EP2226257A1 - Contenant en matiere plastique a paroi mince, resistant a la chaleur pour remplissage a chaud d'un contenu liquide - Google Patents

Contenant en matiere plastique a paroi mince, resistant a la chaleur pour remplissage a chaud d'un contenu liquide Download PDF

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EP2226257A1
EP2226257A1 EP20100159663 EP10159663A EP2226257A1 EP 2226257 A1 EP2226257 A1 EP 2226257A1 EP 20100159663 EP20100159663 EP 20100159663 EP 10159663 A EP10159663 A EP 10159663A EP 2226257 A1 EP2226257 A1 EP 2226257A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
container
hot
neck
liquid
deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP20100159663
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Tristan Outreman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plastipak Packaging Inc
Original Assignee
TECSOR
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TECSOR filed Critical TECSOR
Publication of EP2226257A1 publication Critical patent/EP2226257A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
    • B65B55/00—Preserving, protecting or purifying packages or package contents in association with packaging
    • B65B55/02—Sterilising, e.g. of complete packages
    • B65B55/12—Sterilising contents prior to, or during, packaging
    • B65B55/14—Sterilising contents prior to, or during, packaging by heat
    • 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
    • B67C3/22—Details
    • B67C2003/226—Additional process steps or apparatuses related to filling with hot liquids, e.g. after-treatment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/1352—Polymer or resin containing [i.e., natural or synthetic]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/31504—Composite [nonstructural laminate]
    • Y10T428/31786—Of polyester [e.g., alkyd, etc.]

Definitions

  • the present invention relates to a thin-walled, lightweight, heat-resistant plastic container for hot filling of a liquid content.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • PET is unbreakable and with good mechanical properties of preservation, permeability, which makes it very attractive and largely explains its very strong use.
  • PET bottles are used for flat liquids such as oils and mineral waters. In this case, the containers undergo only very few mechanical stresses. PET is quite suitable. Indeed, these liquids are filled cold and without pressure.
  • HR Heat Resistant
  • a first one-wheel method achieves filling temperatures of 80/88 ° C.
  • a hot-filled bottle undergoes many mechanical stresses during the different phases.
  • the container must withstand the forces generated during the vacuum generated by the cooling of the liquid while the container has been clogged hot, to ensure the sterility of the liquid.
  • the cooling causes a double contraction, that of the liquid and that of the air of the headspace of said bottle.
  • the advantage of the thickness necessary for the mechanical strength is also to present a greater inertia at the temperature.
  • the manufacture of lightweight PET bottles uses the so-called extrusion / blowing process.
  • This method consists in producing a preform by extrusion, this preform having a tube profile with one end formed to the dimensions and the definitive shape of the neck, the other end being closed.
  • the amorphous material After reheating of this preform, especially by infrared radiation, up to 100/120 ° C, the amorphous material is softened and can be blown from the inside after it has been placed in a suitable mold.
  • This mold is of such dimensions that the removal of the material on cooling is taken into account so that the final container has the desired dimensions.
  • the mussels are also water-cooled to dissipate contact heat, which also freezes the bottle.
  • bottles thus obtained are said to be bi-oriented because they have been stretched in one direction and an omni directional inflation.
  • the macromolecular chains thus oriented in two directions lead to excellent mechanical strength parameters at room temperature.
  • the disadvantage of this bi-orientation is to be partly reversible and the material thus regains a certain freedom as soon as the temperature rises.
  • extrusion blow molding is also used but with more sophisticated and complex driving parameters.
  • the preform is warmed to a higher temperature than in the case of lightweight containers, close to crystallization to minimize this form of PET memory and relax the constraints due to blowing.
  • the initially amorphous material of this container is subjected to heat treatment during and after its forming.
  • the material when stretched after softening generates an induced but reversible crystallinity, the material remaining transparent.
  • spherolitic crystallisation posterior to a bi-orientation perfectly retains the transparency of the material.
  • This blank is then reheated beyond the glass transition to relax the stresses, which causes a decrease in volume and a return to the dimensions of the preform but with a high rate of spherulitic crystallinity, this in a proportional manner leading to a homothetic container.
  • the high degree of crystallinity gives this container improved resistance to hot filling.
  • Liquids may include preservatives and are therefore not very sensitive, however certain so-called flat and sensitive liquids such as milks, juices, coffee, tea, fruit drinks, certain waters, do not include any preservatives and must nevertheless be packaged in the containers. best conditions.
  • Aseptic filling is simple in theory since it involves filling and filling sterilized liquids in sterilized packages with sterilized caps in a sterile environment.
  • the advantage is to require thin-walled bottles of low weight, free form since the filling is cold.
  • the hot filling also guarantees a quality of asepsis since the control of the temperature of the contents is simple and easy at any time.
  • the bottling line is simple and the treatments of the container and the stopper are limited since the sterilization is obtained by the hot liquid introduced into the container which is immediately closed. A tilting of the bottle also sterilizes the inner face of the plug in contact with the liquid.
  • the bottles have high weights and substantially identical shapes and allow only a very low differentiation.
  • the solution would be to be able to fill hot liquids to obtain the guarantee of asepsis but in thin-walled bottles for cold filling to limit the costs of both containers and the packaging line.
  • the method consists in carrying out a hot filling of a container, this container having to have suitable characteristics as described below.
  • This container is of cylindrical shape, possibly with grooves to stiffen the body, with a light base like that of the containers for mineral waters flat, but reinforced, the total weight of the container being substantially that of containers used for containers of mineral water , with equal capacity.
  • the reinforced bottom usually consists of a bulging bottom to the neck with reinforcements to prevent its reversal under slight pressure.
  • This container is made from either one or two wheel “HR” treatment methods, depending on the desired packaging temperatures.
  • the container is thus able to withstand hot and remains of reduced weight.
  • PET bottles of the prior art hot-packaged such as belt, bulb at the shoulder, panels.
  • the filling is carried out from the tank of a filling machine of known type, generally by gravity directly in the container, the liquid being carried and maintained at a temperature of 60 to 95 ° C depending on the intended applications.
  • the container deforms little under the effect of the rise in temperature and under the effect of the filling because the container is manufactured to meet this rise in temperature, at most a very slight barrel-shaped formation at the time of filling .
  • the bottom having been designed with improved mechanical strength and its "HR" treatment, avoids the overturning of the crown of this bottom under the effect of the load and the increase in pressure once said container closed. Indeed, the increase in temperature causes a rapid shrinkage of the volume of the container while the contained liquid, it retains its volume which generates a pressure of the interior of the container.
  • a square or cylindrical container is resistant to pressure but resists poor vacuum except to provide tricks such as flutes or folds.
  • the method of the invention there is thus obtained a container with a bottom and a connecting belt of the bottom and said body undeformed by the strength of the fold formed at this junction.
  • the container is stable on its bottom but with a deformed body, collapsed according to the word of the trade, which makes it unsuitable for marketing.
  • the method according to the present invention consists in reducing the volume of the container by causing a reduction in the volume of the container after partial or total cooling of the liquid.
  • the method consists of releasing the frozen constraints so that the container tends to return to its original shape, that of the preform and therefore tends to find a reduced volume.
  • the container is subjected to a temperature rise of at least a portion of said container so as to relax the constraints and to irreversibly deform the container on all or part of its surface.
  • the rise in temperature must be rapid so as not to cause the rise in temperature of the liquid, which would cancel the differential necessary to compensate for the depression.
  • the choice of means remains very wide because the ratio of the masses involved is very important.
  • the few grams of PET in a container in front of the hundreds of grams of the content necessarily lead to a faster temperature rise of the envelope than the content.
  • the envelope is the first subjected to infrared radiation and absorbs primarily calories.
  • the volume reduction after cooling is only 3.5% of the liquid volume, so 17 ml.
  • the belt between the labeling zone and the bottom and the shoulder zone being dimensionally stable, it suffices to provide a retraction of 1 to 2 mm from the diameter. It is even possible to provide a slight overpressure to compensate for any additional shrinkage when placing in a refrigerator such a container.
  • the bottle so as to systematically conduct this air following a generatrix of said bottle at the top.
  • the method can implement hot air heating because the transmission of calories between the wall and the air is very difficult, the air being very insulating. The calories are concentrated in the wall of said bottle on the area concerned and very quickly causes the desired shrinkage.
  • the method according to the present invention makes it possible to produce containers of square section, the shrink then causing a deformation response of the container by triangulation which is also compensated during the relaxation of the stresses and during the shrinkage of the container.
  • the method consists in using a container able to resist mechanically without deformation when hot filling a liquid in a temperature range of a sterilized liquid, generally from 80 to 95 ° C., for example a polyethylene container, said container being made by extrusion / blowing and having a shape memory before blowing, to fill said container with said hot liquid, to close the filled container and to cool at least below a freezing temperature of the container, then causing a deformation by forming a vacuum inside the container, then heating the container to cause relaxation of the stresses and a return to the shape before blowing generating a shrinkage and an internal pressure of the container leading at least to compensate for the deformations suffered by the effects of depression.
  • a container able to resist mechanically without deformation when hot filling a liquid in a temperature range of a sterilized liquid, generally from 80 to 95 ° C., for example a polyethylene container, said container being made by extrusion / blowing and having a shape memory before blowing, to fill said container with said hot
  • a container filled with a pasteurized content which can be guaranteed pasteurization by a simple measurement of filling temperature.
  • the cost of the container for the implementation of the process is no longer detrimental since it is completely comparable to that of containers capable of undergoing aseptic filling.
  • the advantage is to be able to meet the needs of industrial filling rates, need for aseptic guarantee without requiring expensive bottling lines investment, also expensive and complex in operation.
  • a suitable device can be provided for carrying out the method.
  • One solution is to make shells comprising at least two parts so as to come wrapping the container, said shells being heated by any suitable means to emit the necessary calories.
  • the shells have a substantially conjugated profile of that of the container to emit the calories closer to the walls, or even in a localized area of this wall, these shells being oriented horizontally if the heating is performed on a generator with the air in the upper part. . In this case, it is then possible to cause more intense heating in a particular area.

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Abstract

L'objet de l'invention concerne un contenant en matière plastique, à paroi mince, léger, résistant à la chaleur destiné à un remplissage à chaud d'un contenu liquide, comprenant : - un goulot pour permettre le remplissage du contenu avec le contenu liquide, - un bouchon configuré pour obturer le goulot, - une base comprenant un fond bombé vers le goulot, la base comprenant un renforcement structurel configuré pour résister à la pression hydrostatique due à la charge résultant du liquide introduit à chaud et configuré pour prévenir une déformation significative de la base lors du refroidissement du liquide chaud, - une paroi latérale s'étendant vers le haut du fond jusqu'au goulot, la paroi latérale comprenant une zone de déformation, caractérisé en ce que la zone de déformation de la paroi latérale est configurée pour supporter une déformation initiale engendrée par le refroidissement du contenu et pour retrouver sensiblement sa forme initiale lors du relâchement de contraintes résiduelles.

Description

  • La présente invention concerne un contenant en matière plastique, à paroi mince, léger, résistant à la chaleur destiné à un remplissage à chaud d'un contenu liquide.
  • On connaît un polymère le polyéthylène téréphtalate, PET, fortement utilisé pour la réalisation de contenants pour liquides. Ses principaux atouts sont la transparence, le poids faible, la libération des formes autorisant des profils distinctifs en fonction des produits ou des besoins commerciaux, contrairement aux boîtes métalliques, toutes de même forme et de mêmes dimensions. Il en est de même pour les contenants réalisés à partir de carton dont les formes sont limitées.
  • Le PET est incassable et avec de bonnes propriétés mécaniques de conservation, de perméabilité, ce qui le rend très attractif et explique en grande partie sa très forte utilisation.
  • Ces bouteilles en PET sont utilisées pour des liquides plats tels que les huiles, les eaux minérales. Dans ce cas, les contenants ne subissent que très peu de contraintes mécaniques. Le PET est tout à fait adapté. En effet, ces liquides sont remplis à froid et sans pression.
  • Ces bouteilles ont également été utilisées dans le cas des boissons carbonatées et donc susceptibles de mettre en pression le contenant.
  • Des artifices de conception avec des cannelures sur le corps de bouteille ou des fonds dits pétaloïdes permettent de renforcer la résistance mécanique et/ou la résistance à la pression, sans augmenter de façon pénalisante le poids du contenant.
  • Lorsque les industriels ont besoin de remplir à chaud un contenant, il faut alors recourir à des conceptions différentes qui nécessitent des épaisseurs plus importantes, des géométries différentes et conduisent à des poids élevés avec des fortes consommations de matière, jusqu'à deux fois le poids d'une même bouteille pour liquides remplis à froid.
  • En effet, les caractéristiques mécaniques du PET se dégradent fortement lorsque la température s'élève.
  • Il existe des procédés dits "Heat Resistant", plus communément désignés par les lettres HR.
  • Un premier procédé dit à une roue permet d'atteindre des températures de remplissage de 80/88°C.
  • Un second procédé dit à deux roues qui permet de conditionner les liquides à des températures de 88/95°C.
  • Une bouteille remplie à chaud subit en effet de nombreuses contraintes mécaniques lors des différentes phases.
  • Ainsi le fond doit résister à la pression hydrostatique du liquide chaud lors du remplissage.
  • Le contenant doit résister aux efforts engendrés lors du vide généré par le refroidissement du liquide alors que le contenant a été bouché à chaud, pour assurer le caractère stérile du liquide. Le refroidissement provoque une double contraction, celle du liquide et celle de l'air de l'espace de tête de ladite bouteille.
  • C'est pour cette raison que les profils sont beaucoup plus complexes avec des panneaux et poutres sur le corps, des ceintures marquées sur le corps également ainsi qu'une épaule entre le goulot et le corps, dont la forme est plutôt en forme de bulbe.
  • L'avantage de l'épaisseur nécessaire à la résistance mécanique est également de présenter une plus forte inertie à la température.
  • La fabrication de bouteilles légères en PET recourt au procédé dit d'extrusion/soufflage. Ce procédé consiste à réaliser une préforme par extrusion, cette préforme ayant un profil de tube avec une extrémité formée aux dimensions et à la forme définitive du goulot, l'autre extrémité étant fermée.
  • Après réchauffage de cette préforme, notamment par rayonnements infrarouges, jusqu'à 100/120°C, le matériau, amorphe est ramolli et peut subir un soufflage par l'intérieur après qu'elle a été placée dans un moule adapté.
  • Ce moule est de dimensions telles que le retrait de la matière au refroidissement soit pris en compte pour que le contenant final présente les dimensions souhaitées.
  • Lors de cette phase de soufflage, il se produit un étirage longitudinal sous l'action d'une tige d'étirage et un gonflage par l'air sous pression ainsi introduit. Plus exactement, l'air est d'abord introduit à basse pression pour assurer une déformation adaptée de la matière durant les fortes amplitudes puis à haute pression pour assurer un plaquage contre les parois du moule en finition et pour de très faibles amplitudes.
  • Les moules sont également refroidis à l'eau afin de dissiper les calories transmises par contact, ce qui a aussi pour effet de figer la bouteille.
  • De fait les bouteilles ainsi obtenues sont dites bi-orientées car elles ont subi un étirage dans une direction et un gonflage omni directionnel.
  • Les chaînes macromoléculaires ainsi orientées dans deux directions conduisent à d'excellents paramètres de résistance mécanique, à température ambiante. L'inconvénient de cette bi-orientation est d'être en partie réversible et la matière retrouve ainsi une certaine liberté dès que la température s'élève.
  • De fait, la matière a tendance à revenir à sa forme initiale dans laquelle elle présente le moins de contraintes.
  • C'est le phénomène dit de mémoire de forme.
  • Pour les bouteilles épaisses destinées à être utilisées pour des boissons remplies à chaud, on recourt aussi à l'extrusion soufflage mais avec des paramètres de conduite plus sophistiqués et plus complexes.
  • En effet, la préforme est réchauffée à une température plus élevée que dans le cas des contenants légers, proche de la cristallisation afin de minimiser cette mémoire de forme du PET et relâcher les contraintes dues au soufflage.
  • Dans le cas de fabrication à une roue, de façon à augmenter sa résistance à la température, on fait subir un traitement thermique au matériau initialement amorphe de ce contenant, pendant et après sa mise en forme.
  • Le matériau lorsqu'il est étiré après ramollissement, génère une cristallinité induite mais réversible, le matériau restant transparent.
  • Ensuite, si la chauffe est maintenue après avoir généré cette cristallisation induite, il se produit une cristallisation sphérolitique, provoquant une certaine cristallinité des chaînes déjà organisées par bi-orientation.
  • Contrairement à la cristallisation sphérolitique directe du PET, la cristallisation sphérolitique postérieure à une bi-orientation conserve parfaitement la transparence du matériau.
  • Dans le cas de la fabrication à deux roues, le procédé permet d'atteindre des performances plus élevées mais au prix d'une succession d'étapes plus complexes.
  • En effet, dans ce cas, on élabore d'abord une ébauche de volume beaucoup plus important que le volume du contenant final, deux à trois fois, donc avec un taux d'étirage proportionnel.
  • Cette ébauche est ensuite réchauffée au-delà de la transition vitreuse pour relâcher les contraintes, ce qui provoque une diminution du volume et un retour vers les dimensions de la préforme mais avec un fort taux de cristallinité sphérolitique, ceci d'une façon proportionnelle conduisant à un contenant homothétique. Il y a auto-régulation avec le PET.
  • Lorsque cette ébauche restreinte est en température, une étape de soufflage avec un moule aux dimensions du contenant final à obtenir, aux retraits près, permet de fabriquer le contenant final.
  • Le fort taux de cristallinité confère à ce contenant une résistance améliorée au remplissage à chaud.
  • On note qu'un tel procédé est beaucoup plus lourd à mettre en place.
  • Une fois ces contenants fabriqués, il existe plusieurs méthodes de remplissage et différents comportements des liquides à conditionner.
  • Il existe des liquides sensibles à la lumière tels que le lait ou la bière, à l'absorption d'oxygène et donc oxydo sensibles tels que les jus, la bière, l'huile, à la reprise d'eau, à la perte de gaz, au développement de levures, moisissures ou bactéries.
  • Les liquides peuvent inclure des conservateurs et sont de ce fait peu sensibles par contre certains liquides dits plats et sensibles comme les laits, jus, café, thé, boissons aux fruits, certaines eaux, n'incluent aucun conservateur et doivent être néanmoins conditionnés dans les meilleures conditions.
  • Pour assurer un tel conditionnement, il est prévu un remplissage aseptique ou un remplissage à chaud.
  • Le remplissage aseptique est simple en théorie puisqu'il consiste à remplir et à boucher des liquides stérilisés dans des emballages stérilisés avec des bouchons stérilisés dans une ambiance stérile.
  • Néanmoins, on comprend que la chaîne n'est pas simple à mettre en place et conduit à des coûts élevés. Dans une telle chaîne, il faut recourir à des stérilisations chimiques qui utilisent des produits chimiques avec les traitements qui en découlent, une expertise des personnels, un rendement faible dû aux vitesses peu élevées de traitement, et il est de plus impossible de contrôler en ligne la stérilité du contenu dans le contenant.
  • L'avantage est de nécessiter des bouteilles à parois minces, de faible poids, de forme libre puisque le remplissage s'effectue à froid.
  • Le remplissage à chaud garantit également une qualité d'asepsie puisque le contrôle de la température du contenu est simple et aisé à tout moment.
  • La ligne d'embouteillage est simple et les traitements du contenant et du bouchon sont limités puisque la stérilisation est obtenue par le liquide chaud introduit dans le contenant qui est immédiatement obturé. Un basculement de la bouteille assure aussi la stérilisation de la face intérieure du bouchon en contact avec le liquide.
  • Par contre, il faut recourir à des contenants résistants à la température de remplissage située entre 60 et 95°C, plus particulièrement entre 80 et 92°C en fonction des produits.
  • De plus, les bouteilles ont des poids élevés et des formes sensiblement identiques et n'autorisent qu'une très faible différenciation.
  • Aussi, on en conclut qu'il existe deux procédés qui présentent des avantages et des inconvénients. Néanmoins, le surcoût engendré par les caractéristiques particulières des contenants nécessaires pour le remplissage à chaud tendent à orienter les industriels concernés vers la mise en service de lignes de remplissage par la voie aseptique.
  • La solution consisterait à pouvoir remplir des liquides chauds pour obtenir la garantie d'asepsie mais dans des bouteilles à parois minces destinées au remplissage à froid pour limiter les coûts tant des contenants que de la ligne de conditionnement.
  • C'est ce que propose le procédé selon la présente invention qui est maintenant décrit en détail suivant un mode de réalisation préférentiel, non limitatif. L'exemple donné concerne des bouteilles en PET mais pourrait s'appliquer à tout contenant en matériau polymère de même nature et présentant des propriétés similaires.
  • Le procédé consiste à effectuer un remplissage à chaud d'un contenant, ce contenant devant présenter des caractéristiques adaptées telles que décrites ci-après.
  • Ce contenant est de forme cylindrique, éventuellement avec des cannelures pour rigidifier le corps, avec un fond léger comme celui des contenants pour eaux minérales plates, mais renforcé, le poids total du contenant étant sensiblement celui des contenants utilisés pour les contenants d'eau minérale, à contenance égale.
  • Le fond renforcé consiste généralement en un fond bombé vers le goulot avec des renforts pour éviter son retournement sous légère pression.
  • Ce contenant est fabriqué à partir de l'une ou l'autre des deux méthodes de traitement dit "HR" une ou deux roues, en fonction des températures de conditionnement souhaitées.
  • Le contenant est ainsi capable de résister à chaud et reste d'un poids réduit.
  • De plus, on note l'absence des éléments caractéristiques des bouteilles en PET de l'art antérieur conditionnées à chaud tels que ceinture, bulbe à l'épaule, panneaux.
  • Le remplissage s'effectue à partir du réservoir d'une remplisseuse de type connu, généralement par gravité directement dans le contenant, le liquide étant porté et maintenu à une température de 60 à 95°C en fonction des applications visées.
  • Lorsque le liquide en température pénètre dans le contenant, il se produit trois actions :
    • montée en température rapide de la paroi puisque l'épaisseur est faible et que l'inertie correspondante est limitée.
    • la mise en pression liée à la pression hydrostatique due à la charge résultant de l'écoulement gravitaire, et
    • la charge du volume de liquide introduit dans le contenant.
  • Le contenant se déforme peu sous l'effet de la montée en température et sous l'effet du remplissage car le contenant est fabriqué pour répondre à cette montée en température, tout au plus une très légère mise forme de tonneau au moment de l'obturation.
  • On sait que la cristallinité peut être améliorée comme indiqué dans le préambule de la présente demande, ce qui améliore fortement la résistance mécanique. On sait aussi que si le contenant est utilisé dès après sa fabrication, la reprise d'humidité est très limitée et la résistance initiale à la température est conservée quasiment de façon intégrale.
  • Le fond ayant été conçu avec une résistance mécanique améliorée ainsi que son traitement "HR", évite le retournement du bombé de ce fond sous l'effet de la charge et de l'augmentation de pression une fois ledit contenant obturé. En effet, l'augmentation de la température provoque un rétreint rapide du volume du contenant tandis que le liquide contenu, lui, conserve son volume ce qui génère une mise en pression de l'intérieur du contenant.
  • De fait, le fond conçu pour résister conserve sa forme tandis que le corps du contenant présente une déformation importante lors du refroidissement du liquide et de l'espace de tête. Il est à noter que cette déformation n'est pas irréversible puisque si le contenant est ouvert, le corps reprend sa forme initiale. On sait que la déformation se localise dans la zone la plus propice à la déformation mécanique comme les parois par exemple dans le cas des contenants connus et pour lesquels aucune modification particulière n'a été apportée.
  • On constate aussi que dans le cas d'une zone moins résistante mécaniquement, la déformation est reproductible sur tous les contenants identiques remplis dans les mêmes conditions.
  • Il est donc possible de créer volontairement une zone adaptée dans tout contenant de sorte à faire porter la déformation sur cette zone spécifique et déterminée, de façon reproductible.
  • On sait qu'un contenant carré ou cylindrique résiste bien à la pression mais résiste mal au vide sauf à prévoir des artifices comme des cannelures ou des plis. Selon le procédé de l'invention, on obtient donc un contenant avec un fond et une ceinture de jonction du fond et dudit corps non déformées grâce à la résistance du pli formé à cette jonction. Le contenant est stable sur son fond mais avec un corps déformé, collapsé selon le vocable du métier, ce qui le rend impropre à une mise dans le commerce.
  • Le procédé selon la présente invention consiste à réduire le volume du contenant en provoquant une réduction du volume du contenant après refroidissement partiel ou total du liquide.
  • On a constaté que la bouteille même si elle reçoit un traitement HR "Heat Resistance", permet de minimiser l'effet de mémoire de forme du PET sans pour autant le supprimer.
  • Le procédé consiste à relâcher les contraintes figées de sorte que le contenant tende à reprendre sa forme initiale, celle de la préforme et donc tende à retrouver un volume réduit.
  • A cet effet, une fois le liquide introduit à chaud, puis une fois le contenant obturé et un refroidissement partiel ou total opéré, le contenant est soumis à une montée en température d'au moins une partie dudit contenant de sorte à relâcher les contraintes et à déformer de façon irréversible le contenant sur tout ou partie de sa surface.
  • La montée en température doit être rapide pour ne pas provoquer la montée en température du liquide, ce qui annulerait le différentiel nécessaire pour compenser la dépression.
  • Néanmoins, le choix des moyens reste très large car le ratio des masses mises en jeu est très important. Les quelques grammes de PET d'un contenant face aux centaines de grammes du contenu conduisent nécessairement à une élévation de température plus rapide de l'enveloppe que du contenu. De plus, en cas de chauffage par rayonnement notamment, l'enveloppe est la première soumise aux rayonnements infrarouges et absorbe en premier lieu les calories.
  • Il convient seulement d'éviter les moyens de chauffage par transmission comme le bain marie ou la pasteurisation. Dans ce cas, il est un autre paramètre qui n'est plus adapté, c'est le temps nécessaire, beaucoup trop long avec ce type de technique.
  • Un autre préjugé à vaincre est le volume de compensation nécessaire. Au vu du contenant après refroidissement, la déformation laisse à penser qu'il est nécessaire de générer une réduction importante de volume.
  • Pour une bouteille de 500 ml, la réduction de volume après refroidissement est de 3,5% seulement du volume liquide, donc 17 ml.
  • De fait sur une telle bouteille, généralement d'environ 60 mm de diamètre pour donner un ordre d'idée, il est possible de prévoir le rétreint sur la hauteur dite d'étiquetage, c'est-à-dire sur la zone d'apposition d'une étiquette.
  • La ceinture entre la zone d'étiquetage et le fond ainsi que la zone d'épaulement étant indéformable, il suffit de prévoir une rétraction de 1 à 2 mm du diamètre. Il est même possible de prévoir une légère mise en surpression afin de compenser l'éventuel rétreint supplémentaire lors d'une mise au réfrigérateur d'un tel contenant.
  • Il est aussi à noter que lors du remplissage à chaud, il subsiste toujours un espace de tête rempli d'air.
  • Aussi, il est possible de coucher la bouteille de sorte à conduire systématiquement cet air suivant une génératrice de ladite bouteille en partie haute. De fait le procédé peut mettre en oeuvre un chauffage à air chaud car la transmission de calories entre la paroi et l'air est très difficile, l'air étant très isolant. Les calories se concentrent dans la paroi de ladite bouteille sur la zone concernée et provoque très rapidement le rétreint recherché.
  • Afin de ne pas avoir à procéder à une remontée totale en température, il est aussi possible de réaliser ce chauffage de l'enveloppe dès que le liquide intérieur est passé en dessous de la température de transition de l'ordre de 40 à 50°C. On peut noter aussi que le procédé selon la présente invention permet de réaliser des contenants de section carrée, le rétreint provoquant alors une réponse de déformation du contenant par triangulation qui est également compensé lors du relâchement des contraintes et lors du rétreint du contenant.
  • Ainsi selon la présente invention, le procédé consiste à recourir à un contenant apte à résister mécaniquement sans déformation au remplissage à chaud d'un liquide dans une plage de températures d'un liquide stérilisé, généralement de 80 à 95°C, par exemple un contenant en polyéthylène, ledit contenant étant réalisé par extrusion / soufflage et présentant une mémoire de forme avant soufflage, à remplir ledit contenant avec ledit liquide chaud, à obturer ce contenant rempli et à laisser refroidir au moins au-dessous d'une température de figeage du contenant, provoquant alors une déformation par formation d'une dépression à l'intérieur du contenant, puis à chauffer le contenant pour provoquer un relâchement des contraintes et un retour vers la forme avant soufflage générant un rétreint et une mise en pression interne du contenant conduisant au moins à compenser les déformations subies par les effets de la dépression.
  • On obtient ainsi selon la présente invention un contenant empli d'un contenu pasteurisé dont on peut garantir la pasteurisation par une simple mesure de température de remplissage. Le coût du contenant pour la mise en oeuvre du procédé n'est plus préjudiciable puisqu'il est tout à fait comparable à celui des contenants aptes à subir un remplissage aseptique.
  • L'avantage est de pouvoir répondre aux besoins des industriels en cadences de remplissage, aux besoins en garantie d'asepsie sans pour cela nécessiter des lignes d'embouteillage coûteuses en investissement, également coûteuses et complexes en fonctionnement.
  • Ainsi grâce au procédé selon la présente invention, non seulement le coût de matière première pour fabriquer un contenant rempli à chaud est réduit mais cette quantité moindre de matière première conduit à des coûts de recyclage ultérieurs réduits pour un même volume embouteillé.
  • Selon la présente invention, il est à noter que l'on peut prévoir un dispositif adapté pour la mise en oeuvre du procédé.
  • Une solution consiste à réaliser des coquilles comprenant au moins deux parties de façon à venir envelopper le contenant, lesdites coquilles étant chauffées par tout moyen adapté afin d'émettre les calories nécessaires.
  • Les coquilles ont un profil sensiblement conjugué de celui du contenant pour émettre les calories au plus près des parois, voire dans une zone localisée de cette paroi, ces coquilles étant orientées horizontalement si le chauffage est effectué sur une génératrice avec l'air en partie supérieure. Dans ce cas, il est possible alors de provoquer un chauffage plus intense dans une zone particulière.

Claims (15)

  1. Contenant en matière plastique, à paroi mince, léger, résistant à la chaleur destiné à un remplissage à chaud d'un contenu liquide, comprenant :
    - un goulot pour permettre le remplissage du contenu avec le contenu liquide,
    - un bouchon configuré pour obturer le goulot,
    - une base comprenant un fond bombé vers le goulot, la base comprenant un renforcement structurel configuré pour résister à la pression hydrostatique due à la charge résultant du liquide introduit à chaud et configuré pour prévenir une déformation significative de la base lors du refroidissement du liquide chaud,
    - une paroi latérale s'étendant vers le haut du fond jusqu'au goulot, la paroi latérale comprenant une zone de déformation,
    caractérisé en ce que la zone de déformation de la paroi latérale est configurée pour supporter une déformation initiale engendrée par le refroidissement du contenu et pour retrouver sensiblement sa forme initiale lors du relâchement de contraintes résiduelles.
  2. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contenant comprend du Polyéthylène téréphtalate, PET.
  3. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contenant est cylindrique.
  4. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le renforcement structurel évite le retournement du fond lorsque ledit contenant est sous légère pression.
  5. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale comporte des cannelures.
  6. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de déformation est moins résistante à la pression, mécaniquement, qu'une autre partie de la paroi latérale.
  7. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de déformation est reproductible sur des contenants identiques dans des conditions similaires.
  8. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que, sous l'effet du relâchement des contraintes résiduelles, le contenu a une pression interne au moins égale à la pression atmosphérique extérieure.
  9. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le poids du contenant est équivalent à celui d'un contenant d'un volume égal qui est configuré pour un remplissage à froid par la voie aseptique.
  10. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression interne du contenant augmente, et simultanément, le volume interne du contenant et l'espace de tête diminuent quand la zone de déformation reprend sa forme initiale.
  11. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une zone d'épaulement entre la paroi latérale et le goulot.
  12. Contenant selon la revendication 11, caractérisé en ce que la zone d'épaulement est configurée pour résister à la déformation.
  13. Contenant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le relâchement des contraintes résiduelles consiste en une application de chaleur dans la zone de déformation.
  14. Contenant en matière plastique, à paroi mince, léger, résistant à la chaleur destiné à un remplissage à chaud d'un contenu liquide, comprenant :
    - un goulot pour permettre le remplissage du contenant avec le contenu liquide,
    - un bouchon configuré pour obturer le goulot,
    - une base comprenant un fond bombé vers le goulot, la base comprenant un renforcement structurel configuré pour résister à la pression hydrostatique due à la charge résultant du liquide introduit à chaud et configuré pour prévenir une déformation significative de la base lors du refroidissement du liquide chaud,
    - une paroi latérale s'étendant vers le haut du fond jusqu'au goulot,
    - une zone de déformation qui est configurée pour supporter une déformation initiale engendrée par le refroidissement du contenu et pour retrouver sensiblement sa forme initiale lors du relâchement de contraintes résiduelles
  15. Contenant en matière plastique, à paroi mince, léger, résistant à la chaleur destiné à un remplissage à chaud d'un contenu liquide, comprenant :
    - un goulot pour permettre le remplissage du contenu avec le contenu liquide,
    - une base comprenant un fond bombé vers le goulot, la base comprenant un renforcement structurel configuré pour résister à la pression hydrostatique due à la charge résultant du liquide introduit à chaud et configuré pour prévenir une déformation significative de la base lors du refroidissement du liquide chaud,
    - une paroi latérale s'étendant vers le haut du fond jusqu'au goulot, et
    - une zone de déformation qui est configurée pour supporter une déformation initiale engendrée par le refroidissement du contenu liquide rempli à chaud, après l'obturation, la zone de déformation étant configurée pour retrouver sensiblement sa forme initiale lors du relâchement de contraintes résiduelles qui se manifestent lors du refroidissement après l'obturation lors du refroidissement de contenu liquides remplis à chaud.
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