ITPR20100062A1

ITPR20100062A1 - Metodo ed apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico

Info

Publication number: ITPR20100062A1
Application number: IT000062A
Authority: IT
Inventors: Prinzio Matteo Di; Paolo Pagliarini
Original assignee: Gea Procomac Spa
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-01-16
Also published as: EP2493675A2; CN102741034A; RU2012125822A; US8980157B2; WO2012007862A2; WO2012007862A3; EP2493675B1; US20120292827A1; CN102741034B

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

"METODO ED APPARATO DI FORMATURA IN ASETTICO DI

CONTENITORI IN MATERIALE PLASTICO"

La presente invenzione ha per oggetto un metodo ed un apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico.

Come è noto, in una linea di imbottigliamento in asettico sussiste l'esigenza di sterilizzare i contenitori formati oppure le preforme.

Ad esempio, il documento EP1837037 a nome della richiedente proponeva un apparato ed un metodo per sterilizzare chimicamente i contenitori dopo la fase di formatura e prima della fase di riempimento. Tuttavia, la sterilizzazione delle preforme è preferibile rispetto alla sterilizzazione dei contenitori formati in quanto questi ultimi, avendo una superficie più estesa, necessitano di tempi di trattamento più lunghi e, nel caso di sterilizzazione chimica, di un maggior dispendio di sostanze sterilizzanti (ad esempio perossido di idrogeno o acido peracetico).

In tale direzione, è prevista la possibilità di sterilizzare le preforme prima di inviarle all'unità di riscaldamento. Tuttavia, tale soluzione presenta il problema di dover consegnare le preforme fredde al forno per ottenere un profilo di temperatura corretto. Inoltre, sia il forno che il sistema di manipolazione delle preforme devono essere mantenuti sterili.

Un'altra soluzione, proposta dal documento EP996530, prevede il deposito sulla superficie esterna delle preforme di un prodotto sterilizzante (ad esempio perossido di idrogeno) attivabile dal calore. Le preforme sono successivamente inviate ad una unità di riscaldamento dove viene completata la sterilizzazione delle stesse. Tuttavia, tale soluzione pone le seguenti problematiche:

— il processo di sterilizzazione non deve interferire con il corretto riscaldamento pre-soffiaggio;

— i residui chimici derivanti dalla sterilizzazione devono essere smaltiti;

— i tempi di processo risultano allungati.

Un'altra soluzione, rappresentata dal documento EP1896329, prevede lo spostamento della fase di sterilizzazione chimica delle preforme dopo il riscaldamento delle stesse. Tuttavia, anche questa soluzione reca con sé gli svantaggi dell'impiego di agenti chimici sterilizzanti.

Esiste, altresì, la possibilità di impiegare sorgenti di radiazioni per effettuare la sterilizzazione, come descritto nel documento EP2146838. Rispetto alla sterilizzazione chimica, la sterilizzazione mediante radiazione ha il vantaggio di ridurre i costi operativi dovuti al consumo degli agenti chimici, risolve il problema dello smaltimento dei residui chimici, e consente la realizzazione di impianti ecosostenibili. Tuttavia, la soluzione appena citata prevede l'esecuzione della sterilizzazione delle preforme prima del loro riscaldamento, pertanto i tempi complessivi di processo risultano ancora elevati.

Si ricorda inoltre che la sterilizzazione mediante radiazioni prevede l'impiego, in alternativa, di:

— radiazioni direttamente ionizzanti, quali elettroni o altre particelle cariche accelerate;

— radiazioni indirettamente ionizzanti, quali raggi X o raggi γ;

— radiazioni non ionizzanti, quali raggi infrarossi, ultravioletti o luce visibile.

Le radiazioni direttamente ionizzanti a bassa energia consentono di raggiungere dosi molto elevate (alcune decine di kiloGray) in tempi brevi ma hanno una limitata capacità di penetrazione (pochi micrometri) nel PET da sterilizzare. D'altra parte, le radiazioni indirettamente ionizzanti hanno capacità di penetrazione elevata (alcuni centimetri) nel PET, a fronte di tempi dell'ordine di minuti oppure ore per raggiungere la dose sterilizzante obiettivo.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è proporre un metodo ed un apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, che superino gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, scopo della presente invenzione è proporre un metodo di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, il quale prevede la predisposizione di una fase di sterilizzazione delle preforme evitando al contempo l'allungamento dei tempi complessivi di processo.

Altro scopo della presente invenzione è mettere a disposizione un apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, in grado di eseguire anche la sterilizzazione della preforma mantenendo pressoché invariati gli ingombri complessivi.

II compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo e da un apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un metodo e di un apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, come illustrato negli uniti disegni in cui:

— la figura 1 illustra un apparato di formatura, secondo la presente invenzione, in pianta schematica;

— la figura 2 illustra una porzione ingrandita dell'apparato di figura 1, in una prima forma realizzativa, in pianta schematica;

— la figura 3 illustra la porzione ingrandita di figura 2, nella prima forma realizzativa, in pianta più dettagliata (si riconosce la struttura del tunnel); — la figura 4 illustra un dettaglio (parte del tunnel) dell'apparato di figura 1, nella prima forma realizzativa, in vista prospettica;

— la figura 5 illustra il tunnel di figura 4, in vista trasversale sezionata;

— la figura 6 illustra una porzione ingrandita dell'apparato di figura 1, in una seconda forma realizzativa, in pianta;

— la figura 7 illustra un dettaglio (giostra rotante di trattamento) dell'apparato di figura 1, nella seconda forma realizzativa, in pianta;

— la figura 8 illustra parte della giostra rotante di figura 7, in vista prospettica.

Con riferimento alle figure, con 1 è stato indicato un apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, comprendente:

— una unità di riscaldamento 3 di preforme 4 in materiale plastico;

— una unità di trattamento 5 delle preforme 4 mediante radiazione;

— una unità di soffiaggio 6 delle preforme riscaldate. Ad esempio, l'unità di riscaldamento 3 include un sistema di lampade in modo tale che le preforme 4 siano riscaldate per irraggiamento. In alternativa o in aggiunta alle lampade, il riscaldamento avviene per convezione forzata di aria calda. L'unità di riscaldamento 3 (o forno), avente uno sviluppo lineare, è seguita dall'unità di trattamento 5.

Originalmente, l'unità di trattamento 5 è interposta tra fra l'unità di riscaldamento 3 e l'unità di soffiaggio In una prima forma realizzativa, illustrata nelle figure 2, 3, 4 e 5, l'unità di trattamento 5 comprende un tunnel 7 all'interno del quale sono fatte avanzare le preforme 4. Ciascuna preforma 4 ha l'imboccatura sostenuta da un relativo pletorello 10. In alternativa o in aggiunta, ciascuna preforma 4 è sostenuta tramite pinze di presa (non illustrate). Il tunnel 7 è delimitato da un corpo scatolare 8 schermante avente almeno una apertura 9 per consentire il passaggio delle radiazioni all'interno del tunnel 7.

Il corpo scatolare 8 schermante, avente preferibilmente struttura a strati acciaio-piombo-acciaio, comprende due pareti laterali 8a, 8b, una parete di fondo 8c ed una parete di sommità 8d. L'apertura 9 per il passaggio delle radiazioni è ricavata in una delle pareti laterali 8a, 8b. Preferibilmente, nella forma realizzativa mostrata in figura 3, entrambe le pareti laterali 8a, 8b presentano una serie di aperture 9 strette ed allungate, cioè vere e proprie feritoie in corrispondenza delle quali sono attivi emettitori di radiazione 18.

Vantaggiosamente, il tunnel 7 definisce un percorso avente sviluppo secondo una spezzata semplice. In particolare, tale percorso si sviluppa dal termine dell'unità di riscaldamento 3 verso l'unità di soffiaggio 6. Ad esempio, nella forma realizzativa descritta ed illustrata in figura 3, la spezzata semplice è formata da:

— una prima retta ri;

— una seconda retta r2 consecutiva alla prima retta ri e ad essa ortogonale;

una terza retta r3 consecutiva alla seconda retta r2 e ad essa ortogonale;

- una quarta retta r4 consecutiva alla terza retta r3 e ad essa ortogonale;

- una quinta retta r5 consecutiva alla quarta retta r4 e ad essa ortogonale.

Le radiazioni, introdotte nel tunnel 7 attraverso le feritoie 9 sono radiazioni indirettamente ionizzanti oppure radiazioni non ionizzanti. Preferibilmente, le radiazioni introdotte nel tunnel 7 sono raggi X "morbidi" (in inglese noti con il termine di "soft X-rays"). In particolare, i raggi X morbidi possono avere energie inferiori a 60 keV.

In una seconda forma realizzativa, illustrata nelle figure 6, 7 e 8, l'unità di trattamento 5 comprende:

— una giostra rotante il avente una pluralità di stazioni di trattamento 12 collocate sostanzialmente lungo la circonferenza C della giostra rotante il;

— almeno un gruppo esterno 13a, 13c di lampade UV 14 il quale risulta, almeno parzialmente, parallelo alla circonferenza C della giostra rotante il così da sterilizzare esternamente le preforme 4;

— almeno un gruppo interno 13b di lampade UV 14 disposte internamente alle preforme 4 per sterilizzarne la superficie interna.

Preferibilmente, sono previsti due gruppi esterni 13a, 13c di lampade UV 14 i quali risultano, almeno parzialmente, paralleli la circonferenza C della giostra rotante il. In particolare, un primo gruppo esterno 13a di lampade UV 14 definisce parte di una circonferenza interna Ci alla circonferenza C della giostra rotante 11, mentre un secondo gruppo esterno 13c di lampade UV 14 definisce parte di una circonferenza esterna C2 alla circonferenza C della giostra rotante 11.

Le lampade UV 14 dei gruppi esterni 13a, 13c sono fisse rispetto alla giostra rotante 11, mentre le lampade UV 14 del gruppo interno 13b sono solidali alla giostra rotante 11.

Ciascuna lampada UV 14 è accoppiata ad un riflettore 15, 16 per convogliare la radiazione sulla superficie da sterilizzare. In particolare, le lampade UV 14 dei gruppi esterni 13a, 13c hanno forma sostanzialmente cilindrica e sono accoppiate ad altrettanti riflettori 15 aventi la forma di calotte semicilindriche per convogliare la radiazione sulla superficie esterna delle preforme 4. Le lampade UV 14 del gruppo interno 13b hanno forma sostanzialmente cilindrica e sono accoppiate ad altrettanti riflettori 16 a forma di cupola disposti in prossimità delle imboccature delle preforme 4 per convogliare la radiazione sulla superficie interna delle preforme 4 stesse. L'efficacia del trattamento UV può essere aumentata impiegando lunghezze d'onda inferiori ai 200 nm, previo riempimento delle preforme 4 con azoto.

In alternativa alle lampade UV 14 è possibile impiegare laser UV.

In una ulteriore forma realizzativa, non illustrata, le stazioni di trattamento 12 della giostra rotante 11 sono racchiuse all'interno di un anello schermante provvisto di feritoie per consentire il passaggio di raggi X morbidi.

Il metodo di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, secondo la presente invenzione, è descritto nel seguito.

Le preforme 4 sono inizialmente riscaldate nel forno 3 in modo tale che, in uscita dallo stesso, abbiano un predefinito profilo di termico. Successivamente, le preforme 4 arrivano all'unità di trattamento 5.

Nella prima forma realizzativa, le preforme 4 vengono fatte avanzare all'interno del tunnel 7 in modo tale da percorrere la spezzata definita dal susseguirsi della prima retta ri, della seconda retta r2, della terza retta r3, della quarta retta r4 e della quinta retta r5. Durante il loro avanzamento, le preforme 4 sono sottoposte ai raggi X morbidi provenienti dalle feritoie 9.

Nella seconda forma realizzativa, le preforme 4 in uscita dal forno 3 sono cedute alla giostra rotante 11 e vanno a collocarsi nelle rispettive stazioni di trattamento 12 in modo tale che le lampade UV 14 del gruppo interno 13b siano disposte all'interno delle preforme 4 per sterilizzarne la superficie interna. Inoltre, durante la rotazione della giostra 11, le preforme 4 vengono sterilizzate esternamente grazie alle lampade UV 14 dei due gruppi esterni 13a, 13c.

Il trattamento di sterilizzazione ha una durata compresa tra 10 e 15 secondi in modo tale da consentire il completamento dell'inversione termica delle preforme 4 riscaldate. Le preforme 4 riscaldate e sterilizzate giungono quindi all'unità di soffiaggio 6 la quale è formata da una pluralità di stazioni di soffiaggio 17 in corrispondenza delle quali le preforme 4 riscaldate (e sterilizzate) sono soffiate per ottenere i contenitori.

L'unità di soffiaggio 6 è del tipo a giostra rotante (come illustrato nelle figure 1 e 6) oppure lineare.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del metodo e dell'apparato di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, secondo la presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare, grazie al fatto che la sterilizzazione delle preforme è effettuata sfruttando il tempo, tradizionalmente morto, del passaggio delle preforme dal forno alla soffiatrice, è possibile mantenere pressoché invariata la durata complessiva del processo. Inoltre, è possibile ridurre al minimo le dimensioni della zona sterile.

Inoltre, l'impiego dei raggi X morbidi rappresenta un buon compromesso tra capacità di penetrazione nel materiale e tempi di sterilizzazione. Infatti, tali radiazioni hanno energie inferiori a 60 keV, ma comunque sufficienti ad irradiare in modo sostanzialmente uniforme l'intero spessore delle preforme. I generatori di raggi X possono funzionare in modo continuo oppure produrre impulsi della durati di pochi nanosecondi e di elevata intensità, con una capacità sterilizzante maggiore. Poiché per ottenere un prestabilito livello di sterilizzazione con impulsi di radiazioni a basse energie (inferiori a 50 keV) sono necessarie dosi da 2 a 10 volte inferiori rispetto al trattamento con radiazioni ionizzanti ad alta energia (superiori a 100 keV), il tempo di trattamento e la potenza del generatore di radiazioni possono essere ridotti. In tal modo, è possibile sfruttare la finestra temporale disponibile per il passaggio delle preforme dal forno alla soffiatrice, pari a circa 10-15 secondi, per effettuare una sterilizzazione completa. L'impiego dei raggi X morbidi richiede inoltre schermature meno ingombranti e costose rispetto a quelle necessarie nel caso dell'impiego delle radiazioni ad alta energia.

Anche l'impiego delle lampade UV consente di ottenere la sterilizzazione nel tempo, tradizionalmente morto, di passaggio delle preforme dal forno alla soffiatrice.

La predisposizione del tunnel schermato nella prima forma realizzativa ha il pregio di evitare un aumento della complessità strutturale e degli ingombri dell'intero apparato. Inoltre, la sagomatura del tunnel impedisce alle radiazioni di raggiungere le aree di accesso da parte del personale addetto alla manutenzione.

Infine, l'apparato ed il metodo proposto evitano di interferire in maniera sostanziale sul profilo termico delle preforme, le quali devono completare l'inversione del gradiente termico prima dell'inizio della fase di soffiaggio.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, comprendente le fasi di: riscaldare preforme (4) in materiale plastico; trattare dette preforme (4) mediante radiazione; soffiare dette preforme (4) riscaldate e sterilizzate in modo tale da ottenere i contenitori, caratterizzato dal fatto che la fase di trattare le preforme (4) mediante radiazione avviene dopo la fase di riscaldare e prima della fase di soffiare le preforme (4) stesse.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di trattare le preforme (4) avviene mediante radiazioni indirettamente ionizzanti oppure non ionizzanti.
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui la fase di trattare le preforme (4) avviene mediante raggi X morbidi.
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di trattare le preforme (4) mediante radiazione ha una durata compresa tra 5 e 15 secondi in modo tale da consentire il completamento dell'inversione termica delle preforme (4) riscaldate.
5. Apparato (1) di formatura in asettico di contenitori in materiale plastico, comprendente: una unità di riscaldamento (3) di preforme (4) in materiale plastico; una unità di trattamento (5) di dette preforme (4) mediante radiazione; una unità di soffiaggio (6) di dette preforme (4) riscaldate comprendente una pluralità di stazioni di soffiaggio (IV) in corrispondenza delle quali le preforme (4) riscaldate sono soffiate per ottenere detti contenitori, caratterizzato dal fatto che detta unità di trattamento (5) è interposta tra l'unità di riscaldamento (3) e l'unità di soffiaggio (6).
6. Apparato (1) secondo la rivendicazione 5, in cui detta unità di trattamento (3) comprende un tunnel (7) all'interno del quale sono fatte avanzare le preforme (4), detto tunnel (7) essendo delimitato da un corpo scatolare (8) schermante avente almeno una apertura (9) per consentire il passaggio delle radiazioni all'interno del tunnel (7).
7. Apparato (1) secondo la rivendicazione 6,in cui detto corpo scatolare (8) schermante comprende due pareti laterali (8a, 8b), detta almeno una apertura (9) essendo ricavata in una di dette pareti laterali (8a, 8b).
8. Apparato (1) secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui detto tunnel (7) definisce un percorso avente sviluppo secondo una spezzata semplice.
9. Apparato (1) secondo la rivendicazione 5, in cui detta unità di trattamento (3) comprende: una giostra rotante (11) avente una pluralità di stazioni di trattamento (12) collocate sostanzialmente lungo la circonferenza (C) della giostra (11); almeno un gruppo esterno (13a, 13c) di lampade UV (14) il quale risulta, almeno parzialmente, parallelo alla circonferenza (C) della giostra rotante (11) così da sterilizzare esternamente le preforme (4); almeno un gruppo interno (13b) di lampade UV (14) disposte internamente alle preforme (4) per sterilizzarne la superficie interna.
10. Apparato (1) secondo la rivendicazione 9, in cui ciascuna lampada UV (14) è accoppiata ad un riflettore (15, 16) per convogliare la radiazione sulla superficie esterna o interna della preforma (4) da sterilizzare.