ES2954068T3 - Uso de material de adsorbedor para aliviar el vacío en un envase sellado causado por el enfriamiento de contenido calentado - Google Patents

Uso de material de adsorbedor para aliviar el vacío en un envase sellado causado por el enfriamiento de contenido calentado Download PDF

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Abstract

Se utiliza un elemento de material adsorbente para aliviar el vacío que resulta del enfriamiento del contenido calentado en un recipiente sellado. Un volumen interior de ese recipiente puede llenarse total o parcialmente con un material calentado. Después de sellar el recipiente al menos parcialmente lleno, se pueden liberar uno o más gases desde un material adsorbente al volumen interior del recipiente sellado. A medida que se enfría el contenido del recipiente, la liberación de gas(es) del material adsorbente alivia el vacío que de otro modo se desarrollaría. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Uso de material de adsorbedor para aliviar el vacío en un envase sellado causado por el enfriamiento de contenido calentado
Antecedentes
En muchas aplicaciones, resulta recomendable llenar un envase con el material calentado y sellar luego el envase, mientras el material todavía está en estado calentado, como para esterilizar el producto, embotellarlo y conseguir que el producto sea seguro para el consumo. Por ejemplo, diversos tipos de bebidas se embotellan en envases de "llenado en caliente" fabricados con tereftalato de polietileno (PET). Típicamente, tales envases se llenan y taponan a temperaturas de alrededor de 85°C (185°F). El envase puede deformarse cuando se expone a un líquido que se ha calentado por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) del material del que está formado el envase. Lo que es más, el vapor y/u otro gas calentado de un envase sellado se condensará en su espacio superior a medida que se enfríe el contenido de envase. La condensación del espacio superior produce el vacío en los envases sellados llenados en caliente.
La mayoría de los envases de bebidas llenados en caliente están diseñados para funcionar a presión atmosférica o casi. Si tal envase contiene un vacío interno significativo después de haberse sellado, se deformará y puede que se combe al enfriarse. Para evitar tal distorsión se debería minimizar cualquier presión interna que sea significativamente menor que la presión atmosférica externa y/o proporcionar al envase un soporte estructural apropiado. Se han desarrollado diversas técnicas a este respecto. Por ejemplo, algunos diseños de envases de PET incluyen paneles de vacío móviles o bases móviles. Algunos envases de bebidas llenados en caliente tienen una construcción que incluye paredes más gruesas. Sin embargo, estas características dan como resultado envases de PET más pesados y mayor coste de material. Y aunque existen otras técnicas, tienen también diversos inconvenientes. En consecuencia, sigue existiendo la necesidad de encontrar técnicas y dispositivos adicionales que puedan reducir y/o aliviar el vacío generado por el llenado en caliente de envases deformables. De acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y el preámbulo de las reivindicaciones 10 y 12, se conocen, respectivamente, un método y unos aparatos a partir del documento WO 2005/047760.
Por el documento WO 2005/084464, se conoce un método para prolongar el tiempo de almacenamiento de los embotellados de plástico utilizando reguladores de dióxido de carbono.
Sumario
Este sumario se proporciona para presentar de manera simplificada una selección de conceptos que se describirán adicionalmente, más adelante, en la descripción detallada.
Los inconvenientes identificados de la técnica anterior se superan con el método de acuerdo con la reivindicación 1, los aparatos de acuerdo con las reivindicaciones 10 y 12 y el uso de acuerdo con la reivindicación 14.
Se utiliza un elemento de material de adsorbedor para aliviar el vacío que resulta del enfriamiento de contenido calentado en un envase sellado. El volumen interior de ese envase puede llenarse total o parcialmente con un material calentado. El material calentado puede ser o puede incluir un líquido. En algunas realizaciones, el material calentado puede ser una bebida u otro producto alimenticio destinado al consumo de un ser humano o de un animal. El envase puede formarse a partir de cualquier material de entre una variedad de materiales, y puede tener cualquier forma de entre una variedad de formas. En algunas realizaciones, el envase puede estar formado a partir de tereftalato de polietileno (PET) o de otro material deformable. El envase puede llenarse al menos parcialmente con líquido por encima de 65,55°C (150°F) y sellarse. Después del sellado, se pueden liberar uno o más gases desde un material de adsorbedor hacia el volumen interior del envase sellado. A medida que se enfría el contenido del envase, la liberación de gas/es del material de adsorbedor alivia el vacío que, de otro modo, se desarrollaría. La liberación de gas es inicialmente gradual, produciéndose la liberación total del gas después de que el contenido del envase se haya enfriado por debajo de la Tg del material del envase.
En algunas realizaciones, se puede incorporar un inserto de material de adsorbedor en el cierre del envase. Se pueden almacenar múltiples cierres en una cámara de carga previa para cargar previamente los insertos de cierre con uno o más gases. A medida que los envases se llenan con bebida calentada se pueden dispensar cierres desde la cámara de carga previa y usarse para sellar los envases llenos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A es una vista parcialmente esquemática en corte transversal de área de un cierre de envase, de acuerdo con algunas realizaciones, que incluye un inserto de material adsorbente.
La figura 1B es una vista parcialmente esquemática en corte transversal de área de un cierre de envase de acuerdo con algunas realizaciones adicionales.
La figura 1C es una vista parcialmente esquemática en corte transversal de área de un cierre de envase de acuerdo con algunas realizaciones adicionales.
Las figuras 2A a 2E son dibujos parcialmente esquemáticos que muestran los pasos de un método, de acuerdo con algunas realizaciones, que utiliza un cierre como el que se muestra en las figuras 1A-1C.
La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra pasos de métodos, de acuerdo con al menos algunas realizaciones, para aliviar el vacío en envases sellados causado por el enfriamiento de contenido de envase. Las figuras 4A y 4B son dibujos parcialmente esquemáticos que muestran el uso de un dispositivo de taponado presurizado durante la realización de un método de acuerdo con algunas realizaciones.
Descripción detallada
Se utiliza un elemento de material de adsorbedor para aliviar el vacío que resulta del enfriamiento de contenido calentado en un envase sellado. Como se usa en el presente documento, "vacío" se refiere a la presión dentro del volumen interno de un envase sellado que es menor que la presión que hay en el espacio externo que rodea el envase sellado. Como también se usa en el presente documento, "aliviar" un vacío implica reducir el vacío, es decir, reducir la diferencia entre la presión dentro del volumen interno de un envase sellado y la presión en el espacio externo que rodea el envase. "Aliviar" un vacío también puede implicar eliminar completamente el vacío, es decir, hacer que la presión del volumen interno del envase sea igual o mayor que la presión del espacio externo. "Aliviar" el vacío puede también abarcar evitar la creación de un vacío, por ejemplo, liberar gas de un material de adsorbedor a una velocidad que sea suficientemente rápida como para impedir que la presión del volumen interno del envase sea menor que la presión del espacio externo a medida que se enfría el contenido de envase.
En algunas realizaciones, un elemento de material de adsorbedor puede tener la forma de un inserto. Ese inserto, que puede incluir uno o múltiples tipos de materiales de adsorbedor, puede alojarse en un cierre utilizado para sellar el envase. Antes de colocar un cierre de alojamiento de inserción sobre un envase llenado con material calentado y de sellar el envase, el material/s de adsorbedor puede cargarse previamente (también puede decirse que está precargado) con uno o más gases. Esos gases pueden incluir, entre otros, nitrógeno (N2), metano (CH4), etano (C2H4), dióxido de carbono (CO2) y/u otros gases. Cuando el envase está lleno y listo para taponar, el cierre (que incluye el/los material/es de adsorbedor precargado/s) se coloca sobre el envase y se sella el envase. El gas se libera del/de los material/s de adsorbedor alojado/s en el inserto. La liberación de gas del/de los material/s de adsorbedor a medida que se enfría el contenido de envase alivia el vacío asociado con el enfriamiento de esos contenidos y la condensación de vapor y/o gases acumulados en el espacio superior del envase. Otros aspectos adicionales de métodos y dispositivos de acuerdo con estas y otras realizaciones se describen más adelante.
La figura 1A es una vista parcialmente esquemática en corte transversal de área de un cierre 100a de envase, de acuerdo con algunas realizaciones, que incluye un inserto de material adsorbente. El cierre 100a incluye un alojamiento 101a. La forma exterior del alojamiento 101a es generalmente cilíndrica. El plano de corte de la figura 1A pasa a través de la línea central vertical del cierre 100a.
El cierre 100a está configurado para unirse a un acabado de cuello roscado de un envase para bebidas de tereftalato de polietileno (PET) de manera convencional. En particular, existe una cavidad 102a en la parte inferior del alojamiento 101a configurada para recibir una porción de acabado de un cuello de envase. Para fines de referencia, la figura 1A muestra un acabado de cuello NF de un envase C en líneas discontinuas. Una pared lateral interior 103a de la cavidad 102a incluye roscas helicoidales 104a formadas en ella. Cuando el cierre 100a se coloca sobre el acabado de cuello de envase y se gira, las roscas 104a se aplican a las roscas correspondientes (T) en el acabado de cuello para asegurar el cierre 100a al envase. El alojamiento 101a puede moldearse a partir de cualquiera de los diversos materiales termoplásticos u otros materiales utilizados convencionalmente para cierres de envases.
El extremo superior de la cavidad 102a termina en un pozo 105a de revestimiento. El cierre 100a incluye adicionalmente un revestimiento 106a en forma de disco posicionado en el pozo 105a de revestimiento. De manera similar a los revestimientos de cierres de envases de bebidas convencionales, el revestimiento 106a actúa para sellar un envase cuando el cierre 100a está asegurado al acabado de cuello de envase. Específicamente, la superficie inferior 107a del revestimiento 106a se presiona contra una superficie de sellado ubicada en el borde superior del acabado de cuello cuando el cierre 100a se aprieta sobre ese acabado de cuello.
Sin embargo, a diferencia de los revestimientos convencionales, el revestimiento 106a sostiene un inserto 120a de material de adsorbedor. El inserto 120a contiene uno o más materiales de adsorbedor que se han seleccionado en base a la capacidad de adsorber un gas elegido bajo un conjunto de condiciones y luego de liberar el gas adsorbido bajo un conjunto diferente de condiciones. Por ejemplo, el/los material/es de adsorbedor pueden adsorber el/los gas/es seleccionados en condiciones que comprenden una concentración relativamente alta del/de los gas/es seleccionados a una presión relativamente alta. El/los material/es de adsorbedor pueden liberar el/los gas/es adsorbidos en condiciones que comprenden una presión más baja y/o la presencia de humedad añadida.
Los gases que se pueden adsorber y luego liberar en un envase de acuerdo con diversas realizaciones incluyen, entre otros, uno o más de los siguientes elementos: nitrógeno (N2), metano (CH4), etano (C2H6) y dióxido de carbono (CO2). En al menos algunas realizaciones se pueden preferir gases que sean mínimamente solubles en líquido (u otro/s contenido/s del envase). En algunas realizaciones, un inserto de material de adsorbedor u otro tipo de elemento de material de adsorbedor sólo puede cargarse previamente con un único tipo de gas. Cuando ese elemento de material de adsorbedor se expone posteriormente al interior del envase sellado, se libera ese único tipo de gas. En otras realizaciones, un elemento de material de adsorbedor o una colección de elementos de material de adsorbedor pueden cargarse previamente con múltiples tipos de gases. Cuando ese elemento de material de adsorbedor o esa colección de elementos se expone posteriormente al interior del envase sellado, se puede liberar cada uno de esos múltiples tipos de gas. En al menos algunas realizaciones, se pueden utilizar múltiples elementos de material de adsorbedor de gas para controlar la velocidad y las características de liberación del/de los gas/es adsorbido/s en función del tiempo.
Se conocen en la técnica numerosos tipos de materiales de adsorbedor, incluidos, entre otros, zeolitas, carbono, nanotubos de carbono y estructuras organometálicas (MOF). Un ejemplo de una MOF que puede usarse en algunas realizaciones y que puede usarse para adsorber CO2, CH4 y/o N2 está disponible con el nombre comercial de BASOLITE C300 de Sigma-Aldrich Co. LLC de St. Louis, Missouri, EE. UU. Otros adsorbedores que pueden usarse incluyen, entre otros, zeolita 13X, carbón activado y zeolita 5A. Estos materiales, que también pueden usarse para adsorber CO2, CH4 y/o N2, son bien conocidos y están disponibles comercialmente en numerosas fuentes.
En algunas realizaciones, un inserto de material de adsorbedor u otro elemento de material de adsorbedor sólo puede incluir un único tipo de material de adsorbedor. Por ejemplo, un inserto puede configurarse para adsorber un único gas, por ejemplo, el gas A. El material X de adsorbedor adsorbe el gas A, y, de este modo, un inserto de material de adsorbedor configurado para adsorber (y posteriormente liberar) el gas A podría incluir sólo el material X de adsorbedor. En otras realizaciones, un elemento de material de adsorbedor puede estar compuesto por múltiples tipos diferentes de materiales de adsorbedor. Como otro ejemplo, puede configurarse un inserto de material de adsorbedor para adsorber dos tipos diferentes de gas, por ejemplo, gas B y gas C. El material Y de adsorbedor puede ser un buen adsorbedor de gas B pero un mal adsorbedor de gas C. De manera similar, el material de adsorbedor Z puede ser un buen adsorbedor de gas C pero un mal adsorbedor del gas B. De este modo, un inserto de adsorbedor configurado para adsorber (y posteriormente liberar) los gases B y C podría contener una mezcla de materiales Y y Z de adsorbedor. Alternativamente, se podrían utilizar múltiples insertos de adsorbedor que contuvieran diferentes tipos de adsorbedores para liberar uno o más gases.
En algunas realizaciones, el inserto 120a se forma como un disco sólido antes de empotrarse en el revestimiento 106a. Además de uno o más materiales de adsorbedor, el inserto 120a puede incluir uno o más materiales aglutinantes (por ejemplo, arcilla, fibras, polímeros, ceras, cementos) como para mantener la integridad del inserto 120a como disco sólido. En algunas realizaciones, el inserto 120a es sólido, pero puede tener una forma diferente como para maximizar el área de superficie expuesta. Por ejemplo, en lugar de un disco sólido, el inserto 120a podría tener la forma de un espolón sólido con múltiples radios. En otras realizaciones más, el/los material/es de adsorbedor del inserto 120a puede/n estar en forma granular. Por ejemplo, el inserto 120a podría tener la forma de una bolsa formada por una membrana exterior que contiene partículas de material de adsorbedor. Más adelante se describen ejemplos de una realización de este tipo en relación con la figura 1C.
El revestimiento 106a incluye una región semipermeable 108a ubicada directamente debajo del inserto 120a. La región semipermeable 108a permite que el gas que escapa del inserto 120a pase a través del revestimiento 106a y alcance el volumen interior de un envase sellado mediante el cierre 100a. La región 108a permite también que algo de humedad de ese volumen interior alcance el inserto 120a. Como se explica con más detalle a continuación, dicha humedad puede en algunas realizaciones desencadenar la liberación de gas desde el inserto 120a. En la realización del cierre 100a, el revestimiento 106a está formado a partir de dos tipos de material. El primer tipo de material se usa para la región semipermeable 108a, y el segundo tipo se usa para el resto del revestimiento 106a. El segundo tipo de material no es permeable al gas ni a la humedad. Ejemplos de materiales que se pueden usar para las partes no permeables del revestimiento 106a incluyen, entre otros, elementos laminados de papel de aluminio. Ejemplos de materiales a partir de los cuales se puede formar la región semipermeable 108a incluyen, entre otros, elastómeros termoplásticos (TPE), terpolímero de estireno etileno butileno estireno (SEBS) y acetato de etileno y vinilo (EVA).
La figura 1B es una vista en corte transversal parcialmente esquemática de un cierre 100b de envase de acuerdo con algunas realizaciones adicionales. Excepto por lo que se describe más adelante, el cierre 100b es similar al recinto 100a. A menos que se indique lo contrario, el elemento en la figura 1B que tiene un número de referencia que termina en "b" es similar y funciona de la misma manera que el elemento de la figura 1A que tiene un número de referencia similar que termina con una "a". Por ejemplo, el alojamiento 101b en la figura 1B es similar y funciona de la misma manera que el alojamiento 101a de la figura 1A.
El cierre 100b difiere del cierre 100a debido al revestimiento 106b. A diferencia del revestimiento 106a, en el que la región semipermeable 108a está formada a partir de un material diferente al de otras partes del revestimiento 106a, la región semipermeable 108b del revestimiento 106b está formada a partir del mismo material no permeable utilizado para formar otras partes del revestimiento 106b. De modo que la región 108b permitirá que el gas liberado desde el inserto 120b alcance el volumen interior del envase y permita que la humedad del interior del envase alcance el inserto 120b, se forma una pluralidad de pequeños poros 109b en la región 108b.
La figura 1C es una vista parcialmente esquemática en corte transversal de área de un cierre 100c de envase de acuerdo con algunas realizaciones adicionales. Excepto por lo que se describe más adelante, el cierre 100c es similar al recinto 100a. A menos que se indique lo contrario, el elemento en la figura 1C que tiene un número de referencia que termina en "c" es similar y funciona de la misma manera que el elemento de la figura 1A que tiene un número de referencia similar que termina con una "a". Por ejemplo, el alojamiento 101c en la figura 1C es similar y funciona de la misma manera que el alojamiento 101a de la figura 1A.
El cierre 100c incluye un inserto 120c de adsorbedor que difiere de los insertos sólidos 120a y 120b de las figuras 1A y 1B. El inserto 120c comprende múltiples partículas 123c de uno o más tipos de materiales de adsorbedor. A diferencia de los insertos sólidos de las figuras 1A y 1B, las partículas 123c no están ligadas entre sí para formar un elemento de material de adsorbedor monolítico sólido. En lugar de ello, las partículas 123c se mantienen juntas en una bolsa entre dos láminas 121c y 122c de material de membrana. Cada una de las láminas 121c y 122c puede tener una forma generalmente circular. Las partículas 123c pueden colocarse entre las láminas 121c y 122c. Las láminas 121c y 122c pueden entonces juntarse alrededor de sus bordes periféricos 125c para formar una bolsa circular aplanada que asegura las partículas 123c dentro de un perímetro formado por un sello alrededor de los bordes periféricos 125c. Al menos la membrana 121c puede formarse a partir de un material semipermeable tal como SEBS.
La región semipermeable 108a del cierre 100a y el revestimiento 106a también puede actuar para moderar la velocidad a la que el gas se difunde desde el inserto 120a al interior del envase. De manera similar, la región 108b del revestimiento 106b (cierre 100b) y la membrana 121c (elemento 120c dentro del revestimiento 106c del cierre 100c) también pueden actuar para moderar la velocidad a la que el gas se difunde desde el inserto de adsorbedor al interior del envase.
Los cierres 100a-100c se pueden fabricar de variadas maneras. Por ejemplo, podría, en primer lugar, formarse el inserto 120a-120c. En algunas realizaciones, y dependiendo del/de los material/es de adsorbedor seleccionado/s, el inserto 120a o 120b podría formarse moldeando el/los material/es de adsorbedor seleccionado/s en una matriz de uno o más materiales aglutinantes para formar un disco sólido. Como se indicó anteriormente, el inserto 120c podría formarse sellando el/los material/es de adsorbedor seleccionado/s entre láminas de material de membrana. La porción no permeable del revestimiento 106a puede moldearse en su lugar alrededor del inserto 120a, después de lo cual la región semipermeable 108a podría moldearse en su lugar. Una vez completado el moldeado del revestimiento 106a, el revestimiento 106a podría colocarse en el pozo 105a del alojamiento 101a. El alojamiento 101a podría moldearse por inyección de manera convencional. En otras realizaciones, se podría colocar un inserto 120a previamente formado en un pozo del alojamiento 101a y se podría moldear el revestimiento 106a en su lugar alrededor del inserto 120a. Podrían usarse operaciones similares para fabricar cierres 100b o 100c, con modificaciones para adaptarse a las diferencias en las diversas realizaciones. Por ejemplo, los poros 109b en el cierre 100b podrían formarse durante el proceso de moldeo del revestimiento 106b usando pequeños pasadores u otros elementos del molde.
Las figuras 2A a 2E son dibujos parcialmente esquemáticos que ilustran los pasos de un método de acuerdo con algunas realizaciones que utilizan cierres como los de las figuras 1A a 1C. Debido a que el método descrito en conexión con las figuras 2A-2E podría realizarse usando cualquiera de los cierres 100a-100c, o usando cierres de acuerdo con otras realizaciones, el cierre de las figuras 2A-2E se denominará simplemente cierre 100.
La figura 2A muestra una cámara de carga previa 200 que sostiene un suministro de cierres 100. La cámara 200 está posicionada cerca de una máquina taponadora que recibirá el cierre 100 de la cámara 200 y utilizará ese cierre recibido 100 para sellar un envase, como se describe con más detalle más adelante. La cámara 200 incluye una cámara principal 201 y una cámara dispensadora 202. La cámara principal 201 mantiene una atmósfera de gas G a una presión de hasta 6 bares. El suministro de cierres 100 permanece en la cámara principal 201 para cargar previamente cada uno de sus insertos 120 de adsorbedor con gas G. El gas G podría ser N2, CH4, C2H6, CO2 y/u otro gas o una combinación de múltiples gases. La cámara dispensadora 202 actúa para evitar la despresurización de la cámara principal 201 cuando se retira un cierre 100 de la cámara 200 y se usa para sellar un envase. La cámara dispensadora 202 incluye una puerta interior 203 y una puerta exterior 204, una línea de suministro de gas G controlada por una válvula 205 y una línea de ventilación controlada por una válvula 206.
Para dispensar un cierre desde la cámara de carga previa 200 para su uso en sellar un envase, se cierran la puerta exterior 204, la puerta interior 203 y la válvula 206 de ventilación. Se abre la válvula 205 de gas G, y la cámara dispensadora 202 se presuriza a 6 bares (o a la misma presión que la cámara principal 201, si es diferente), y luego se cierra la válvula 205. Luego se abre la puerta interior 203, se mueve un cierre 100 desde la cámara principal 201 a la cámara dispensadora 202 y se cierra la puerta interior 203. Luego se abre la válvula 206 de ventilación para liberar el exceso de presión dentro de la cámara dispensadora 202, después de lo cual se abre la puerta exterior 204 y el cierre 100 se lleva desde la cámara dispensadora 202 a la máquina taponadora. Por conveniencia, la figura 2A muestra el cierre 100 ya posicionado en la cámara dispensadora 202. La figura 2A asume adicionalmente que la cámara dispensadora 202 está presurizada, que la válvula 205 de gas G está cerrada y que la válvula 206 de ventilación está cerrada.
La figura 2A muestra adicionalmente un envase 220 que finalmente será taponado y sellado por uno de los cierres precargados 100 en la cámara 200. El envase 220 está ubicado cerca de una máquina llenadora, pero aún no ha sido llenado. El envase 220 incluye un acabado 221 de cuello, similar al acabado de cuello NF de las figuras 1A-1C y al cual se unirá un cierre 100. El acabado 221 de cuello rodea una abertura 222 que expone el volumen interior 223 del envase 220.
La figura 2B muestra el envase 220 inmediatamente después de haber sido llenado con un líquido calentado 224. En particular, la máquina llenadora ha dispensado una cantidad de líquido calentado 224 al volumen interior 223 a través de la abertura 222. El envase llenado 220 se ha llevado a la máquina taponadora inmediatamente después del llenado, y mientras el líquido 222 está todavía caliente.
La figura 2C muestra el inicio del paso de taponar. En algunas realizaciones, se sella el envase en un segundo de haber sido llenado en caliente. Se dispensa un cierre precargado 100 desde la cámara 200. En particular, se abre la válvula de ventilación 206, se abre la puerta exterior 204 y se dispensa el cierre 100 desde la cámara dispensadora 202 a la máquina taponadora. Después de dispensar el cierre 100 a la máquina taponadora, la puerta exterior 204 y la válvula de ventilación 206 se cierran y la cámara dispensadora 202 puede comenzar a cargar otro cierre precargado y usarlo para sellar otro envase.
Inmediatamente después de ser expuesto a la presión atmosférica, el inserto de material de adsorbedor precargado dentro del cierre dispensado 100 comienza a liberar gas G. En consecuencia, y como se muestra en la figura 2D, la máquina taponadora asegura rápidamente el cierre 100 al acabado 211 de cuello del envase 220 y sella el envase 220. Una vez que se sella el envase 220, cualquier gas G liberado desde el inserto del cierre 100 se liberará al volumen interior 223 del envase 220.
Esto se muestra esquemáticamente en la figura 2D. Específicamente, las pequeñas flechas que se desplazan hacia abajo desde el cierre 100 indican que ha comenzado la liberación de gas G. Aunque no se muestra en la figura 2D, el contenido del envase 220 (el líquido 224 y el vapor situado en el espacio superior 225) ha comenzado a enfriarse. El gas G liberado desde el inserto 120 ayuda, de este modo, a aliviar la presión de vacío que, de otro modo, se formaría dentro del volumen interior 220 a medida que el líquido 224 se enfriara.
Como se muestra adicionalmente en la figura 2D, continúan también las operaciones asociadas con la carga de otro cierre 100 en la cámara dispensadora 202. La válvula 205 se ha ya abierto para presurizar la cámara 205 con gas G, y luego se ha cerrado. Se abre ahora la puerta interior 203 y se desplaza el cierre 100 de la cámara 201 a la cámara 202. La puerta interior 203 se cerrará posteriormente y la cámara 202 estará entonces lista para dispensar el cierre 100 recién cargado para que pueda ser usado para sellar el siguiente envase lleno. Aunque no se muestra, ese siguiente envase podría estar en posición para llenarse en la máquina llenadora mientras se tapona el envase 220 de la figura 2D.
La figura 2E muestra el paso en el que se invierte el envase sellado 220. Este paso pone el líquido calentado 224 en contacto con el cierre 120 como para sanitizar el cierre 100. El paso también hace que la humedad procedente del líquido 224 penetre hasta el inserto de material de adsorbedor del cierre 100. Como se indicó anteriormente en relación con las figuras 1A-1C, esta humedad podría penetrar a través de la región 108a en la realización de la figura 1A, a través de la región 108b en la realización de la figura 1B, o a través de la membrana 121c en la realización de la figura 1C. Esta humedad actúa para activar una liberación más rápida de gas del inserto, como lo indican esquemáticamente las flechas más grandes que se muestran en la figura 2E.
A continuación se puede hacer pasar el envase sellado 220 a través de un túnel de enfriamiento (no mostrado). A medida que el envase 220 pasa a través del túnel de enfriamiento, se puede rociar con agua como para reducir la temperatura del líquido 224 a aproximadamente 73,88°C (165°F). A medida que la temperatura del líquido 224 desciende, el gas G continúa liberándose del inserto. Esta liberación de gas G continúa aliviando el vacío dentro de la región interior 220.
La figura 3 es un diagrama de bloques que muestra pasos de métodos, de acuerdo con al menos algunas realizaciones, para aliviar el vacío en envases sellados causado por el enfriamiento del contenido de envase calentado. Las realizaciones de los métodos mostrados en la figura 3 incluyen las realizaciones descritas anteriormente, así como realizaciones adicionales según se establece más adelante.
El paso 300 incluye llenar, al menos parcialmente, el volumen interior de un envase con un material calentado. En algunas realizaciones, el envase está lleno, pero, en otras realizaciones, puede que el envase no esté completamente lleno. El envase puede tener diversas formas. En algunas realizaciones, y como se muestra en las figuras 2A-2E, el envase puede tener la forma de una botella que tiene una porción de cuello. La porción de cuello puede tener una abertura que expone el volumen interior de la botella. La porción de cuello puede también incluir un acabado que incluye roscas u otros elementos para asegurar el cierre para sellar la abertura. Los envases pueden tener otras formas y configuraciones en otras realizaciones. Tales formas pueden incluir, entre otros, tarros, cajas de cartón, botes, etc.
El envase puede también estar formado de diversos materiales. En al menos algunas realizaciones, el envase está formado a partir de un material deformable tal como PET. En otras realizaciones, el envase está formado a partir de un tipo o de otros tipos diferentes de materiales plásticos. Tales otros materiales plásticos pueden incluir, entre otros, naftalato de polietileno u otras resinas con una Tg superior a 75°C. En otras realizaciones más, el envase puede formarse de uno o más materiales deformables, plásticos o no plásticos. En otras realizaciones más, el envase puede incluir una o más porciones no deformables. Como se usa en el presente documento, un elemento es "no deformable" si no muestra ninguna deformación perceptible a simple vista cuando el envase que incorpora el elemento se somete a una presión de vacío no aliviada causada por el enfriamiento del contenido.
En algunas realizaciones, el material calentado colocado en el envase durante el paso 300 es, o incluye, un líquido. En al menos algunas realizaciones, el material calentado es una bebida u otro producto alimenticio destinado al consumo de un ser humano o de un animal. La bebida o el otro producto alimenticio puede tener cualquiera de entre numerosas formulaciones, consistencias y/o texturas. La bebida o el otro producto alimenticio puede ser viscoso, fluido o acuoso, puede tener o no inclusiones (por ejemplo, pulpa de fruta), etc. En algunas realizaciones, la bebida o el otro producto alimenticio puede ser gelatinoso o ser una suspensión espesa. Ejemplos de líquidos calentados con los que se puede llenar, al menos parcialmente, un envase en el paso 300 incluyen, entre otros, zumos de frutas, bebidas deportivas y otras bebidas, así como productos lácteos. El material calentado colocado en el envase en el paso 300 puede ser una mezcla de otros materiales.
Puede también variar la temperatura a la que se calienta el material en el momento del llenado en el paso 300 de acuerdo con la realización. Esa temperatura puede depender, al menos en parte, del material que se coloca en el envase. Tal como se utiliza en el presente documento, "calentado" significa significativamente por encima de la temperatura ambiente. En al menos algunas realizaciones, el material se calienta hasta, al menos, 65,55 °C (150 °F) durante el llenado, al menos parcial, del paso 300. En otras realizaciones, el material se calienta hasta, al menos, 71,11 °C (160 °F), hasta, al menos, 73,88 °C (165 °F), hasta, al menos, 76,66 °C (170 °F), hasta, al menos, 79,44 °C (175 °F), hasta, al menos, 82,22 °C (180 °F), hasta, al menos, 85°C (185°F), o más, durante el llenado, al menos parcial, del paso 300.
El paso 305 incluye sellar el envase después del llenado (o del llenado parcial) del envase con el material calentado. En algunas realizaciones, y como se describe en conexión con las figuras 2A-2E, el sellado puede incluir aplicar un cierre y apretar o, si no, aplicar los componentes de sellado del cierre. En algunas realizaciones, puede suceder, por ejemplo, que el cierre carezca de roscas y utilice un clip u otro tipo de mecanismo de aplicación para asegurar el cierre al envase.
No es necesario utilizar un cierre en todas las realizaciones. En algunas realizaciones, por ejemplo, las operaciones de sellado del paso 305 podrían incluir soldar o, si no, cerrar permanentemente la abertura del envase. Por ejemplo, en algunas realizaciones, podría envolverse un inserto de adsorbedor, similar al inserto 120a, en un material semipermeable destinado a aguantar su inmersión a largo plazo en el material dentro de un envase sellado. Un suministro de tales insertos podría cargarse previamente en una cámara, de manera similar a la manera en la que se cargan previamente los cierres 100 en la cámara 200 en la realización de las figuras 2A-2E. Después de llenar un envase de plástico con un material calentado (por ejemplo, una bebida), se podrían dejar caer insertos precargados en el envase a través de la abertura del envase, y cerrar la abertura del envase con soldadura.
El paso 310 incluye liberar un gas desde un elemento de material de adsorbedor en el volumen interior del envase después de que el envase haya sido sellado. Este elemento de material de adsorbedor está precargado con uno o más gases de tal manera que esos uno o más gases se adsorben en los poros de la superficie del/de los material/es de adsorbedor. Antes de sellar el envase en el paso 305, el elemento de material de adsorbedor se coloca en una ubicación de modo que el/los gas/es liberados del material de adsorbedor puedan fluir hacia el volumen interior del envase. En algunas realizaciones, y como se describe en conexión con las figuras 1-2E, el elemento de material de adsorbedor está incorporado en el revestimiento de sellado del cierre. En otras realizaciones, el elemento de adsorbedor podría estar ubicado en otro lugar. Como se indicó anteriormente, el elemento de material de adsorbedor podría formarse como un inserto que se deja caer dentro de un envase antes del sellado. Como otro ejemplo, se podría incorporar el elemento de material de adsorbedor en el cuerpo de envase. En tal realización, el propio envase podría cargarse previamente con uno o más gases de manera similar a como se cargan previamente los cierres 100 en la realización de las figuras 2A-2E. Sin embargo, un envase en tal realización podría retirarse de una cámara de carga previa justo antes del llenado y luego llenarse y sellarse inmediatamente.
Una vez sellado el envase, la exposición a unas condiciones dentro del volumen interior del envase (por ejemplo, de caída de presión, de humedad) provoca que se liberen uno o más gas/es del elemento de material de adsorbedor. Los gases liberados fluyen hacia el volumen interior del envase. A medida que el material calentado en el envase se enfría, la liberación continua de gas/es desde el elemento de material de adsorbedor alivia el vacío causado por el enfriamiento del contenido de envase.
Se pueden liberar diferentes gases y/o combinaciones de gases durante el paso 310 en diversas realizaciones. Como se indicó anteriormente, esos gases incluyen, entre otros, nitrógeno (N2), metano (CH4), etano (C2H4) y dióxido de carbono (CO2). Otros gases pueden incluir, entre otros, hidrógeno (H2) y helio (He). En algunas realizaciones, se seleccionan gases con baja solubilidad acuosa como para reducir el volumen de gas que debe liberarse como para aliviar el vacío. Se pueden utilizar numerosos materiales como material de adsorbedor en un elemento de material de adsorbedor de acuerdo con diversas realizaciones. Esos materiales incluyen, entre otros, los materiales anteriormente identificados. Un elemento de material de adsorbedor puede también incluir otros aglutinantes y otros compuestos para mantener el/los material/es de adsorbedor a modo de elemento monolítico. El elemento de material de adsorbedor puede incluir materiales de adsorbedor en forma granular o con otra forma suelta que estén contenidos por una membrana u otra barrera. El elemento de material de adsorbedor puede contener un único tipo de material de adsorbedor (por ejemplo, como para adsorber y liberar un único gas) o puede contener múltiples tipos de materiales de adsorbedor (por ejemplo, como para adsorber y liberar múltiples gases).
De acuerdo con la invención, es recomendable evitar la deformación del envase cuando el producto que llena ese envase esté a una temperatura superior a la Tg del material de envase. Esto ayuda a evitar la expansión permanente del material de envase que crearía un volumen interno aún mayor. Como resultado, se pueden mantener la forma y la integridad del envase.
De modo que se evite la deformación permanente del envase cuando el contenido esté por encima de la Tg del material del envase, se selecciona un adsorbedor, una matriz que contiene el adsorbedor y/o una región de revestimiento semipermeable que rodee el adsorbedor para dar como resultado una liberación temporizada del gas adsorbido. En particular, se puede seleccionar la región de revestimiento y/o la matriz de adsorbedor de modo que el envase no esté sobrepresurizado mientras el contenido de envase esté por encima de la Tg para el material de envase. En lugar de ello, el gas se libera gradualmente de modo que la mayor parte del gas adsorbido se libere después de que el contenido de envase se enfríe por debajo de la Tg de material de envase. Por ejemplo, se puede seleccionar la región de revestimiento y/o la matriz de adsorbedor de manera que menos del 50% del gas adsorbido se libere al llenar el envase con producto calentado, y de modo que el resto se libere después de que el producto se haya enfriado por debajo de la Tg de material de envase. Se describe más adelante un ejemplo no limitante de un adsorbedor y de una matriz que cumple este criterio.
En algunas realizaciones adicionales de métodos de acuerdo con la figura 3, que no forman parte de la presente invención, no es necesario cargar previamente un elemento de material de adsorbedor. En algunas de tales realizaciones, se añade/n gas/es al envase en un paso adicional realizado antes, durante o después del llenado en caliente del paso 300, pero antes del paso 305. En particular, se puede añadir una dosis de nitrógeno líquido y/o de otro/s gas/es licuado/s al envase justo antes de sellarlo con un cierre. El cierre puede ser similar al cierre 100, pero no es necesario cargar previamente el elemento de material de adsorbedor con gas. Después de sellar con el cierre, el volumen interior del cierre se presuriza a medida que se evapora la dosis de gas/es licuado/s. La presión elevada dentro del envase hará que el/los gas/es sea/n adsorbido/s por el elemento de material de adsorbedor dentro del cierre. La adsorción evitará que el envase se sobrepresurice mientras se calienta el contenido y que el envase sea susceptible a la deformación plástica. A medida que el contenido de envase se enfría y que la presión dentro del envase sellado desciende, el elemento de material de adsorbedor libera el/los gas/es adsorbido/s de vuelta al envase para reducir la formación de vacío.
En realizaciones adicionales, que no forman parte de la presente invención, se puede/n agregar gas/es G al envase usando un dispositivo de taponado presurizado durante el paso 305. Las figuras 4A y 4B son dibujos parcialmente esquemáticos que muestran el uso de tal dispositivo. En algunas de tales realizaciones adicionales, la máquina taponadora puede incluir un collar 401 que encierra el cuello del envase 220. Puede haber un borde inferior 402 que incluya una junta para formar un sello contra la pared exterior del envase y crear una cámara 403 de presión. Una vez que el collar 401 se baja sobre el cuello del envase 220 lleno en caliente y con el sello formado por el borde 402, se puede/n liberar gas/es G presurizado/s dentro de la cámara de presión 403. Un mandril u otro componente (no mostrado) puede entonces bajar un cierre 100 y sellar ese cierre en el acabado de cuello del envase 220. El/los gas/es G presurizado/s dentro de la cámara 403 comienza/n a adsorberse en el elemento de material de adsorbedor del cierre 100 a medida que el cierre 100 se coloca sobre el acabado de cuello. Durante un breve período de tiempo después de que se asegure el cierre 100, el/los gas/es G dentro del espacio superior del envase 220 continuará/n adsorbiéndose en el elemento de material de adsorbedor del cierre 100. Al igual que con la realización descrita anteriormente, la adsorción puede ayudar a evitar que el envase se sobrepresurice. mientras el contenido se calienta y el envase es susceptible a la deformación plástica. A medida que el contenido de envase se enfría y la presión dentro del envase sellado desciende, el elemento de material de adsorbedor libera el/los gas/es G adsorbido/s de vuelta al envase para reducir la formación de vacío (véase la figura 4B).
Ejemplo 1
Se forma un inserto de adsorbedor combinando aproximadamente 2 gramos de zeolita 13X en EVA de modo que el EVA estuviera cargado aproximadamente en un 70% con la zeolita. El inserto se cargó con N2 a 10 bar durante más de un día. Luego, se colocó el inserto en un cierre usado para taponar un envase de PET de 0,60 L (20 onzas) que había sido llenado con agua caliente calentada a 85°C (185°F). Se dejó enfriar el envase en aire a temperatura ambiente. La presión interna en el envase aumentó de aproximadamente -5515,12 Pa (-0,8 psig) a aproximadamente -4826,33 Pa (-0,7 psig) en las primeras cinco horas después del llenado. La presión interna alcanzó progresivamente aproximadamente -344,74 Pa (-0,05 psig) durante la noche. El envase no exhibió ninguna deformación apreciable después de 24 horas y resultó firme al agarre.
Todas y cada una de las permutaciones de características de las realizaciones descritas anteriormente están dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un método que comprende:
llenar al menos parcialmente un volumen interior (223) de un envase (c, 220) con un material de llenado calentado (224),
sellar el envase después del llenado al menos parcial, y
liberar un gas de un material de adsorbedor al volumen interior del envase después del sellado,
en el que el material de llenado calentado tiene una temperatura por encima de la temperatura de transición vítrea (Tg) del material a partir del cual se forma el envase, caracterizado porque
el material de adsorbedor, una matriz que contiene el material de adsorbedor y/o una región (108a; 108b; 108c, 121c) de revestimiento semipermeable que rodea el adsorbedor se seleccionan para dar como resultado una liberación temporizada, respectivamente gradual, del gas adsorbido,
en el que parte del gas se libera antes de que el material de llenado calentado se ha enfriado a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea, y en el que la mayor parte del gas se libera después de que el material de llenado calentado se ha enfriado a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea.
2. El método de la reivindicación 1,
en el que llenar al menos parcialmente el volumen interior del envase comprende llenar al menos parcialmente el volumen interior de un envase deformable, o
en el que llenar al menos parcialmente el volumen interior del envase comprende llenar al menos parcialmente el volumen interior de un envase de tereftalato de polietileno.
3. El método de la reivindicación 1,
en el que liberar un gas de un material de adsorbedor comprende liberar un gas de un material de adsorbedor mientras el material de llenado calentado se enfría dentro del envase sellado, preferiblemente
en el que llenar al menos parcialmente el volumen interior del envase comprende llenar al menos parcialmente el volumen interior de un envase deformable o
en el que llenar al menos parcialmente el volumen interior del envase comprende llenar al menos parcialmente el volumen interior de un envase de tereftalato de polietileno y preferiblemente con bebida consumible por humanos.
4. El método de la reivindicación 1, en el que llenar al menos parcialmente el volumen interior del envase comprende llenar al menos parcialmente el volumen interior de un envase con una bebida consumible por humanos calentada a al menos 65,5 °C (150 °F).
5. El método de la reivindicación 1, en el que sellar el envase comprende aplicar un cierre (100a) a una abertura del envase, y en el que el cierre (100a) comprende el material de adsorbedor.
6. El método de las reivindicaciones 4 y 5, en el que liberar el gas del material de adsorbedor comprende liberar el gas del material de adsorbedor mientras el material de llenado calentado se enfría dentro del envase sellado.
7. El método de la reivindicación 1,
en el que liberar el gas del material de adsorbedor comprende liberar múltiples gases del material de adsorbedor al volumen interior del envase después del sellado, o
en el que liberar el gas del material de adsorbedor comprende liberar gas de un inserto de material de adsorbedor (120a) que comprende múltiples tipos de materiales de adsorbedor.
8. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:
almacenar una pluralidad de cierres en una cámara, en el que cada uno de los cierres incluye un elemento de material de adsorbedor, y en el que la cámara se llena con el gas a una presión elevada suficiente para cargar previamente los elementos de material de adsorbedor con el gas, y
dispensar un cierre de la pluralidad de cierres desde la cámara inmediatamente antes del sellado, y
en el que sellar el envase comprende aplicar el cierre dispensado a una abertura del envase.
9. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente:
antes de sellar el envase, dosificar el envase con el gas en forma licuada; o
en el que sellar el envase comprende sellar el envase con un cierre en una cámara presurizada con el gas.
10. Un aparato que comprende:
un envase (c, 220), formado de un material que tiene una temperatura de transición vítrea (Tg), incluyendo, el envase, un inserto (120a) de material de adsorbedor posicionado para liberar al menos un gas en el volumen interior (223) del envase cuando el envase se llena al menos parcialmente con un material de llenado, cuya temperatura está por encima de la temperatura de transición vítrea, y se sella, comprendiendo, el inserto (120a), al menos un material de adsorbedor configurado para adsorber y posteriormente liberar al menos un gas, y en el que al menos un gas es generalmente insoluble en agua, caracterizado porque el material de adsorbedor, una matriz que contiene el material de adsorbedor y/o una región (108a; 108b; 108c, 121c) de revestimiento semipermeable que rodea el adsorbedor están seleccionados para dar como resultado una liberación temporizada, respectivamente gradual, del gas adsorbido, y para liberar parte del gas antes de que el material de llenado se enfría a una temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea y de la mayor parte del gas después de que el material de llenado se ha enfriado a una temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea.
11. El aparato de la reivindicación 10, en el que al menos un gas es al menos uno de entre nitrógeno, metano o etano, o en el que el aparato comprende un cierre (100a) y el inserto está contenido en el cierre.
12. Un aparato que comprende:
un cierre (100a) de envase, incluyendo, el cierre (100a), un inserto (120a) de material de adsorbedor posicionado para liberar al menos un gas en el volumen interior (223) de un envase (c, 220) que tiene una temperatura de transición vítrea (Tg ) cuando el envase se llena, al menos parcialmente, con un material de llenado calentado (224) que tiene una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea, y se sella mediante el cierre (100a), comprendiendo, el inserto (120a), al menos un material de adsorbedor configurado para adsorber y posteriormente liberar al menos un gas, y en el que el al menos un gas es generalmente insoluble en agua, caracterizado porque
el material de adsorbedor, una matriz que contiene el material de adsorbedor y/o una región (108a; 108b; 108c, 121c) de revestimiento semipermeable que rodea el adsorbedor están seleccionados para dar como resultado una liberación temporizada, respectivamente gradual, del gas adsorbido, y para liberar parte del gas antes de que el material de llenado se enfría a una temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea y de la mayor parte del gas después de que el material de llenado se ha enfriado a una temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea.
13. El aparato de la reivindicación 12, en el que al menos un gas es al menos uno de entre nitrógeno, metano o etano.
14. El uso de un aparato de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10-13 en un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
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