Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02702282 2010-04-09
WO 2009/053615 PCT/FR2008/051825
1
PROCÉDÉ DE MISE EN PRESSION DE L'INTÉRIEUR D'UN CONTENANT A
PAROI MINCE, CONTENANT SOUS PRESSION OBTENU
La présente invention concerne un procédé de mise en pression de l'intérieur
d'un contenant à paroi mince, pour lui conférer une forte résistance
mécanique.
L'invention couvre également le contenant sous pression ainsi obtenu à forte
résistance mécanique.
Les contenants à paroi mince sont connus par exemple dans les demandes de
brevet WO-03/033361, EP-1468930 et EP-1527999.
Ces contenants sont très attractifs pour les petits volumes inférieurs à 2
litres
car au-delà, les produits réalisés selon l'enseignement de ces brevets sont
relativement lourds du fait que la quantité de matière est liée au volume.
Dans le cas des petits volumes et quel que soit le procédé de réalisation des
contenants à parois minces, la rigidité du contenant est insuffisante.
Cette rigidité est insuffisante pour permettre une bonne préhension avant
ouverture et surtout cette faible rigidité rend difficile voire impossible une
superposition de ces contenants pleins, notamment lorsqu'ils sont palettisés
et
que les palettes sont gerbées les unes sur les autres.
De plus, la rigidité d'un tel contenant à paroi mince pose un autre problème
car
ces contenants sont conditionnés à température ambiante et lorsque ces
contenants sont placés en ambiance froide, il se produit un phénomène de
collapse qui engendre des déformations du contenant.
De ce fait, lorsque les contenants à parois minces sont emplis à froid avec
des
liquides plats tels que l'eau minérale, l'huile, les jus de fruits, le lait,
on a
recours à une installation travaillant par voie aseptique, nécessairement.
CA 02702282 2010-04-09
WO 2009/053615 PCT/FR2008/051825
2
Ensuite, pour répondre à la nécessité de rigidité, il est prévu de mettre ces
contenants à parois minces sous pression interne en recourant notamment au
procédé dit de la goutte d'azote qui est couramment utilisé industriellement.
Ce procédé consiste à introduire dans le contenant empli du liquide à
conditionner, une goutte d'azote liquide, immédiatement avant bouchage, dans
l'espace de tête du contenant.
Immédiatement après bouchage, cette goutte d'azote liquide se transforme en
gaz. L'augmentation de volume dans l'espace de tête conduit à une montée en
pression de l'intérieur du contenant et donc à un rigidification dudit
contenant.
Cette amélioration de pression reste néanmoins relativement faible de l'ordre
du
dixième de bar.
Cependant, ce procédé de la goutte d'azote pose un certain nombre de
problèmes.
D'abord le dosage du volume introduit est difficile, or la pression finale
dépend
de la quantité introduite, des conditions de travail et du délai de bouchage.
Ensuite, les moyens de distribution de cette goutte d'azote doivent être
intégrés dans la chaîne et, de ce fait, ils doivent donc être adaptés pour
fonctionner en milieu aseptique, ce qui est une contrainte forte : nécessités
de
nettoyage, de stérilisation, de maintenance. Un poste supplémentaire implique
une source supplémentaire de panne avec arrêt d'une chaîne sur laquelle les
interventions sont difficiles et longues car il faut remettre l'ensemble aux
conditions de conditionnement aseptique.
De plus, on constate que l'azote liquide, à une température fortement
négative,
tombe dans le liquide à température ambiante si bien que la tombée de goutte
provoque régulièrement des éclaboussures sur les bords du contenant.
Ces éclaboussures du fluide contenu tel que eau minérale, jus de fruit, huile
peuvent se dégrader après conditionnement, durant le stockage conduisant au
CA 02702282 2010-04-09
WO 2009/053615 PCT/FR2008/051825
3
développement de moisissures avant que le produit ne soit commercialisé et
donc
avant que le produit ne soit consommé, ce qui n' est pas satisfaisant.
Le matériau utilisé pour la fabrication des contenants à parois minces est
souvent du PET, polyéthylène téréphtalate, connu pour sa transparence, son
faible poids et ses grandes possibilités de conformation. Le PET autorise
aussi
une bonne conservation des liquides contenus.
La présente invention propose un procédé de mise en pression de l'intérieur
d'un
contenant à paroi mince, empli à froid et contenant un liquide plat afin
d'améliorer la rigidité dudit contenant avant ouverture, procédé qui pallie
les
problèmes évoqués ci-avant.
Selon l'invention, le contenant à paroi mince est du type fabriqué de façon
connue par soufflage à partir d'une préforme.
Ce contenant présente le volume nécessaire et recherché.
Par contre il subsiste des contraintes résiduelles de fabrication. En effet,
dans
le cas du PET, notamment, une fois que la préforme est soufflée, le contenant
est refroidi très rapidement dans les moules. La forme obtenue et les
contraintes liées à la déformation sont figées par cet abaissement de
température.
En effet, durant le soufflage les contraintes s'exercent dans deux sens,
longitudinal et radial, d'où le nom de contenant en PET bi-orienté, donné aux
contenants ainsi obtenus.
C'est ce figeage à une température inférieure à la température de transition
vitreuse qui assure au contenant la conservation de la forme.
Dans le cas présent, selon un mode de réalisation non limitatif, le contenant
à
paroi mince obtenu présente un ratio poids de matière/surface de paroi de
l'ordre de 150 g/m2 à 250 g/m2 et plus particulièrement de 150 g/m2
à 200 g/m 2 .
CA 02702282 2010-04-09
WO 2009/053615 PCT/FR2008/051825
4
Le procédé de mise en pression, selon la présente invention, d'un contenant à
paroi mince, destiné à contenir un liquide plat consiste en la succession des
étapes suivantes :
- réalisation d'un contenant à paroi mince, en générant des contraintes
résiduelles,
- emplissage à froid de ce contenant avec ledit liquide plat,
- bouchage du contenant après emplissage, et
- chauffage de la paroi du contenant, sans élévation de température du
liquide, pour atteindre le point de température de relâchement desdites
contraintes de façon à générer une mise en pression de l'intérieur dudit
contenant.
Cette dernière étape dite de chauffage de la paroi vise à ne chauffer que la
paroi prise dans son épaisseur. Cet apport de chaleur provoque le relâchement
des contraintes qui avaient été figées par le refroidissement rapide après
déformation en fabrication.
Dans le cas d'un contenant en PET soufflé, les contraintes résiduelles sont bi-
orientées. Le contenant a donc tendance à reprendre sa forme initiale, c'est-à-
dire celle de la préforme.
Du fait de cette tendance à une réduction volumique, l'intérieur du contenant
est
mis sous pression et comme le liquide est incompressible, l'espace de tête se
comprime jusqu'à un équilibre entre la pression exercée par la paroi et la
pression intérieure.
La pression intérieure ainsi générée reste de l'ordre de dixièmes de bars mais
cette pression se trouve être tout à fait suffisante pour améliorer
considérablement la rigidité du contenant empli et bouché, avant son premier
débouchage.
Un tel chauffage peut être réalisé au moyen d'une projection d'air chaud sur
la
périphérie du contenant pendant une courte durée. Il convient d'atteindre le
CA 02702282 2010-04-09
WO 2009/053615 PCT/FR2008/051825
point de température provoquant le relâchement des contraintes dans le
matériau, point connu aussi sous le nom de point de transition vitreuse.
L'apport d'énergie calorifique doit être important sur une durée très courte.
Ainsi, le PET qui est mauvais conducteur de la chaleur, absorbe les calories
5 apportées par l'air chaud, ce qui conduit à un relâchement rapide des
contraintes
et évite la transmission des calories au liquide ou du moins rend totalement
négligeable la quantité de calories transmises.
En effet, en cas de chauffage et de montée en température de la masse liquide
contenue, on sait que cela provoque, au refroidissement, une diminution du
volume
de l'espace de tête qui se traduit par un collapse de la bouteille. En effet,
la
pression intérieure diminue tandis que le contenant a vu son volume figé,
puisque
le relâchement des contraintes s'est également figé avec l'abaissement de la
température sous le point de transition vitreuse.
La mise en pression intérieure selon le procédé de la présente invention
permet
aussi de compenser la diminution de pression, faible mais susceptible
d'exister,
liée à la perte d'une partie du liquide du fait de la perméabilité des parois,
ces
parois étant très minces.
La mise en pression de l'intérieur du contenant permet aussi de compenser le
collapse lié à une diminution de température entre la température de
conditionnement et la température de stockage, avant ouverture.
Le procédé ainsi utilisé est extrêmement industrialisable avec des coûts très
limités, des risques de panne très réduits, une reproductibilité tout à fait
satisfaisante puisqu'elle est auto régulée.
Surtout, le traitement de rigidification par la chaleur est conduit à
l'extérieur
de la chaîne à milieu aseptique, ce qui est un gain considérable.
Les contenants à parois minces ainsi réalisés, ayant des épaisseurs de parois
telles que le ratio poids de matière/surface est compris entre 1508/m 2
et 2509/m', plus particulièrement compris entre 150 g/m2 et 200 9/m',
CA 02702282 2010-04-09
WO 2009/053615 PCT/FR2008/051825
6
peuvent résister à des charges importantes du fait de leur rigidité fortement
améliorée, notamment de tels contenants peuvent être palettisés et les
palettes
peuvent être elles-mêmes gerbées.
On note aussi que du point de vue sanitaire, la garantie de la conservation
des
qualités conférées au liquide durant l'embouteillage ne peut être contestée
puisque l'opération de chauffage est extérieure à la chaîne d'embouteillage en
milieu aseptique et s'effectue sur un contenant fermée.
On supprime même une source éventuelle de contamination puisque le poste
permettant la mise sous pression de l'intérieur du contenant est retirée de la
zone travaillant en milieu aseptique.
Le chauffage dont il est indiqué qu'un mode de réalisation préférentiel est
celui
de l'air chaud peut aussi faire appel à des chauffages par infrarouges.
De même le matériau concerné est le PET car il est actuellement le plus
utilisé
mais tout matériau adapté pour réaliser un contenant, susceptible de présenter
des contraintes résiduelles, venues de déformation, est concerné par la
présente
invention.
