EP2167390A2 - Bouteille plastique pour remplissage a chaud ou traitement thermique - Google Patents

Bouteille plastique pour remplissage a chaud ou traitement thermique

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EP2167390A2
EP2167390A2 EP08776552A EP08776552A EP2167390A2 EP 2167390 A2 EP2167390 A2 EP 2167390A2 EP 08776552 A EP08776552 A EP 08776552A EP 08776552 A EP08776552 A EP 08776552A EP 2167390 A2 EP2167390 A2 EP 2167390A2
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EP
European Patent Office
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container
package
packaging
product
expansion
Prior art date
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EP08776552A
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EP2167390B1 (fr
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Jacques Thomasset
Joachim Pellissier
Stéphane MATHIEU
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Aisapack Holding SA
Original Assignee
Aisapack Holding SA
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65D1/00—Rigid or semi-rigid containers having bodies formed in one piece, e.g. by casting metallic material, by moulding plastics, by blowing vitreous material, by throwing ceramic material, by moulding pulped fibrous material or by deep-drawing operations performed on sheet material
    • B65D1/02—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents
    • B65D1/0207—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures, designed for pouring contents characterised by material, e.g. composition, physical features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65D11/00—Containers having bodies formed by interconnecting or uniting two or more rigid, or substantially rigid, components made wholly or mainly of plastics material
    • B65D11/02—Containers having bodies formed by interconnecting or uniting two or more rigid, or substantially rigid, components made wholly or mainly of plastics material of curved cross-section
    • B65D11/04—Bottles or similar containers with necks or like restricted apertures designed for pouring contents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D11/00—Containers having bodies formed by interconnecting or uniting two or more rigid, or substantially rigid, components made wholly or mainly of plastics material
    • B65D11/20—Details of walls made of plastics material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
    • B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
    • B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
    • B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
    • B67C3/04—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus without applying pressure
    • B67C3/045—Apparatus specially adapted for filling bottles with hot liquids

Definitions

  • the invention relates to plastic packaging for liquid or viscous products.
  • the invention is particularly in the field of hot-fill packaging (greater than 70 ° C), and conditioning by heat treatment (pasteurization).
  • PET Polyethylene terephthalate
  • Thermoplating is considered to be the most efficient method for improving the heat resistance of bi-oriented PET bottles.
  • the principle of this process widely used on the market, is to heat treat the walls of the bottle to increase crystallization and thus improve the molecular stability at high temperature. This principle can be declined in several processes and devices of thermo-fixation described in the prior art. An important advantage of thermofixation processes is not to modify the packaging processes, the thermofixation of the bottle being performed during the manufacture of said bottle.
  • bottles having undergone a heat treatment to allow the conditioning of a liquid at high temperature have several disadvantages.
  • a first drawback of these bottles lies in the fact that only specific grades of polyethylene terephthalate can be used. These specific grades are more difficult to produce and generate additional packaging costs.
  • a second disadvantage is related to the decrease in the production rate of the bottles because the thermo-fixing process slows down the blowing cycle.
  • a third drawback is related to the weight of these bottles.
  • a bottle When a bottle is filled with a hot liquid, it results after cooling a negative pressure inside the bottle; said negative pressure having the effect of randomly deforming the walls of the bottle.
  • the most common method for dealing with the negative pressure in the bottle is the addition of compensation panels that allow the bottle to be deformed in a controlled manner.
  • bottles with compensation panels are stiffer and therefore heavier. This results in an excess of material which is not strictly necessary for the good conservation of the product.
  • the compensation panels are detrimental to the aesthetics of the packaging, which makes it less attractive to the consumer.
  • Soft bags are also commonly used for packaging liquid products. These pockets are made from pre-printed thin films. These packages offer many benefits including weight, cost and compaction before and after use. However, they have drawbacks, in particular when their contents are subject to high temperature variations.
  • the packaged liquid is heated, voluntarily or involuntarily (such as staying inside a car exposed to the sun), the product expands, sometimes so that the packaging can burst.
  • Laminated multilayer film resulting from the complexing of several films
  • PET polyethylene terephthalate
  • PE polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • HDPE high density polyethylene
  • EVOH ethylene vinyl alcohol
  • the invention overcomes the aforementioned drawbacks through a package, which when subjected to a change in temperature, expands and shrinks together with the packaged product.
  • the packaged product designates a liquid or viscous product that may contain solid elements. Since these products are predominantly water-based, the variation in volume of said products is approximately 3% when the temperature varies from 65 ° C, which corresponds to a coefficient of volume expansion of approximately 0.00042 m 3 / (m 3 ° K) and linear coefficient of expansion of 0.00014 m / (m ° K). These values are indicative given that the thermal expansion of water varies with temperature.
  • the products can also be oil-based and their behavior depends on the thermal properties of the oil used.
  • This package has many advantages when used for packaging a product at high temperature. Unlike PET bottles, this packaging does not require a thermo-fixing process to avoid shrinkage of the walls under the effect of the filling temperature. Unlike PET bottles, this packaging does not require compensation panels to cope with changes in product volume during cooling.
  • This packaging is characterized by the fact that its thermal expansion is greater than or equal to the thermal expansion of the product.
  • the temperature of the product heats the walls of the package that expand.
  • the expanded package is then sealed. Cooling, the package retracts and returns to its original geometry; after cooling, the result is a relative pressure in the package that is positive or zero.
  • a slight pressure in the package after cooling is advantageous because it improves the compressive strength of the package, and it also improves the grip of the package.
  • the use of the packaging in a packaging process requiring a thermal treatment of the packaging and its contents, such as the pasteurization process for example, is also particularly advantageous. During the temperature rise of the package and the product, the package expands at least as much as the product, which avoids excessive pressure buildup in the package.
  • this packaging is of great interest because it adapts to temperature variations without its aesthetic properties being modified, and with very small variations in the pressure in the package.
  • Another advantage of the container according to the invention is that if the packaged product is subjected to an increase in temperature, then the package will expand together with the product and thus the walls, the bottom and the welds (in the case of packaging made using flexible films) of the packaging do not undergo or very little increase in pressure and therefore easily resist.
  • the invention can be used for the packaging of liquid or viscous products.
  • the packaging can be made by molding, by extrusion blow molding, it can be made from films.
  • a particularly advantageous package consists of a side wall formed from a film as well as a bottom and a neck connected by welding to said film.
  • the coefficient of expansion of the package is greater than or equal to the coefficient of expansion of the packaged product.
  • the coefficient of linear expansion of the walls of the package is generally greater than 0.00014 m / (m ° K), and preferably greater than 0.00018 m / (m ° K).
  • a package based on low density polyethylene is particularly advantageous.
  • Figures 1 to 4 illustrate a first embodiment of the invention consisting of a hot filling process.
  • Figure 1 illustrates the package before filling.
  • Figure 2 shows the thermal expansion of the package during filling of a hot product.
  • Figure 3 shows the expanded package at the time of sealing of said package.
  • Figure 4 illustrates the package and its contents after cooling; the packaging contracted due to the decrease in temperature.
  • Figures 5 to 8 illustrate a second embodiment of the invention in which the package and its contents are heated and then cooled together.
  • Figure 5 illustrates the package filled with a product at low temperature, and sealed.
  • Figure 6 illustrates the package and its contents after heating in a hot bath for several minutes; the package expands under the effect of temperature.
  • Figure 7 illustrates the package and its contents after cooling; the packaging contracted due to the decrease in temperature.
  • Figure 8 illustrates a preferred embodiment of the invention consisting of a package formed by assembling a neck, a bottom, and a tubular body; said tubular body being formed of a laminate whose expansion coefficient is greater than 0.00014 m / (m ° K).
  • the inventors have found a package that avoids the negative relative pressure in the package after hot filling.
  • the first embodiment of the invention is particularly advantageous because it avoids the deformation of the packaging during cooling.
  • the first embodiment of the invention is illustrated in FIGS. 1 to 4.
  • Figure 1 illustrates the provision of a package according to the invention; said package 1 having a side wall 2, a neck 3 and a bottom 4; and said package being characterized by the expansion of its sidewalls under the effect of temperature.
  • the packaging is fed at low temperature, said low temperature preferably being ambient temperature (20 ° C.).
  • the package 1 can be cleaned, rinsed, dried before the filling illustrated in FIG. 2. In order to simplify the disclosure of the invention, only the steps necessary for the understanding of the invention are exposed.
  • Figure 2 shows the filling of a high temperature product in package 1. Often, said high filling temperature is 85 ° C.
  • the walls 2 of the package expand almost instantaneously.
  • the expansion of the packaging is done as filling and depends on the filling level 6 which defines the limit of contact with the product 5 and the walls of the package.
  • the expansion of the package is schematically illustrated by the variation in height 7. This thermal expansion of the walls 2 is generally manifested by a variation in height and diameter.
  • the result is a package whose volume is greater than the initial volume.
  • FIG. 3 shows the hermetic closure of the package following the filling, the product being still at a high temperature during said closing.
  • a plug 8 or other known closure means is applied to the neck 3 and ensures the hermetic closure.
  • a volume of gas 9 is trapped in the package at the time of closing. This volume of gas depends on the filling rate of the package. It is best to quickly close the packaging after filling to prevent this volume of gas from being too hot at the time of closing.
  • the gas 9 trapped in the headspace may be air, nitrogen or any other gas or gas mixture known to those skilled in the art.
  • package 1 and product 5 are at high temperature. The volume of the product 5 is therefore dilated, as are the walls of the package.
  • Figure 4 illustrates the package and its contents after cooling to storage temperature. Often the storage temperature is close to the ambient temperature. Under cooling, the packaging and its contents contracted.
  • a water-based liquid product for example, varies in volume by about 3% when its temperature varies between 85 and 20 ° C.
  • the packaging according to the invention contracts under the effect of cooling; and its contraction is such that the relative pressure in the package after cooling is positive or zero; the contraction of the package is therefore greater than or equal to the contraction of the product.
  • the linear expansion of the package is not necessarily equal in all directions.
  • the linear expansion of the package in height may be greater than the circumferential expansion, or vice versa.
  • the geometry of the package after cooling and shrinking is generally identical to the geometry of the package before filling and expansion. However, it is observed in some cases a slight hysteresis, the contraction of the package being slightly less than its expansion. In this case, the final volume of the package is slightly larger than the initial volume. In other cases, the contraction of the package is slightly greater than its expansion; the final volume of the packaging is therefore lower than the initial volume. As a rule, the final geometry of the package is substantially identical to the initial geometry and the package can be expanded and retracted several times reversibly.
  • the cooling of the packaging has little influence, the cooling being able to be fast, slow, stepwise or continuous. Often spraying the packaging with water allows for rapid and efficient cooling.
  • the various cooling methods known to those skilled in the art can be used; only the initial and final temperatures of the package having an influence on the volume variation of said package.
  • FIG. 5 illustrates the provision of a package according to the invention; said package 1 having a side wall 2, a neck 3 and a bottom 4; and said package being characterized by the expansion of its sidewalls under the effect of temperature.
  • the package is filled with a liquid or viscous product 5 and hermetically closed by a cap 8.
  • the package and its contents are at low temperature, said low temperature preferably being the ambient temperature (20 0 C).
  • a volume of gas 9 which may be air is trapped at the headspace.
  • the filling rate of the package is illustrated by the liquid level 6.
  • a high filling ratio is favorable because the thermal expansion of the gases is greater than that of the liquids. It is preferable to have a filling rate of the package 1 greater than 90%.
  • Figure 6 illustrates the heat treatment step of raising the temperature of the package and its contents.
  • a heat treatment often used is for example, to immerse for 10 minutes, the package and its contents in a water bath at 80 ° C.
  • the heat treatment generates a gradual rise in temperature of the packaging and its contents, which creates the volume expansion of the product 5, and the volume of gas 9.
  • the packaging according to the invention is characterized by a high thermal expansion of the walls 2 which avoids a high relative pressure in the package.
  • the difficulty encountered with packaging according to the state of the art is related to the fact that the high pressure in the package can create a reversal of the bottom 4. Often, a specific bottom design 4 is necessary to prevent the bottom sagging. . This stronger bottom is heavier and more expensive.
  • the invention makes it possible to overcome this difficulty; the expansion of the walls of the package during the heat treatment to prevent the build-up of pressure in the package.
  • the expansion of the walls of the package is illustrated by the variation of height 7.
  • the thermal expansion of the walls of the package is generally effected according to the height and circumference.
  • the expansion of the package is such that it compensates for variations in the volume of the product 5 and the gas 9.
  • the relative pressure in the package remains substantially constant and close to zero.
  • Figure 7 illustrates the package and its contents after cooling at low temperature, said low temperature being room temperature. In general, the final temperature after cooling is equivalent to the initial temperature before heat treatment. While cooling, the product 5 and the gas 9 contract.
  • the package 1 according to the invention also contracts; this contraction being illustrated by the variation of height 10.
  • the value of the contraction of the package is identical to the value of the expansion 7.
  • the second embodiment of the invention is particularly advantageous because of the thin-walled packaging can be used.
  • the inventors have found that a package having a coefficient of linear thermal expansion greater than 0.00016 m / (m ° K) makes it possible to limit the pressure during the heat treatment; and a coefficient greater than 0.00020 m / (m ° K) is particularly advantageous.
  • the packaging according to the invention is characterized by its thermal expansion and contraction properties. It has been found that the walls of the package must have a coefficient of linear thermal expansion greater than 0.00014 m / (m ° K) and preferably greater than 0.00018 m / (m ° K). Few materials used for packaging make it possible to obtain the abovementioned properties. The inventors have found that LDPE packages are particularly advantageous because of their expansion properties. Packaging obtained with certain grades of low crystalline PP make it possible to obtain sufficient dilatations; said grades of PP being preferably copolymers. It has been observed that bi-oriented packaging does not have a high coefficient of thermal expansion. Similarly a package made of a very crystalline polymer has a low coefficient of thermal expansion.
  • the invention allows the realization of packaging of a wide variety; the packaging can be made by extrusion blow molding, injection, tubular extrusion, or by assembling from films.
  • the packages may be bottles or flasks made by extrusion blow molding, jars or cups made by molding, flexible bags made by welding from films.
  • the manufacturing process of the packaging may have a impact on the coefficient of expansion of the packaging. It is known in fact that extrusion processes orient more or less marked polymer chains. The orientation of the chains can create an anisotropy of properties resulting in expansion coefficients that differ in the direction of measurement. In order to simplify the disclosure of the invention, an average linear expansion coefficient identical in all directions is considered.
  • the coefficient of thermal expansion of the package can be measured by two methods.
  • One method is to measure the coefficient of volume expansion of the package by measuring the change in volume of the package as the temperature changes.
  • a second method consists in measuring the coefficient of linear expansion in two perpendicular directions by taking two long and narrow strips in said directions and measuring the variation in length of said strips as the temperature changes.
  • FIG. 8 An exemplary embodiment of the package is illustrated in FIG. 8.
  • This package 1 comprises a tubular body 2 connected by welding to a neck 3 and a bottom 4.
  • a cap 8 fits on the neck 3 and allows the hermetic closure of the container. 'packaging.
  • the tubular body 2 forming the side walls can be extruded or formed from a film whose ends are connected by welding.
  • the film can be monolayer and multilayer.
  • the film does not have a rigid layer with a low coefficient of expansion, such as an aluminum layer or a bi-oriented polymer layer. It is observed that a thin layer of barrier-barrier polymer could be inserted into the multilayer structure.
  • a LDPE film containing a thin EVOH layer has thermal expansion properties greater than 0.00018 m / (m ° K).
  • the film multilayer may contain layers with a low coefficient of thermal expansion, if said layers are thin and do not block the expansion of said film.
  • Said film must contain at least 70% of a polymer having a coefficient of linear thermal expansion greater than 0.00014 m / (m ° K) and preferably greater than 0.00018 m / (m ° K).
  • the thickness of the EVOH layer should be less than 10% of the total thickness. If the thickness of the film is 300 microns, the thickness of the EVOH layer is less than 30 microns, and preferably less than 20 microns.
  • the neck and bottom provide rigidity and strength to the package and are composed of partially rigid elements with thicker wall. Such a package expands and contracts with the product during temperature variation through its side wall. The dimensions of the neck and bottom vary only slightly with the temperature.
  • the invention is not limited to the above examples for materials having an expansion coefficient greater than 0.00014m / (m ° K); said materials obtainable by polymer blending, by polymerization, by compounding or any other technique known to those skilled in the art.
  • Polyolefin blends, the addition of elastomers and the production of polyolefin-based alloys make it possible to adjust the coefficient of expansion of the package to that of the packaged product.
  • the multilayer structures also make it possible to modify the expansion properties of the walls of the packaging to those of the packaged product.

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Abstract

Procédé de remplissage à chaud d'un produit liquide ou visqueux dans un récipient plastique comprenant une paroi latérale reliée à un goulot et à un fond; procédé consistant au moins à remplir le récipient d'un produit à haute température, fermer le récipient hermétiquement, refroidir le récipient et son contenu; procédé caractérisé par le fait que l'on utilise un récipient plastique dont le coefficient de dilatation thermique linéaire de la paroi latérale est supérieur à 0,00014 m/(m °K) et qu'on laisse le récipient se dilater et se rétracter au moins autant que son contenu.

Description

Bouteille plastique pour remplissage à chaud ou traitement thermique
Domaine de l'invention
L'invention concerne les emballages plastiques pour produits liquides ou visqueux.
Elle concerne plus précisément les emballages dont le contenu peut subir des variations de température de plusieurs dizaines de degrés.
L'invention se situe en particulier dans le domaine du conditionnement par remplissage à chaud (supérieur à 70 °C), et au conditionnement par traitement thermique (pasteurisation).
Etat de la technique
Les bouteilles en polyéthylène téréphtalate (PET) sont utilisées dans de nombreux domaines du fait leurs excellentes propriétés : résistance, légèreté, transparence, organoleptique. Ces bouteilles sont fabriquées à grande cadence par étirage bi-axial d'une préforme dans un moule.
Cependant, bien que ces bouteilles présentent de nombreux avantages, elles présentent l'inconvénient de se déformer lorsque leur température est supérieure à 60 °C. Le conditionnement d'un produit à haute température (supérieure à 70 °C) dans ces bouteilles engendre des déformations telles que lesdites bouteilles deviennent impropres à la consommation. Plusieurs procédés sont décrits dans l'art antérieur afin de remédier à l'inconvénient précité et permettre le remplissage à chaud de bouteilles PET.
La thermo-fixation est considérée comme étant le procédé la plus efficace pour améliorer la résistance à la chaleur des bouteilles bi-orientées en PET. Le principe de ce procédé, largement répandu sur le marché, consiste à faire subir un traitement thermique aux parois de la bouteille afin d'augmenter la cristallisation et améliorer ainsi la stabilité moléculaire à haute température. Ce principe peut être déclinée en plusieurs procédés et dispositifs de thermo-fixation décrits dans l'art antérieur. Un avantage important des procédés de thermofixation est de ne pas modifier les procédés de conditionnement, la thermofixation de la bouteille étant réalisée lors de la fabrication de ladite bouteille.
Cependant, les bouteilles ayant subies un traitement thermique afin de permettre le conditionnement d'un liquide à haute température, présentent plusieurs inconvénients.
Un premier inconvénient de ces bouteilles réside le fait que seuls des grades spécifiques de polyéthylène téréphtalate peuvent être utilisés. Ces grades spécifiques sont plus difficile à produire et génèrent un surcoût de l'emballage.
Un deuxième inconvénient est lié à la diminution de la cadence de production des bouteilles parce que le procédé de thermo-fixation ralentit le cycle de soufflage.
Un troisième inconvénient est lié au poids de ces bouteilles. Lorsqu'une bouteille est remplie avec un liquide chaud, il en résulte après refroidissement une pression négative à l'intérieur de la bouteille ; ladite pression négative ayant pour effet de déformer aléatoirement les parois de la bouteille. Le procédé le plus répandu pour faire face à la pression négative dans la bouteille est l'ajout de panneaux de compensation qui permettent de déformer de façon contrôlée la bouteille. Cependant, les bouteilles présentant des panneaux de compensation sont plus rigides et donc plus lourdes. Il en résulte un excédent de matière qui n'est pas strictement nécessaire à la bonne conservation du produit. De plus, les panneaux de compensation nuisent à l'esthétisme de l'emballage, ce qui le rend moins attractif pour le consommateur.
Les poches souples sont aussi utilisées couramment pour le conditionnement de produits liquides. Ces poches sont réalisées à partir de films fins pré imprimés. Ces emballages offrent de nombreux avantages dont le poids, le coût et le compactage avant et après utilisation. Ils comportent cependant des inconvénients, en particulier lorsque leur contenu est soumis à de fortes variations de température.
En effet si le liquide emballé est chauffé, de manière volontaire ou involontaire (comme par exemple en restant à l'intérieur d'une voiture exposée au soleil), le produit se dilate, à tel point parfois que l'emballage peut éclater.
Définition des termes utilisés dans l'exposé de l'invention
Dans l'exposé de l'invention les termes et abréviations suivantes sont utilisés :
Laminé : film multicouche résultant du complexage de plusieurs films
PET : polyéthylène téréphtalathe
PP : polypropylène
PE : polyéthylène
LDPE : polyéthylène basse densité LLDPE : polyéthylène basse densité linéaire
HDPE : polyéthylène haute densité
EVOH : éthylène alcool vinylique
Exposé général de l'invention
L'invention permet de remédier aux inconvénients précités grâce à un emballage, qui lorsqu'il est soumis à une variation de température, se dilate et se rétracte conjointement au produit emballé.
Dans l'exposé de l'invention, le produit emballé désigne un produit liquide ou visqueux pouvant contenir des éléments solides. Ces produits étant majoritairement à base d'eau, la variation de volume desdits produits est d'environ de 3% lorsque la température varie de 65 °C, ce qui correspond à un coefficient de dilatation volumique d'environ 0,00042 m3/(m3 °K) et à coefficient de dilatation linéaire de 0,00014 m/(m°K). Ces valeurs sont données à titre indicatif sachant que la dilatation thermique de l'eau varie avec la température. Les produits peuvent également être à base d'huile et leur comportement dépend des propriétés thermiques de l'huile utilisée.
Cet emballage présente de nombreux avantages lorsqu'il est utilisé pour le conditionnement d'un produit à haute température. Contrairement aux bouteilles PET, cet emballage ne nécessite pas de procédé de thermo-fixation pour éviter la rétraction des parois sous l'effet de la température de remplissage. Contrairement aux bouteilles PET, cet emballage ne nécessite pas de panneaux de compensation pour faire face aux variations de volume du produit lors du refroidissement.
Cet emballage se caractérise par le fait que sa dilatation thermique est supérieure ou égale à la dilatation thermique du produit. Lors du remplissage, la température du produit chauffe les parois de l'emballage qui se dilatent. L'emballage dilaté est ensuite fermé hermétiquement. En se refroidissant, l'emballage se rétracte et revient à sa géométrie initiale ; il en résulte après refroidissement, une pression relative dans l'emballage positive ou nulle. Une légère pression dans l'emballage après refroidissement est avantageuse, car elle améliore la résistance à la compression de l'emballage, et elle améliore aussi la prise en main de l'emballage.
L'utilisation de l'emballage dans un procédé de conditionnement nécessitant un traitement thermique de l'emballage et son contenu, comme le procédé de pasteurisation par exemple, est également particulièrement avantageux. Lors de la montée en température de l'emballage et du produit, l'emballage se dilate au moins autant que le produit, ce qui évite une montée en pression excessive dans l'emballage.
Pour le consommateur, cet emballage présente un grand intérêt, car il s'adapte aux variations de températures sans que ses propriétés esthétiques soient modifiées, et avec de très faibles variations de la pression dans l'emballage. Un autre avantage du récipient selon l'invention, est que si le produit emballé est soumis à une augmentation de température, alors l'emballage va se dilater conjointement au produit et ainsi les parois, le fond et les soudures (dans le cas d'emballage réalisé à l'aide de films flexibles) de l'emballage ne subissent pas ou très peu d'augmentation de pression et donc résistent facilement.
L'invention peut être utilisée pour le conditionnement de produits liquides ou visqueux.
Une grande diversité d'emballage peut être réalisée selon l'invention. L'emballage peut être fabriqué par moulage, par extrusion soufflage, il peut être confectionné à partir de films.
Un emballage particulièrement avantageux se compose d'une paroi latérale formée à partir d'un film ainsi que d'un fond et d'un goulot reliés par soudage audit film.
La plupart de matériaux utilisés pour confectionner des emballages présentent une dilatation thermique insuffisante pour faire face aux variations de volume du contenu de l'emballage.
Selon l'invention, le coefficient de dilatation de l'emballage est supérieur ou égal au coefficient de dilatation du produit emballé. Le coefficient de dilatation linéaire des parois de l'emballage est généralement supérieur 0,00014 m/(m°K), et de préférence supérieur à 0,00018 m/(m°K). Un emballage à base de polyéthylène basse densité est particulièrement avantageux.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de modes d'exécution de celles-ci et des figures suivantes dans lesquelles:
Les figures 1 à 4 illustrent un premier mode de réalisation de l'invention consistant en un procédé de remplissage à chaud. La figure 1 illustre l'emballage avant remplissage.
La figure 2 montre la dilatation thermique de l'emballage pendant le remplissage d'un produit chaud.
La figure 3 montre l'emballage dilaté au moment de la fermeture étanche dudit emballage.
La figure 4 illustre l'emballage et son contenu après refroidissement ; l'emballage s'est contracté sous l'effet de la diminution de température.
Les figures 5 à 8 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel l'emballage et son contenu sont chauffés puis refroidis conjointement.
La figure 5 illustre l'emballage rempli d'un produit à basse température, et fermé hermétiquement.
La figure 6 illustre l'emballage et son contenu après chauffage dans un bain chaud pendant plusieurs minutes ; l'emballage se dilate sous l'effet de la température.
La figure 7 illustre l'emballage et son contenu après refroidissement ; l'emballage s'est contracté sous l'effet de la diminution de température.
La figure 8 illustre un mode préférentiel de réalisation de l'invention consistant en un emballage formé par assemblage d'un goulot, d'un fond, et d'un corps tubulaire ; ledit corps tubulaire étant formé d'un laminé dont le coefficient de dilatation est supérieur à 0,00014 m/(m°K).
Exposé détaillé de l'invention
Plusieurs procédés de conditionnement de produits liquides ou visqueux, imposent des variations importantes de la température du produit au cours du conditionnement. Ces variations de température sont contraignantes pour l'emballage car les variations de température engendrent des variations de volume du produit et par conséquent des variations de pression dans l'emballage.
Les inventeurs ont trouvé un emballage qui évite la pression relative négative dans l'emballage après remplissage à chaud. Le premier mode de réalisation de l'invention est particulièrement avantageux car il évite la déformation de l'emballage lors du refroidissement. Le premier mode de l'invention est illustré par les figures 1 à 4.
La figure 1 illustre la mise à disposition d'un emballage selon l'invention ; ledit emballage 1 comportant une paroi latérale 2, un goulot 3 et un fond 4 ; et ledit emballage se caractérisant par la dilatation de ses parois latérales sous l'effet de la température. L'emballage est alimenté à basse température, ladite basse température étant préférentiellement la température ambiante (20 °C). Selon les méthodes de remplissages connues de l'homme du métier, l'emballage 1 peut être nettoyé, rincé, séché avant le remplissage illustré figure 2. Afin de simplifier l'exposé de l'invention, seules les étapes nécessaires à la compréhension de l'invention sont exposées.
La figure 2 représente le remplissage d'un produit à haute température 5 dans l'emballage 1. Souvent, ladite haute température de remplissage est de 85 °C.
Sous l'effet de la température élevée du produit 5 lorsqu'il est versé dans l'emballage, les parois 2 de l'emballage se dilatent presque instantanément. La dilatation de l'emballage se fait au fur et à mesure du remplissage et dépend du niveau de remplissage 6 qui définit la limite du contact avec le produit 5 et les parois de l'emballage. La dilatation de l'emballage est illustrée schématiquement par la variation de hauteur 7. Cette dilatation thermique des parois 2 se manifeste généralement par une variation de la hauteur et du diamètre. A la fin du remplissage et avant fermeture hermétique, il en résulte un emballage dont le volume est supérieur au volume initial.
La figure 3 montre la fermeture hermétique de l'emballage à la suite du remplissage, le produit 5 étant encore à haute température lors de ladite fermeture. Un bouchon 8 ou un autre moyen de fermeture connu est appliqué sur le goulot 3 et assure la fermeture hermétique. Généralement, un volume de gaz 9 est emprisonné dans l'emballage au moment de la fermeture. Ce volume de gaz, dépend du taux de remplissage de l'emballage. Il est préférable de fermer rapidement l'emballage après remplissage afin d'éviter que ce volume de gaz soit trop chaud au moment de la fermeture. Le gaz 9 emprisonné dans l'espace de tête peut être de l'air, de l'azote ou tout autre gaz ou mélange gazeux connu de l'homme du métier. Au moment de la fermeture hermétique, l'emballage 1 et le produit 5 sont à haute température. Le volume du produit 5 est par conséquent dilaté, de même que les parois de l'emballage.
La figure 4 illustre l'emballage et son contenu après refroidissement à la température de conservation. Souvent la température de conservation est proche de la température ambiante. Sous l'effet du refroidissement, l'emballage et son contenu se sont contractés. Un produit liquide à base d'eau par exemple, voit son volume varier d'environ 3% lorsque sa température varie entre 85 et 20 °C. L'emballage selon l'invention se contracte sous l'effet du refroidissement ; et sa contraction est telle que la pression relative dans l'emballage après refroidissement est positive ou nulle ; la contraction de l'emballage est donc supérieure ou égale à la contraction du produit.
La plupart des matériaux utilisés dans la confection d'emballages présentent des dilatations thermiques insuffisantes pour compenser la variation de volume du produit et du volume de gaz 9. Un emballage en PET ou en PEHD par exemple, se retrouve en dépression après refroidissement, le coefficient de dilatation de ces matériaux étant insuffisant pour compenser les variations de volume du produit. Etonnement, il a été trouvé qu'en emballage en LDPE présente des propriétés de dilatation thermiques qui permettent d'éviter la pression relative négative dans l'emballage après refroidissement. De façon plus générale, il a été trouvé que le coefficient de dilatation thermique linéaire de l'emballage doit être supérieur à 0,00014 m/(m°K) et préférentiellement supérieur à 0,00018 m/(m°K). Plus le taux de remplissage de l'emballage est faible, plus le coefficient de dilatation de l'emballage doit être élevé. Les inventeurs ont trouvé que la dilatation linéaire de l'emballage n'est pas forcément égale dans toutes les directions. Par exemple, la dilatation linéaire de l'emballage en hauteur, peut être plus grande que la dilatation circonférentielle, ou vice versa. A partir de deux coefficients de dilatations mesurés selon deux directions perpendiculaires, il est possible de définir un coefficient de dilatation linéaire moyen qui engendre une variation de volume identique de l'emballage. Il a été trouvé que ce coefficient de dilatation linéaire moyen doit être supérieur à 0,00014 m/(m°K) et préférentiellement supérieur à 0,00018 m/(m°K).
La géométrie de l'emballage après refroidissement et rétraction est généralement identique à la géométrie de l'emballage avant remplissage et dilatation. Cependant, il est observé dans certains cas une légère hystérésis, la contraction de l'emballage étant légèrement inférieure à sa dilatation. Dans ce cas, le volume final de l'emballage est légèrement plus grand que le volume initial. Dans d'autre cas, la contraction de l'emballage est légèrement supérieure à sa dilatation ; le volume final de l'emballage est donc inférieur au volume initial. En règle générale, la géométrie finale de l'emballage est sensiblement identique à la géométrie initiale et l'emballage peut être dilaté et rétracté plusieurs fois de façon réversible.
Le refroidissement de l'emballage a peu d'influence, le refroidissement pouvant être rapide, lent, par paliers ou continu. Souvent l'aspersion de l'emballage avec de l'eau permet un refroidissement rapide et efficace. Les différentes méthodes de refroidissement connues par l'homme du métier peuvent être utilisées ; seules les températures initiales et finales de l'emballage ayant une influence sur la variation de volume dudit emballage.
D'autres procédés de conditionnement consistent à remplir l'emballage d'un produit à basse température, puis à effectuer un traitement thermique de l'emballage et son contenu. Le second mode de réalisation de l'invention est particulièrement avantageux car il évite une pression excessive dans l'emballage lors du traitement thermique. Les figures 5 à 7 illustrent le deuxième mode de réalisation de l'invention. La figure 5 illustre la mise à disposition d'un emballage selon l'invention ; ledit emballage 1 comportant une paroi latérale 2, un goulot 3 et un fond 4 ; et ledit emballage se caractérisant par la dilatation de ses parois latérales sous l'effet de la température. L'emballage est rempli d'un produit liquide ou visqueux 5 et fermé de façon hermétique par un bouchon 8. L'emballage et son contenu sont à basse température, ladite basse température étant préférentiellement la température ambiante (200C). Généralement, un volume de gaz 9 pouvant être de l'air est emprisonné au niveau de l'espace de tête. Le taux de remplissage de l'emballage est illustré par le niveau de liquide 6. Un taux de remplissage élevé est favorable car la dilatation thermique des gaz est plus grande que celle des liquides. Il est préférable d'avoir un taux de remplissage de l'emballage 1 supérieur à 90%.
La figure 6 illustre l'étape de traitement thermique, consistant à élever la température de l'emballage et son contenu. Un traitement thermique souvent utilisé consiste par exemple, à plonger pendant 10 minutes, l'emballage et son contenu dans un bain d'eau à 80 °C. Le traitement thermique engendre une montée en température progressive de l'emballage et son contenu, ce qui crée la dilatation volumique du produit 5, et du volume de gaz 9. L'emballage selon l'invention, se caractérise par une dilatation thermique élevée des parois 2 qui permet d'éviter une pression relative élevée dans l'emballage. La difficulté rencontrée avec les emballages selon l'état de l'art est liée au fait que la forte pression dans l'emballage peut créer un retournement du fond 4. Souvent, une conception de fond 4 spécifique est nécessaire pour éviter le fléchissement du fond. Ce fond plus résistant est plus lourd et plus coûteux. L'invention permet de palier à cette difficulté ; la dilatation des parois de l'emballage pendant le traitement thermique permettant d'éviter la montée en pression dans l'emballage. La dilatation des parois de l'emballage est illustrée par la variation de hauteur 7. La dilatation thermique des parois de l'emballage s'opère généralement selon la hauteur et selon la circonférence. De préférence, la dilatation de l'emballage est telle qu'elle compense les variations de volume du produit 5 et du gaz 9. La pression relative dans l'emballage reste sensiblement constante et proche de zéro. La figure 7 illustre l'emballage et son contenu après refroidissement à basse température, ladite basse température pouvant être la température ambiante. En général, la température finale après refroidissement est équivalente à la température initiale avant traitement thermique. En se refroidissant, le produit 5 et le gaz 9 se contractent. L'emballage 1 selon l'invention se contracte également ; cette contraction étant illustrée par la variation de hauteur 10. Généralement, la valeur de la contraction 10 de l'emballage est identique à la valeur de la dilatation 7. Le second mode de l'invention est particulièrement avantageux, car des emballages à parois fines peuvent être utilisés. Les inventeurs ont trouvé qu'un emballage ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire supérieur à 0,00016 m/(m°K) permet de limiter la pression lors du traitement thermique ; et qu'un coefficient supérieur à 0,00020 m/(m°K) est particulièrement avantageux.
L'emballage selon l'invention se caractérise par ses propriétés de dilatation et contraction thermique. Il a été trouvé que les parois de l'emballage doivent avoir un coefficient de dilatation thermique linéaire supérieur à 0,00014 m/(m°K) et préférentiellement supérieur à 0,00018 m/(m°K). Peu de matériaux utilisés pour la confection d'emballage permettent l'obtention des propriétés précitées. Les inventeurs ont trouvé que les emballages en LDPE étaient particulièrement avantageux du fait de leurs propriétés de dilatation. Des emballages obtenus avec certains grades de PP faiblement cristallins permettent d'obtenir des dilatations suffisantes ; lesdits grades de PP étant préférablement des copolymères. Il a été observé qu'un emballage bi orienté ne présente pas un coefficient de dilatation thermique élevé. De même un emballage constitué d'un polymère très cristallin a un coefficient de dilatation thermique faible.
L'invention permet la réalisation d'emballage d'une grande diversité ; l'emballage pouvant être confectionné par extrusion soufflage, par injection, par extrusion tubulaire, ou encore par assemblage à partir de films. Les emballages peuvent être des bouteilles ou flacons réalisés par extrusion soufflage, des pots ou gobelets réalisés par moulage, des poches souples confectionnées par soudage à partir de films. Le procédé de fabrication de l'emballage peut avoir une incidence sur le coefficient de dilatation de l'emballage. Il est connu en effet que les procédés d'extrusion orientent de façon plus ou moins marquée les chaînes de polymère. L'orientation des chaînes peut créer une anisotropie des propriétés se traduisant par des coefficients de dilatations qui diffèrent selon la direction de mesure. Afin de simplifier l'exposé de l'invention, il est considéré un coefficient de dilatation linéaire moyen identique dans toutes les directions.
Il a également été observé des différences de dilatation thermique importantes liées au procédé de transformation utilisé pour fabriquer l'emballage. Il semblerait que plus le procédé de transformation oriente les chaînes de polymère, plus la dilatation thermique de l'emballage fabriqué est faible.
Le coefficient de dilatation thermique de l'emballage peut être mesuré selon deux méthodes. Une première méthode consiste à mesurer le coefficient de dilatation volumique de l'emballage en mesurant la variation de volume de l'emballage lorsque la température évolue. Une deuxième méthode consiste à mesurer le coefficient de dilatation linéaire dans deux directions perpendiculaires en prélevant deux bandes de grande longueur et de faible largeur dans lesdites directions et en mesurant la variation de longueur desdites bandes lorsque la température évolue. Lorsque l'emballage est fabriqué à partir d'un film, il est aisé de mesurer les coefficients de dilatation linéaire dudit film dans deux directions.
Un exemple de réalisation de l'emballage est illustré figure 8. Cet emballage 1 comporte un corps tubulaire 2 relié par soudage à un goulot 3 et un fond 4. Un bouchon 8 s'adapte sur le goulot 3 et permet la fermeture hermétique de l'emballage. Le corps tubulaire 2 formant les parois latérales peut être extrudé ou formé à partir d'un film dont les extrémités sont reliées par soudage. Le film peut être monocouche et multicouche. Le film ne comporte pas de couche rigide et à faible coefficient de dilatation comme une couche d'aluminium ou une couche de polymère bi orientée. Il est observé qu'une fine couche de polymère à propriété barrière pouvait être inséré dans la structure multicouche. Un film de LDPE contenant une couche d'EVOH de faible épaisseur présente des propriétés de dilatation thermique supérieures à 0,00018 m/(m°K). Il a été trouvé que le film multicouche peut contenir des couches à faible coefficient de dilatation thermique, si lesdites couches sont de faible épaisseur et ne bloquent pas la dilatation dudit film. Ledit film doit contenir au moins 70% d'un polymère ayant un coefficient de dilatation thermique linéaire supérieur à 0,00014 m/(m°K) et de préférence supérieur à 0,00018 m/(m°K). Pour un film multicouche à base de PE et d'EVOH, l'épaisseur de la couche d'EVOH doit être inférieure à 10% de l'épaisseur totale. Si l'épaisseur du film est de 300 microns, l'épaisseur de la couche EVOH est inférieure à 30 microns, et préférentiellement inférieure à 20 microns. Le goulot et le fond apportent la rigidité et la tenue à l'emballage et sont composés d'éléments partiellement rigides à paroi plus épaisse. Un tel emballage se dilate et se contracte conjointement au produit lors de variation de température grâce à sa paroi latérale. Les dimensions du goulot et du fond ne varient que faiblement avec la température.
L'invention ne se limite pas aux exemples précités concernant les matériaux ayant un coefficient de dilatation supérieur à 0.00014m/(m°K) ; lesdits matériaux pouvant être obtenus par mélange de polymères, par polymérisation, par compoundage ou toute autre technique connue par l'homme du métier. Les mélanges de polyoléfines, l'ajout d'élastomères, l'obtention d'alliages à base de polyoléfine permettent d'ajuster le coefficient de dilatation de l'emballage à celui du produit emballé. Les structures multicouches permettent également de modifier les propriétés de dilatation des parois de l'emballage à celles du produit emballé.

Claims

Revendications
1. Procédé de remplissage à chaud d'un produit liquide ou visqueux dans un récipient plastique comprenant une paroi latérale reliée à un goulot et à un fond ; procédé consistant au moins à remplir le récipient d'un produit à haute température, fermer le récipient hermétiquement, refroidir le récipient et son contenu ; procédé caractérisé par le fait que l'on utilise un récipient plastique dont le coefficient de dilatation thermique linéaire de la paroi latérale est supérieur à 0,00014 m/(m°K) et qu'on laisse le récipient se dilater et se rétracter au moins autant que son contenu.
2. Procédé de remplissage selon la revendication 1 dans lequel on laisse le récipient se dilater et se rétracter encore plus que son contenu.
3. Procédé de remplissage à chaud selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on génère, après refroidissement du récipient et son contenu, une pression dans le récipient supérieure ou égale à zéro.
4. Récipient plastique pour remplissage à chaud d'un produit liquide ou visqueux, comprenant une paroi latérale reliée à un fond et à un goulot; récipient caractérisé par le fait qu'il est dépourvu de panneau de compensation et par le fait que le coefficient de dilatation thermique linéaire de la paroi latérale du récipient est supérieur à 0,00014 m/(m°K).
5. Récipient obtenu selon un procédé tel que défini dans l'une des revendications 1 à 3.
6. Récipient selon la revendication 4 ou 5 dont le coefficient de dilatation thermique est supérieur à 0,00018 m/(m 0K).
7. Récipient selon l'une des revendications 4 à 6 dont la paroi latérale comprend au moins 70% de LDPE.
8. Récipient selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 comprenant une paroi latérale flexible (2) reliée par soudage à un goulot (3) et un fond (4) au moins partiellement rigides ; ladite paroi latérale flexible étant formé à partir d'un film monocouche ou multicouche.
9. Ensemble constitué d'un récipient selon l'une des revendications 4 à 8 et d'un produit contenu dans le récipient, caractérisé par le fait que dans une plage de température comprise entre 0 et 100°C la dilatation et rétraction du récipient sont au moins égales à la dilatation et rétraction du produit.
10. Ensemble selon la revendication 9 fermé hermétiquement, dont la pression est constante ou en augmentation quand la température diminue et dont la pression est constante ou en diminution quand la température augmente.
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