ITMO20070137A1

ITMO20070137A1 - Sistema innovativo integrato, flessibile e totalmente computerizzato per la produzione e la sterilizzazione di preforme e/o bottiglie in pet di forma e dimensioni diverse, loro sigillatura e marchiatura.

Info

Publication number: ITMO20070137A1
Application number: IT000137A
Authority: IT
Inventors: Gianfranco Cirri; Maria Prudenziati
Original assignee: Maria Prudenziati
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2007-04-18
Publication date: 2008-10-19
Also published as: CN101663051A; WO2008129397A2; CA2684584C; WO2008129397A3; JP5368426B2; MX2009011189A; US20100209290A1; JP2010524784A; RU2009142409A; RU2465918C2; WO2008129397A8; EP2152323A2; CA2684584A1; EP2152323B1; BRPI0810406A2; ES2377678T3; US8790589B2; ATE534409T1

Description

DESCRIZIONE dell’invenzione industriale avente per titolo

“Sistema innovativo integrato, flessibile e totalmente computerizzato per la produzione e la sterilizzazione di preforme e/o bottiglie in PET di forma e dimensioni diverse, loro sigillatura e marchiatura”

Il sistema innovativo per la sterilizzazione di superfici di oggetti e di gas, principalmente ottenuta mediante l’interazione di elettroni ma anche mediante effetti sinergici ottenuti dagli stessi. Il sistema è flessibile, totalmente computerizzato, caratterizzato da uno o più generatori di elettroni di bassa tensione (200-400 KeV) , da un sistema di campi magnetici e da sezioni di post-accelerazione programmabili del fascio elettronico, che consentono di utilizzare al meglio tutte le peculiarità di un fascio di elettroni sia nel campo della sterilizzazione che nel campo della polimerizzazione per la sigillatura della superficie delle bottiglie, per la loro marchiatura fino al loro riempimento in asettico.

Ambito tecnico

L’invenzione riguarda la sterilizzazione di superfici di oggetti e di gas e in particolare una sterilizzazione ottenuta mediante principalmente l’interazione di elettroni con superfici di oggetti e ambienti e con gas (o aria) in essi contenuti o fluenti e di effetti sinergici ottenuti dagli stessi.

Stato dell’arte

Nei campi della medicina, della produzione farmaceutica e del food processing la necessità di sterilizzare è critica per la protezione dal rischio derivante da microorganismi dannosi. La maggior parte dei metodi di sterilizzazione oggi in uso richiede che l’agente sterilizzante penetri sistematicamente l’oggetto da sterilizzare. Questi metodi includono la sterilizzazione mediante calore, dove l’oggetto da sterilizzare è soggetto al riscaldamento ed a pressione, ad esempio in autoclave. Il calore e la pressione penetrano nell’oggetto da sterilizzare e, dopo un tempo sufficiente, uccidono i microrganismi dannosi. Per sterilizzare oggetti si usano anche gas come perossido di idrogeno o ossido di etilene . Per una sterilizzazione completa il gas deve permeare l’intero oggetto. Un metodo di sterilizzazione alternativo usa radiazione ionizzante, come raggi gamma, raggi X o elettroni energetici.

Vi sono tuttavia numerosi oggetti bersaglio nei quali la esposizione agli agenti sterilizzanti causerebbe effetti deleteri nell’oggetto stesso. Gli esempi includono oggetti che fonderebbero o si degraderebbero se esposti a calore, prodotti che degraderebbero o reagirebbero con agenti chimici sterilizzanti, e materiali che sarebbero alterati in maniera dannosa se esposti a radiazione di elevata energia, in particolare radiazioni ionizzanti. E’stato riconosciuto in passato che l’effetto deleterio non si verifica se la radiazione ionizzante rimane confinata alla superficie dell’oggetto bersaglio. Tuttavia la maggior parte delle radiazioni ionizzanti viene creata da potenti generatori di fasci, come gli acceleratori, per cui il fascio di radiazione prodotto è per sua natura penetrante.

Nel brevetto U.S. 4.801.427 A. Jacob è illustrato un processo per la sterilizzazione a secco di attrezzature mediche soggette ad una scarica elettrica in atmosfera gassosa, che produce un plasma attivo. In una realizzazione, Jacob illustra come gli articoli vengono collocati su un nastro trasportatore che li conduce in un gap dove per effetto corona si genera una scarica a pressione atmosferica in aria ambiente. Il plasma si forma per scarica tra il nastro trasportatore, che è messo a terra ed agisce come catodo, ed una molteplicità di ugelli a forma di aghi, che agiscono da anodi, i quali disperdono un gas ionizzante; tale gas può essere un gas ossidante, come l’ossigeno, o riducente, come l’idrogeno.

Il brevetto U.S. 5.200.158, A. Jacob illustra la sterilizzazione mediante esposizione di un oggetto ad un plasma di gas creato da una scarica elettrica in atmosfera gassosa a pressione ridotta. Idrogeno, ossigeno, azoto e gas inerti sono tutti indicati come possibili gas per la formazione del plasma.

In contrapposizione all’approccio ad alta energia di Jacob, il brevetto U.S. 3.780.308 di S. Nablo illustra la sterilizzazione di superfici di oggetti usando elettroni di bassa energia, sebbene sia presente un punto di partenza di energia relativamente alta. Uno dei vantaggi degli elettroni a bassa energia è che essi, non penetrando nel volume dell’oggetto, non modificano le proprietà meccaniche del materiale da sterilizzare. Nablo ha esteso la sua idea con il brevetto U.S. 4.652.763 , che illustra l’uso di un fascio elettronico con energia sufficiente a penetrare nello strato esterno ma non tale da superare lo strato interno del materiale bersaglio.

Numerosi brevetti illustrano l’uso di un plasma di gas per ottenere la sterilizzazione di superficie. Fraser et al. , nel brevetto U.S. 3.948.601 illustrano l’uso di un plasma di gas a flusso continuo introdotto a bassissima pressione in una camera contenente l’oggetto bersaglio da sterilizzare. Un plasma freddo è continuamente prodotto da un gas come l’argon, mediante l’esposizione ad un campo a radiofrequenza,

Uno dei problemi incontrati nei dispositivi di sterilizzazione di precedente concezione è collegato alle strutture tridimensionali, come fiale, cuvettes e manicotti. A volte tali strutture hanno contorni che creano zone d’ombra per un fascio di radiazioni ionizzanti e neanche una scarica diffusa come elettroni o ioni reattivi raggiunge tali regioni che risultano scarsamente sterilizzate. Una soluzione sarebbe quella di ruotare o orientare diversamente l’oggetto da sterilizzare.

Altra possibilità rivendicata nel brevetto U.S. 6.623.706 B2 consiste nell’ utilizzare due generatori di elettroni situati uno di fronte all’altro rispetto all’oggetto da trattare , in modo da coprire ognuno le zone d’ombra lasciate dall’altro.

In questi ultimi anni molte sono state le pubblicazioni ed i brevetti relativi a metodi di sterilizzazione come ad es. U.S. 6, 682,696 B1 del 2004 relativo all’impiego di acqua ossigenata, US 2004/02273° 1 che prevede l’utilizzo di acido peracetico, formalina ecc, US 6,945,013 B2 del 2005che utilizza acqua ossigenata e ozono. US 2006/0032189 Al come anche US 2007/0065335° 1 e US 6,432,279B1 del 2002 prevedono ozono e ozono dissolto in acqua.

Sono inoltre comparsi vari brevetti e domande di brevetto relativi ad impianti con generatori di elettroni per la sterilizzazione come :

• US 6,833,551 B2 del 2004

• JP 112 48897 del 1998

• 2006/028411

• WO 2005/079870 A2

• US 7, 145, 155 B2 del 2006

• WO 2005/108278 A2

• EP 1708760 del 2005

ma tutti a carattere così generale che non riusciamo a evidenziarne né la novità inventiva, né gli eventuali vantaggi economico/operativi.

Descrizione

Il sistema innovativo flessibile totalmente computerizzato è caratterizzato da uno o più generatori di elettroni di bassa tensione (200-400 KeV) e di un sistema di campi magnetici e di sezioni di post-accelerazione programmabili del fascio elettronico, che consentono di utilizzare al meglio tutte le peculiarità di un fascio di elettroni sia nel campo della sterilizzazione che nel campo della polimerizzazione per la sigillatura della superficie delle bottiglie, per la loro marchiatura fino al loro riempimento in asettico.

I criteri formativi e gli scopi innovativi ed economici della presente invenzione sono illustrati nei temi base sotto riportati intesi ad applicare ed utilizzare al meglio, nei nuovi sistemi di molding, sterilizzazione e riempimento di contenitori in PET, le sinergie di tutte le specifiche e varie peculiarità dei fasci di elettroni : sterilizzazione, produzione di ozono, plasma, polimerizzazione, riscaldamento e produzione X ecc, coadiuvato dalla introduzione della nuova metodica di riscaldamento basata sulla tecnologia APS (Atmospheric Plasma Spray), con la configurazione di un sistema innovativo flessibile ed economico per il riempimento di contenitori in PET conforme alle seguenti tematiche:

1. Ottimizzazione della uniformità di dose

2. Utilizzo, Figure 1, 2, 3 e 4, di sorgenti di elettroni di 200-400 KeV (1) con tromba di scansione (3) e con finestra (4) ad entrata fascio a 90° e programmabili da PC

3. Campi magnetici (5) di deflessione elettroni scatterati programmabili da PC 4. Campi di post-accelerazione elettronica programmabili PC e incidenti su settori (7) per generazione raggi X

5. Raster di scansione fascio (2), flessibile e programmabile da PC

6. Sterilizzazione attrezzature ambiente e contenitori con 03(8) generato dal fascio elettronico e da UV

7. Polimerizzazione vernice sigillante con fascio elettronico

8. Polimerizzazione timbro data, marchio, ecc. con fascio elettronico

9. Riscaldamento con nuova tecnologia APS

La presente invenzione ha per oggetto pertanto, un impianto integrato, flessibile e computerizzato, per la sterilizzazione in generale e in particolare per pre-forme, bottiglie e contenitori in PET per usi alimentari, che utilizza la radiazione ionizzante senza influire in modo deleterio sul substrato in PET. Uno degli scopi essenziali è infatti quello di ottenere asetticità del contenitore per effetto sia della radiazione diretta che per tutti gli altri accorgimenti che andremo a descrivere, ottimizzando uniformità di dose rilasciata al contenitore. Questo sistema integrato e flessibile è più efficiente ed economico dei dispositivi di sterilizzazione di precedenti concezioni, combinando l’effetto diretto del fascio di elettroni di bassa energia (200-400 KeV) con l’effetto sinergico dei raggi X, dell’ozono e del plasma generato dal fascio stesso di elettroni ed utilizzando l’introduzione per i processi di riscaldamento, della nuova tecnologia APS.

L’invenzione raggiunge lo scopo di una efficace sterilizzazione senza dover ricorrere ad alte energie (500-1000KeV) con attrezzature costose ed ingombranti e senza richiedere una potenza eccessivamente elevata e costosa, attrezzature per di più soggette a normative sanitarie e autorizzative particolarmente stringenti ed elaborate, ma semplicemente ricorrendo alla sinergia del fascio elettronico con gli effetti ad esso associati: plasma, ozono, raggi X, sterilizzazione e polimerizzazione.

Tale sinergia viene ottenuta con opportuni e specifici accorgimenti quali

1) l’impiego di finestra di uscita degli elettroni compatta per l’utilizzo di appropriati campi magnetici, ma estesa in una direzione ad es. verticale, per consentire l’irraggiamento diretto e contemporaneo di almeno due bottiglie anche di forma e dimensioni diverse, permettendo così di avere per ogni singola bottiglia, disposta secondo Γ orientamento più opportuno per avere la migliore uniformità di dose, Figure 1 e 2), almeno due passaggi sotto fascio 2) Una migliore uniformità di dose viene raggiunta anche grazie all’impiego (Figura 3 e Figura 4) di campi magnetici programmabili da PC ed opportunamente collocati, che indirizzano lo scattering di elettroni usciti dalla sottile finestra di Titanio (0,15-0,5 μm) verso le zone d’ombra della bottiglia, collo e fondo.

3) Ulteriori vantaggi alla uniformità di dose vengono raggiunti, oltre che per la opportuna inclinazione (Fig. 1 e Fig.2) della bottiglia rispetto al fascio, dalla rotazione impressa alla bottiglia e resa più efficace dai due passaggi sotto fascio.

4) Un altro contributo fondamentale alla uniformità di dose viene dalla programmazione tramite PC, del raster di scansione, arrivando così a fornire la dose giusta nei posti giusti

5) Un ulteriore contributo al processo di sterilizzazione viene portato dalla disposizione, in punti opportuni, di bersagli in metallo pesante (W, Ta, Hf, ecc.) polarizzati positivamente e quindi capaci di raddrizzare e rendere più efficace l’effetto sterilizzante degli elettroni diffusi con la contemporanea produzione di raggi X.

6) L’introduzione infine di una goccia di ossigeno liquido entro la bottiglia, dà luogo ad una più efficace produzione di ozono, sotto l’impatto di elettroni, con un forte contributo alla sterilizzazione della superficie interna del contenitore.

L’impianto prevede inoltre per ottimizzare ancor più le sinergie offerte dall’impiego di cannoni elettronici

7) Una posizione lungo il percorso delle bottiglie ove questa viene ricoperta con una vernice sigillante delle microporosità, vernice polimerizzabile con elettroni e che sarà pertanto polimerizzata al momento del passaggio sotto fascio 8) Analogamente è prevista lungo il percorso delle bottiglie una posizione in cui vengono apposti specifici marchi, data, ecc. con inchiostri polimerizzabili con fasci di elettroni.

L’invenzione prevede ancora una ulteriore estensione delle sinergie offerte dall’impiego di fasci elettronici per ottenere anche la sterilizzazione dell’intero impianto di produzione e/o trattamento di pre-forme e/o bottiglie, movimentando e orientando opportunamente durante questa fase preliminare il generatore di elettroni verso i vari settori dell’impianto in modo da ottenere la voluta sterilizzazione solamente con la regolazione della energia del fascio tramite PC, l’ausilio di campi magnetici regolabili, di target di metallo pesante opportunamente disposti e polarizzati e di gocce di ossigeno liquido.

Questa tecnologia e-beam per la sterilizzazione è coadiuvata in questo impianto innovativo e flessibile dall’introduzione, già di per sé innovativa per questi impianti, della nuova tecnologia di riscaldamento basata sulla realizzazione di elementi ohmici resistivi direttamente sull’elemento d riscaldare, mediante l’impiego della tecnologia APS (atmospheric plasma spray).

Questa nuova tecnologia APS viene utilizzata su questo impianto innovativo ovunque economicamente conveniente per il riscaldamento di attrezzature e componenti sia per lo scopo di sterilizzare, sia a scopo di fluidificazione di materie plastiche per la produzione di pre-forme per bottiglie ecc.

Claims

Rivendicazioni 1) Impianto innovativo flessibile ed estremamente computerizzato per la produzione e/o sterilizzazione di preforme e/o bottiglie in PET di forme e dimensioni diverse, sigillatura della loro superficie esterna, apposizione del marchio e riempimento finale, caratterizzato dalla presenza di uno o più generatori di bassa energia (200-400 KeV).
2) Impianto innovativo come in 1) caratterizzato dal contemporaneo e specifico utilizzo delle varie peculiarità dei fasci di elettroni : sterilizzazione, produzione di ozono, generazione di raggi X, plasma, polimerizzazione.
3) Impianto come in 1) e 2) caratterizzato dalla presenza di settori in metallo ad elevato numero atomico opportunamente polarizzati positivamente e programmati da PC onde ottimizzare sia la direzione degli elettroni in uscita dalla finestra in titanio sottile sia la produzione di raggi X.
4) Impianto innovativo come in 1) , 2) e 3) caratterizzato dalla presenza di campi magnetici sia fissi che variabili programmabili tramite PC, opportunamente posizionati per deviare gli elettroni usciti dalla finestra, soprattutto nelle zone d’ombra sia della bottiglie, sia degli apparati da sterilizzate, ma anche verso i settori Ta Hf ecc., per migliorare il rendimento di generazione dei raggi X.
5) Impianto come in 1) , 2) , 3) e 4) caratterizzato dall’utilizzo di opportuni campi magnetici per orientare gli elettroni generati e accelerati in vuoto, ad incidere perpendicolarmente sulla finestra sottile di Titanio (15-50 μm) onde poter utilizzare trombe di scansione più compatte.
6) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) e 5) caratterizzato dal fatto che il raster di scansione è programmabile da PC così da ottimizzare sia la distribuzione di energia sia per adattare il raster alle dimensioni del contenitore da sterilizzare.
7) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) , 5) e 6) caratterizzato dall’utilizzo di una tromba di scansione compatta e tale da irraggiare almeno due bottiglie sovrapposte lungo il loro asse, ed es. verticalmente, e permettere almeno due passaggi delle bottiglie sotto fascio elettronico.
8) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4), 5), 6) e 7) caratterizzato da organi d’aggancio delle bottiglie tali da permettere la loro opportuna rotazione e alternare l’aggancio da interno ad esterno bottiglia tra un passaggio e l’altro sotto fascio.
9) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4), 5), 6), 7) e 8) caratterizzato dall’utilizzo della tecnologia APS sia per riscaldamento a scopo di sterilizzazione che a scopo di molding.
10) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4), 5), 6), 7), 8) e 9) caratterizzato dall’utilizzo dell’ozono generato dal fascio elettronico per la sterilizzazione dell’impianto durante la fase di avvio e la sterilizzazione apparecchiature.
11) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) ,5) ,6) ,7), 8), 9) e 10) caratterizzato dalla possibilità di invio di gocce di ossigeno liquido al’intero delle bottiglie e/o dell’impianto onde incrementare la produzione di ozono.
12) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4), 5), 6), 7), 8) , 9) 10) ed 11) caratterizzato dall’impiego di lampade UV nelle zone d’ombra di sterilizzazione del fascio elettronico.
13) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) ,5), 6), 7), 8), 9), 10), 11) e 12) caratterizzato dalla predisposizione di un’impronta sul fondo bottiglia per agevolarne la rotazione sia il passaggio da una presa dì aggancio interno ad un aggancio esterno ed evitare così problemi di zone d’ombra.
14) Impianto come in 1) , 2) , 3) ,4), 5) ,6) ,7), 8) , 9), 10), 11), 12) e 13) caratterizzato dalla possibilità di movimentare il generatore del fascio di elettroni per orientarlo, in successione, nelle direzioni più opportune per la sterilizzazione delle apparecchiature, dell’ambiente e dei contenitori.
15) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) 5) 6) 7), 8) , 9), 10) 11) , 12), 13) e 14) caratterizzato dal fatto di comprendere una zona dove il contenitore viene ricoperto di vernice sigillante polimerizzabile con fasci elettronici.
16) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) 5) 6) 7), 8) , 9), 10) 11), 12), 13), 14) e 15) caratterizzato da una zona dove vengono stampati sul contenitore marchio, data etc., con inchiostri polimerizzabili con fasci elettronici.
17) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4,) 5), 6) ,7), 8) , 9), 10), 11) , 12) , 13), 14) ,15) e 16) caratterizzato dal doppio passaggio dei contenitori sotto fascio elettronico.
18) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) 5) 6) 7), 8) , 9), 10) 11) e 12) , 13) , 14), 15), 16) e 17) caratterizzato dal fatto che detto generatore di elettroni oltre ad essere programmato da PC in termini di energia, può essere posizionato e movimentato in modo da irraggiare, in sequenza, zone diverse del’impianto di sterilizzazione.
19) Impianto come in 1), 2) , 3) ,4) 5) 6) 7), 8) , 9), 10) 11), 12), 13), 14), 15), 16) , 17) e 18) caratterizzato da una tromba di scansione tale da permettere la sterilizzazione di almeno due bottiglie sovrapposte di dimensioni e forma diverse .
20) Impianto come in 1) caratterizzato da tutte o parte delle precedenti rivendicazioni.