形成する。コーヒー粉砕物などの飲料媒体が上部チャンバーに配置される。リムにてカップの側壁にはカバーが接合されている。カバーは、内面にポリエチレン層が貼り付けされ、上面にインクで印刷された、アルミ箔である。
【００４５】
図９〜１４は、先行技術によるコーヒーポッド５０を示す。コーヒーポッド５０は、カップ、フィルター６０及び上部８０を含む。
【００４６】
ポッドを使用するには、ポッドを飲料メーカに配置する。飲料メーカを閉じると、上部は鋭利なウォータースパウト（ｗａｔｅｒ  ｓｐｏｕｔ）によって貫通され、水が上部チャンバーに進入できるようになる。同時に、カップ底部が貫通されて、出来上がった飲料を放出できるようになる。
【００４７】
使い捨てコーヒーポッドの部品は、分離すると再生可能である。カップは熱可塑性物質、例えばポリエチレンである。フィルターは紙である。コーヒー粉砕物は本質的にセルロースである。カバーはアルミ箔である。カバーライナーはポリエチレンフィルムである。
【００４８】
ただし、再生可能にするためには、使い捨てコーヒーポッドの部品材料を互いに分離する必要がある。実際には、部品を分離するコストが非常に高いため、ポッドの商業的再生は費用効果が高くない。その結果、ポッドは再生業者によって拒絶され、他のゴミと共に埋め立て処分される。使い捨てポッドのポリエチレン部分及びアルミニウム部分は生分解性ではなく、埋め立て地に事実上永久に残存する。
【００４９】
図９〜１４は、先行技術によるコーヒーポッド５０を示す。コーヒーポッド５０は、より広い上端及びより狭い下端を有する円錐台状壁５２を有する。環状リム５４は、上端に沿って配置されている。底部５７は、より狭い下端に配置されている。壁５２、リム５４及び底部５７は、１片の成形ポリエチレンから作製されている。陥凹端５９は、リム５４に隣接する壁の上部に形成される。底部５７にはリング７０が形成されている。円形上部５８はリム５４に付着されている。上部５８は、アルミニウム箔の上面及び下面にポリエチレン層が付着されたアルミニウム箔からなる。
【００５０】
フィルター６０は、図示されていない粉砕物を保持し、飲料がフィルター６０を通過できるようにする。フィルター６０は、概して円錐台形状の壁６４を有する。壁６４は襞が付けられている。底部６２は、壁６４の下端に連結されている。壁６４の上端は、陥凹端５９に装着及び付着されている。
【００５１】
先行技術のコーヒーポッド５０を再生できないのは、コーヒーポッド５０の各種部品材料は、それらの再生を経済的に妥当なものとするのに十分容易に分離できるためである。即ち、ポリエチレン部品（壁５３、リム５４及び底部５７）は、セルロース部品（フィルター４０及び粉砕物）及びアルミニウム部品（上部５８）から分離できない。
【００５２】
飲用ストローは、食品及び飲料業界によって発生する再生不能なもう１つの廃棄物源である。歴史的に、ストローはらせん状に巻き付けられた紙の細片の層で作製された。そのような紙ストローの例は、米国特許第３７５，９６２号に示されている。未処理の紙ストローは、紙カップのように水を吸収し、パルプ状になり、機能しなくなる傾向がある。ポリスチレン又はポリプロピレンからなるプラスチック製ストローは、紙ストローよりも良好に機能する、製造費用の安い代替品となった。ただし、プラスチック製ストローは生分解性ではなく、補充不能な資源からなる。
【００５３】
サトウキビワックスは、サトウキビ中に自然に発生する。サトウキビワックスは、サトウキビからの砂糖生産の副産物である。サトウキビワックスは、ワックスの重量の約７０％が、Ｃ１８からＣ３２の鎖長を有する長鎖炭化水素のアルコール、Ｃ１８〜Ｃ３２の鎖長を有するワックス酸、ω−ヒドロキシカルボン酸及び芳香族カルボン酸で構成されるワックスとして特徴付けられる。サトウキビワックスは、さらに脂肪アルコール（ワックスアルコール）及びジオールを含むことがある。その上、サトウキビワックスの約５〜１０％は、非エステルジオール、ベヘン酸、セロチン酸、リグノセリン酸又はメリシン酸などの長鎖ワックス酸及び飽和炭化水素で構成されている。
【００５４】
サトウキビワックスのエマルジョンを使用して果物や野菜を洗浄すると、光沢を与え、貯蔵寿命を延ばすことができる。サトウキビワックスは難消化性で健康に無害である。その精製形態では、淡い黄色がかった色をしている。サトウキビの融点は７５〜８０℃である。
【００５５】
ライスワックスは、コメ（オリザサティバ（Ｏｒｙｚａ  ｓａｔｉｖａ））のぬか油から抽出した植物性ワックスである。ライスワックスの主成分は、脂肪族酸（ワックス酸）及び高級アルコールエステルである。脂肪族酸は、パルミチン酸（Ｃ１６）、ベヘン酸（Ｃ２２）、リグノセリン酸（Ｃ２４）、その他の高級ワックス酸からなる。高級アルコールエステルは、主にセリルアルコール（Ｃ２６）及びメリシルアルコール（Ｃ３０）からなる。ライスワックスは、遊離脂肪酸（パルミチン酸）、スクアレン及びリン脂質などの構成要素も含有する。ライスワックスの融点は７７〜８６℃である。
【発明の概要】
【００５６】
本発明の目的は、この一般的な種類及び先行技術の材料の欠点を克服する、再生可能な耐湯性の紙を製造するための組成物を提供することである。
【００５７】
本発明のさらなる目的は、既存のポリエチレン−紙積層体製造機で使用できる、組成物のペレットを提供することである。
【００５８】
本発明のさらなる目的は、組成物を含む防水紙積層体を提供することである。
【００５９】
本発明のさらなる目的は、再生可能な防水積層体から作製した再生可能なホット飲料カップを提供することである。
【００６０】
本発明のさらなる目的は、紙の表面に再生可能な防水コーティングを適用することを含む、紙を防水処理する方法を提供することである。
【００６１】
本発明のさらなる目的は、防水処理紙から防水カップを製造する方法を含む、紙を防水処理する方法を提供することである。
【００６２】
本発明のさらなる目的は、廃棄前に加工する必要なく他の紙と共に再生することができる防水紙及び厚紙積層体を提供することである。
【００６３】
本発明のさらなる目的は、既存の使い捨てホット飲料容器の総コストよりも低い総コストでホット飲料容器を提供することである。総コストには、製造コスト、材料コスト、廃棄コスト及び埋め立てコストが含まれる。再生可能な紙カップの環境上の利点は、代替されるＰＥコートカップの量をカウントすることだけでなく、不要になるプラスチックカップ及びフォームカップの量を加えることによっても測定できる。
【００６４】
本発明のさらなる目的は、ＰＥコート紙及び厚紙を、再生可能、生分解性及び有機性である防水紙及び厚紙で代替することである。
【００６５】
本発明のさらなる目的は、ポリエチレンを代替可能であり、既存のポリエチレン紙積層体製造機で使用できる、再生可能な防水処理組成物を提供することである。
【００６６】
本発明のさらなる目的は、再生可能及び生分解性であり、あらゆる天然及び再生材料から作製された防水紙積層体を提供することであり、並びに
【００６７】
本発明は、顧客の施設及びニーズに適合するように調整し、（従来の化学インクではなく）顔料で印刷した製品をエンドユーザに提供する。
【００６８】
本発明のさらなる目的は、再生可能資源から作製されるあらゆる天然非石油系積層体を提供することである。
【００６９】
本発明のさらなる目的は、ポリエチレン紙積層体工程で現在使用されている既存の機械で使用できる製品を提供することである。
【００７０】
本発明の目的によれば、紙及び厚紙を防水処理するための組成物が提供される。この組成物は、ホット飲料の温度よりも高い、少なくとも６０℃の融点を有する植物由来ワックスを含む。植物由来ワックスは、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）と同様の加工品質を備えるべきである。
【００７１】
サトウキビワックス及びライスワックスは、好適な種類の植物由来ワックスである。サトウキビワックス及びライスワックスは、融点が６０℃以上、より好ましくは７０℃以上であるため、紙を防水処理するコーティングに好適である。サトウキビワックス及びライスワックスはＬＤＰＥと同様の融点を有するため、サトウキビワックス及び／又はライスワックスを含むペレットは、紙のコーティングに使用される既存の機械で使用できる。
【００７２】
サトウキビワックスを単独で紙に適用すると、最初は付着することが判明したが、湯への長時間の暴露後に、紙基材から分離し始めた。
【００７３】
ライスワックスは、追加のワックスを用いずに、紙上に押し出して、ホット飲料用の紙を防水処理することができる。しかし、高温の液体に長時間暴露された後、ライスワックスは紙からの分離を開始した。
【００７４】
付着性を改善するために、サトウキビを同様の植物由来ワックスと混合した。ライスワックスは、サトウキビワックスとの混合時に特に有用な成分であることが判明した。サトウキビワックスとライスワックスの混合物からなる防水層は、湯への暴露時に長期間付着し、防水性を維持することが判明した。
【００７５】
組成物の紙への付着は、サトウキビワックスのパーセンテージと共に増大した。さらに、サトウキビワックスがワックスの総体積の少なくとも５％（５％以上）を形成する組成物は、ホット飲料用途で使用するための紙に効果的に付着することが判明した。即ち、サトウキビワックスが組成物のワックス体積の少なくとも５％を形成する組成物は、ホット飲料カップを効果的に形成することが判明した。
【００７６】
防水処理組成物の付着性は、組成物に界面活性剤を添加することによってさらに改善された。安全性と再生可能性のために、食品グレードの界面活性剤を選択した。カルシウムステアレートは、好適な食品グレードの界面活性剤であることが判明した。少なくとも１０分の４体積パーセント（０．４％）の界面活性剤を含む組成物によって、紙への付着が改善された。
【００７７】
組成物は、以下の方法に従ってペレットに形成することができる。サトウキビワックス、ライスワックス、カルシウムステアレートを小さい粒径に粉砕する。次に、混合物を押し出し、所望のサイズの小片に切る。通例、ペレットのサイズは、代替されるポリエチレンペレットと同じである。ペレットサイズの例は、直径５ミリメートル（５ｍｍ）である。
【００７８】
防水処理組成物のペレットは、ポリエチレンペレットと同様の特性を有するべきである。同様の加工要件を有することにより、ＰＥで裏打ちされたカップの製造に使用されている既存の機械を、本発明によるペレットで使用することができる。低密度ポリエチレンの融点は、通例１０５〜１１５℃である。
【００７９】
目的に応じて、本発明は、再生可能な防水積層体を含む。積層体は、セルロース系製品、例えば紙又は厚紙を含むことができる。液体に面するためのセルロース系製品の表面上に、組成物の層が配置される。組成物のさらなる層を、セルロース系製品の反対面に適用することができる。組成物は、セルロース系製品の表面に直接付着させることができる。又は、セルロース系製品の表面と組成物の層との間に追加の層（例えばプライマ又はサイジング）を添加することができる。
【００８０】
参照により本明細書に組み入れられている米国特許第４，４５５，１８４号に記載されているような製造方法及び製造機を使用して、積層体を製造することができる。組成物のペレットは、機械のホッパーに配置される。ペレットはヒーターに供給され、ヒーターで溶融される。次いで、溶融組成物は、溶融組成物の層として押し出される。組成物の層は、防水処理されるセルロース系製品の表面上に配置される。層を、圧力ロールとチラーロールの間を通過させて、組成物の層を配置し、セルロース系製品に付着させて、積層体を製造する。
【００８１】
再生可能な防水カップは、前述の防水処理組成物を使用して形成することができる。最初の事例では、以前に製造した防水積層体をカットしてカップアセンブリに形成することができる。カップアセンブリは、壁内に装着された円形底部を有する円錐台状壁を有する。紙の処理面をカップの内側に向けて配置する。第２の事例では、紙カップを、組成物で処理されていない紙から組み立てる。次に、完成したカップに防水処理組成物を噴霧する。
【００８２】
本発明のさらなる目的は、部品を分離せずに再生できる使い捨てのコーヒーポッドを提供することである。この目標を達成するために、使い捨てコーヒーポッドでは、カップを形成するコポリマーを、組成物で処理したセルロース系製品から作製した前述の防水積層体で代替することができる。すべての部品が生分解性であり、再生用の紙として適しているため、防水積層体、ペーパーフィルター及び使用済みコーヒー粉砕物を含む使用済みポッドは、再生前に部品に分離する必要はない。
【００８３】
本発明のさらなる目的は、商業的に再生可能であり、ポッドの上部及び下部に貫通するコーヒーメーカー装置での使用時に潰れない、使い捨てのコーヒーポッドを提供することである。使い捨てコーヒーポッドに２回（上部に１回、下部に１回）貫通することによって機能するコーヒーメーカー装置の例は、キューリグ（ＫＥＵＲＩＧ）（登録商標）及びネスプレッソ（ＮＥＳＰＲＥＳＳＯ）（登録商標）の商標で販売されている飲料製造機である。
【００８４】
使用中に潰れない商業的に再生可能な使い捨てコーヒーポッドを形成するために、カップ及びポッド上部は、本発明による防水積層体で作製されている。カップの紙は、ポッドの上部及び下部が貫通されているときに、機械の圧縮によってカップが潰れない十分な強度である。同時に、カップ、特にカップの底を作っている紙は、同じ力で貫通するのに十分な弱さである。同様に、上部の防水紙は、機械の閉止中に生成された常圧下で貫通可能でなければならない。
【００８５】
防水積層体からコーヒーポッドを形成する場合、カップの底部を壁の底部と同じ高さに配置すると、特に押し潰しに対して特に可撓性のコーヒーポッドが得られる。このようなポッドは、通例、円錐台状壁の下部開口部よりもわずかに広い底部から出発して作製される。次に、底部を円錐台状壁の上部穴に挿入し、下部開口部まで押し下げる。その結果、上向きに突き出たリムが底部から上方に延在し、リムは円錐台状壁の内面に支えられる。接着剤を使用して、リムの外面を円錐台状壁の内面に付着させることができる。
【００８６】
本発明の目的により、生分解性防水飲用ストローが提供される。紙細片をらせん状に巻き付けて管とすることによって形成された飲用ストローは、参照により本明細書に組み入れられている米国特許第３７５，９６２号に記載されている。本発明によれば、防水積層体のシートは細片に切断される。次に細片はらせん状に巻き付けられて管とされる。防水組成物が配置された防水積層体の側面は、飲用ストローの内面を形成する。さらなる量の溶融組成物を管に噴霧して、コイルのリングを相互に付着させて管形状にすることができる。又は、他の接着剤を管に吹き付けて、らせんの環を保持して管形状にすることができる。
【００８７】
本発明の特性と見なされる他の特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【００８８】
本発明は、植物由来ワックスを利用して紙を防水処理するための再生可能組成物、組成物のペレット、組成物を含む再生可能な防水紙積層体、積層体を含む再生可能なホット飲料カップ、積層体を含む、ホット飲料を作るためのポッド及び積層体を含む飲用ストローに具現化されて例証及び説明されているが、本発明がこれらの実施形態に示す詳細事項に限定されるべきではないのは、特許請求の範囲の均等物の趣意及び範囲内に留まりながら、本発明の趣旨から逸脱せずに各種の変更及び構造変更を行ってよいためである。
【００８９】
本発明の構成及び操作方法並びに本発明の追加の目的及び利点は、添付の図面に関連して読まれる場合、以下の具体的な実施形態の説明から最もよく理解される。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】断熱スリーブを備えたカップアセンブリの側面図である。
【００９１】
【図２】先行技術による蓋付きカップの上面斜視図である。
【００９２】
【図３】本発明によるコーヒーポッドの上面図である。
【００９３】
【図４】図３に示すコーヒーポッドの正面図である。
【００９４】
【図５】上部及びフィルターを取り外した、図３に示すコーヒーポッドの上面図である。
【００９５】
【図６】図３に示すコーヒーポッドの底面図である。
【００９６】
【図７】上部を取り外し、フィルターが所定の位置にある、図３に示すコーヒーポッドの上面図である。
【００９７】
【図８】図３に示したコーヒーポッドの側面断面図である。
【００９８】
【図９】先行技術によるコーヒーポッドの底面図である。
【００９９】
【図１０】上部及びフィルターを取り外した、図９に示すコーヒーポッドの上面図である。
【０１００】
【図１１】上部を取り外し、フィルターが所定の位置にある、図９に示すコーヒーポッドの上面図である。
【０１０１】
【図１２】図９に示すコーヒーポッドの上面図である。
【０１０２】
【図１３】図９に示すコーヒーポッドの側面図である。
【０１０３】
【図１４】図９に示すコーヒーポッドの側面断面図である。
【０１０４】
【図１５】ライスワックスの第１の好ましい実施形態の仕様を示す表である。
【０１０５】
【図１６】ライスワックスの第２の好ましい実施形態の仕様を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０１０６】
防水処理紙用の組成物の好ましい実施形態は、サトウキビワックス、ライスワックス及びカルシウムステアレートの混合物を含む。ライスワックスは、組成物の９５体積％を形成する。サトウキビワックスは、組成物の４．６体積％を形成する。カルシウムステアレートは、組成物の０．４体積％を形成する。
【０１０７】
ライスワックスの第１の好ましい実施形態は、Ｗｕｘｉ  ＡｃｃｏＢｉｏ  Ｂｉｏｔｅｃｈ、Ｉｎｃ．によって商品名ＲＩＣＥ  ＢＲＡＮ  ＷＡＸ  １＃で販売されている。ライスワックスの第１の好ましい実施形態は、図１５に示す仕様を有する。
【０１０８】
ライスワックスの第２の好ましい実施形態は、Ｗｕｘｉ  ＡｃｃｏＢｉｏ  Ｂｉｏｔｅｃｈ、Ｉｎｃ．によって商品名ＲＩＣＥ  ＢＲＡＮ  ＷＡＸ  ２＃で販売されている。ライスワックス（ｒｉｃｅ−ｂｒａｎ）の第２の好ましい実施形態は、図１６に示される仕様を有する。
【０１０９】
カルシウムステアレートは市販されている。
【０１１０】
図１は、カップアセンブリ１の好ましい実施形態を示す。カップストックの層と防水処理組成物の押出し層で作製された積層体を切断して、２つの部分とする。第１の部分は、円錐台状壁１２を形成し、第２の部分は円形底部１３を形成する。カップアセンブリ１は、紙カップ１０を含む。紙カップ１０は、円錐台状壁１２と、円錐台状壁１２内に装着された円形底部１３とを有する。積層体の部分は、防水処理済み押出し層がカップの内側を向くように配置される。上部リム１１は、円錐台状壁１２の上部に形成されている。紙カップ１の周囲に断熱スリーブ２０が配置されている。底部リム１５は、底部１３から下向きに延在し、円錐台状壁１２の下に重なっている。
【０１１１】
図３〜８は、コーヒーポッド３０の好ましい実施形態を示す。専門用語は「コーヒー」ポッドであるが、本発明によるポッドは、茶及びココアを含むが、これらに限定されない他の浸漬ホット飲料で使用することができる。
【０１１２】
図５〜６及び８に示すように、コーヒーポッド３０は、上向きに延在する圧着端３６を備えた底部３７を有する。円錐台状壁３２は、圧着端３６を取り巻いている。円錐台状壁３２は、円錐台状壁３２をそれ自体に巻き付けて、外側シーム３３及び内側シーム３５を画成することによって作製される。リム３４は、円錐台状壁３２の上端に折り込まれている。
【０１１３】
底部３７及び円錐台状壁３２は、防水積層体から打ち抜かれている。防水積層体の好ましい実施形態は、第１のカップ厚紙層と、カップ厚紙に付着した第２の押出し層とを有する。打ち抜かれた部品３７及び３２は、積層体の防水組成物層が内側を向くように折り畳んで組み立てられている。コーヒーポッドをさらに防水処理するために、コーヒーポッドの内部、特にコーヒーポッドのシームに溶融させた防水組成物を噴霧することができる。
【０１１４】
コーヒーポッドを作製する別の好ましい方法は、防水積層体を型に配置することである。型の圧力により、単体構造カップ形状が製造される。
【０１１５】
図７〜８に示すように、フィルター４０は、円錐台状壁４４を有する。リム４３は、壁４４の上端に配置されている。底部４２は、円錐台状壁４４の下端に配置されている。壁４４は、その中に折り畳まれた襞４１を有する。フィルター４０は、飲料を透過させるが、フィルター４０に保持された粉砕物は透過させない紙から作製されている。リム４３は、リム３４と同様である。フィルター４０のリム４３は、リム３４に付着されている。フィルター４０の壁４４の高さは、コーヒーポッド３０の壁３２の高さよりも低い。より低くすることにより、コーヒーポッドの底部３７とフィルター４０の底部４２との間のスペースがコーヒーポッド内に画成される。スペースは、ドレーンに底部３７を貫通させるのに十分であるが、４２には貫通させない大きさである。
【０１１６】
上部３８はリム４３に付着されている。上部は円形で、防水処理組成物で処理したカップ厚紙で作られている。
【０１１７】
飲料を作るために、コーヒーメーカーを開く。コーヒーポッド３０をコーヒーメーカーに配置する。次にコーヒーメーカーを閉じる。コーヒーメーカーを閉じると、ノズルが上部３８を貫通し、ドレーンが底部３７を貫通するが、フィルター４０の４２の底部は貫通しない。コーヒーメーカーによって加熱された水は、ノズルを貫流して、フィルター４０内に保持されたコーヒー粉砕物と混合される。水が粉砕物と混ざると、飲料が生成される。飲料はフィルター４０を貫流し、コーヒーポッド３０の底部３７を貫通したドレーンを通じてコーヒーポッド３０から放出される。
【０１１８】
飲用ストローの好ましい実施形態は、防水組成物及びカップ厚紙で作製した防水積層体のらせん状に巻き付けた細片である。積層体はストロー内側の防水処理層と共に配置されている。再生可能な防水飲用ストローを作製するための好ましい機械は、モデル名ＨＴ−５０で販売され、Ｈｏｎｅｙｔｏｐ  Ｍａｃｈｉｎｅｒｙによって製造されている。
【０１１９】
本発明を例示的な方法で説明してきたが、使用した用語は、限定する用語ではなく、むしろ説明する用語の性質を帯びていることを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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