EP1541498A1 - Boítier aérosol comprenant un produit séparé du gaz propulseur par un piston - Google Patents

Boítier aérosol comprenant un produit séparé du gaz propulseur par un piston Download PDF

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Publication number
EP1541498A1
EP1541498A1 EP04356193A EP04356193A EP1541498A1 EP 1541498 A1 EP1541498 A1 EP 1541498A1 EP 04356193 A EP04356193 A EP 04356193A EP 04356193 A EP04356193 A EP 04356193A EP 1541498 A1 EP1541498 A1 EP 1541498A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piston
lip
acrylonitrile
copolymer
styrene
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.)
Withdrawn
Application number
EP04356193A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Sandrine Bourrelly
Franck Flecheux
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.)
Cebal Aerosol France
Original Assignee
Cebal Aerosol France
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 Cebal Aerosol France filed Critical Cebal Aerosol France
Publication of EP1541498A1 publication Critical patent/EP1541498A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65D—CONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D83/00—Containers or packages with special means for dispensing contents
    • B65D83/14—Containers or packages with special means for dispensing contents for delivery of liquid or semi-liquid contents by internal gaseous pressure, i.e. aerosol containers comprising propellant for a product delivered by a propellant
    • B65D83/60—Contents and propellant separated
    • B65D83/64—Contents and propellant separated by piston

Definitions

  • the present invention relates to an aerosol piston housing, allowing distribute under pressure a liquid to pasty product that must be kept under cover propellant. More particularly, the present invention relates to a casing whose product to be distributed is separated from the propellant by a piston which can slide under the effect of the pressure of the propellant towards the chamber containing said product to be dispensed, while remaining guided by the wall internal cylindrical body housing. The present invention aims to ensure a improved sealing against the propellant gas.
  • said product is introduced with a gas under pressure into said housing, in general already equipped with its dispensing member, typically a valve. Yes when the product is particularly sensitive or viscous, introduces a separator element between the product and the propellant gas.
  • a separator element between the product and the propellant gas.
  • Two Types of separator are generally used: the pocket or the piston.
  • the pocket may have very good barrier properties but its price is high and it tends to trap a significant amount of product at the end of restitution.
  • the piston can mean to restore more than 98% of the product conditioned, but the seal is less good than with a pocket. That this either by passing through the interstices that can be formed at the contact level sliding between the piston and the cylindrical inner wall of the housing (configuration which we will call later "by-pass") or by diffusion through the wall of the piston (a phenomenon which we will call “migration” later), a some amount of propellant eventually enters the chamber intended for the product to be returned. This leak, as small as it may be, can lead to degradation of the most sensitive products, such as for example shaving, which turns into foam in contact with the smallest volume of gas.
  • a metal piston is used (WO 00 03933 CEBAL), a metalloplastic piston, or a piston entirely plastic but generally multilayer, one of the layers having a barrier property to the diffusion of the appropriate propellant gas, for example a copolymer (ethylene-vinyl alcohol) - EVOH - (FR 2 671 540 CEBAL) or still another polyamide, a polyvinylidene chloride (PVDC) - FR 2 713 299 (LE JOINT FRANCAIS).
  • a copolymer ethylene-vinyl alcohol
  • EVOH EVOH
  • FR 2 671 540 CEBAL FR 2 671 540 CEBAL
  • PVDC polyvinylidene chloride
  • a piston whose profile is defined is used.
  • a seal WO 00 03933 CEBAL
  • a product particularly viscous such as a hydrogel resulting from the mixing of a polymer of polyvinyl alcohol and a salt (sodium tetraborate) (US 3,255,936 - COLGATE PALMOLIVE) remains trapped between the piston and the cylindrical inner wall of the housing.
  • International Application WO 95 09785 discloses a composite piston with a double frontal wall which delimits a volume in which a gel is trapped. In this way, the gel follows the piston in its displacement and immediately fills all interstice likely to form between the piston and the cylindrical inner wall housing.
  • a piston with the shape can be used very simple of an inverted cup topped with a cylindrical wall more or less high, whose diameter is slightly smaller than the internal dimensions housing.
  • the cylindrical wall is plated locally against the inner wall of the housing.
  • the product stored in the chamber and located near the inner wall is sheared as and when plunger advance, so that a thin film remains, adhering to said inner wall. It is this thin film of viscous product that serves itself seal.
  • the tightness with the wall of the housing is therefore achieved by the product itself which limits the use of this piston to the most viscous and least sensitive products, because some diffusion to through the sealing layer takes place despite everything.
  • DCC discloses a piston shaped like a deep inverted hollow body having towards its open end a wall cylindrical provided at both ends with two lips, the anterior lip upwards, the posterior lip pointing downwards.
  • the scraping lip must have sufficient flexibility on the one hand to facilitate its contraction initial insertion of the piston into the housing, on the other hand to allow it to follow the slightest relief encountered on the inner wall of the housing (for example of light dents caused during the handling of said housing).
  • the more complex shape of the piston in particular the shape of the soft scraping lips, makes the use of a delicate multi-material plastic (the formatting by thermoforming is poorly adapted, if not impossible; co-injection is long and expensive to set up).
  • the pistons of this type are made by molding a thermoplastic material easily moldable material such as polyolefin - generally polypropylene - whose Barrier properties are very poor.
  • a thermoplastic material easily moldable material such as polyolefin - generally polypropylene - whose Barrier properties are very poor.
  • tightness by-pass of these pistons is actually improved, allowing their use including for low viscosity products but the low Polypropylene barrier properties vis-à-vis the propellant forbid use for the most sensitive products.
  • the piston we will present it by convention such that it is inside the aerosol container, itself considered Conventionally as laid vertically on its base, the device of distribution placed at the top.
  • the front part of the piston and the anterior lip are oriented towards the chamber intended to contain the product.
  • the piston according to the invention is made of a material whose barrier properties to oxygen diffusion are preferably greater than those of polypropylene.
  • the oxygen permeability of polypropylene is expressed in cm 3 O 2 ⁇ m / m 2 / day / bar, typically between 44,000 and 81,000, while the permeability of a polyamide PA6 is about 2000, that of a PET 1600, that of a copolymer (acrylonitrile, methyl acrylate) is between 300 and 600 and that of an ABS of the order of 10,000.
  • the mechanical characteristics of the chosen materials are not very favorable. Indeed, their rigidity is more important. For example, their elasticity modulus in flexion are more than twice as high as that of a polypropylene.
  • the flexural modulus of a polypropylene is 1000 MPa, while that of an ABS is 2500 MPa, a PA6: 2200 MPa, a copolymer (acrylonitrile, methyl acrylate): 3300 MPa, of an A / MMA: 4500 MPa, and a PS / PE mixture: 2700 MPa.
  • the piston according to the invention had a much better seal than the pistons of the prior art, particularly well suited to the distribution of gels of shaving, even slightly viscous.
  • PA polyamide
  • ABS acrylobutadiene styrene
  • the anterior lip is oriented upwards: during the distribution of the product, the user presses the dispensing valve, which puts the chamber containing the product under a pressure lower than the pressure prevailing in the chamber of propellant. Under the effect of this pressure difference the piston is subjected to a force driving it towards the product to be distributed. While moving in this direction, the piston meets the product which, whatever its viscosity, resists and tends to "open" the anterior lip that is pressed against the cylindrical inner wall of the housing and pushes the product in front of it without leaving pass the propellant.
  • the geometry of the lip has been drawn in such a way that we obtain the axial resistance and radial flexibility desired. It is based on a cone that has for axis that of the cylindrical wall of the piston, the angle of the wall with said axis being sufficiently small so that said lip can withstand the forces generated when the product is repelled - the significant axial force resulting from the resistance of the product resulting essentially in a stress of compression. Said lip also has a strong slenderness length / (thickness medium), which allows it to acquire the desired flexibility in the radial direction. In this way, said lip can follow, during the displacement of the piston, the slightest relief encountered on the inner wall of the housing (for example light dents caused during handling of said housing).
  • the end diameter of said anterior lip is, in the state not constrained, greater than the internal diameter of the housing. So, the end the lip is continuously in a state of compressive circumferential stress, in radial support against the cylindrical inner wall of the housing, that is to say in a favorable configuration to drive the product in front of the said lip, regardless of the viscosity of the product.
  • the piston has tendency, under the effect of the pressure difference, to advance towards the product but its inertia may be such that it does not move immediately, at all case that it reacts less rapidly than the anterior lip, thin and flexible.
  • the lip is also subject to this pressure difference and has tends to close (the angle of the cone tends to decrease), thus risking to release a part of the propellant towards the product.
  • the diameter of the housing is preferably between 35 mm and 100 mm.
  • the piston has a front face with a typical average thickness between 0.6 and 1.5 mm, preferably 0.8 mm, and a cylindrical wall with an average thickness typically between 0.4 and 0.7 mm, preferably 0.5 mm.
  • the anterior lip of typical length between 8 and 12 mm, preferably 9 mm, has a substantially constant thickness, slightly decreasing towards its end to facilitate the demoulding, typically ranging from 0.6 mm at its base to 0.4 mm at its end.
  • the concave internal face of the piston is advantageously consolidated by ribs acting as stiffeners. Typically these ribs can be meridian: radial under the front of the piston and axial in its cylindrical part.
  • the cylindrical wall of the piston is provided at its other end. of a posterior lip oriented downwards, of shape also substantially conical, with an apex angle also between 10 ° and 30 °, of preferably between 15 ° and 25 °.
  • the end diameter of said posterior lip is, in the unconstrained state, greater than the diameter internal housing.
  • This posterior lip plays not only a role of stabilization and contribution to the guidance of the piston in its displacement but also a complementary role in improving watertightness, particularly for pistons of larger diameter, whose inertia is important.
  • the anterior lip and the posterior lip delimit indeed a volume of intermediate gas, separated from the propellant chamber, which makes it possible to have a difference lower pressure on both sides of the anterior lip.
  • the phenomenon described above risk of closure of the anterior lip -so of leakage - before the piston advances
  • the posterior lip is slightly thicker than the anterior lip, essentially to better resist mechanically the efforts needed to the threading of the piston in the housing and thus avoid the irreversible formation of folds.
  • the figure represents a piston according to the invention.
  • the housing for receiving the piston is a standard housing, often used for condition hygiene products, such as shaving gels.
  • the piston 10 has a front part 1 in the form of an inverted deep hollow body connected to a cylindrical wall 2 provided at its front end 21 with an anterior lip 3 facing upwards.
  • the anterior lip 3 has a conical overall shape, of substantially constant thickness.
  • the piston 10 is made by molding in one piece of acrylobutadiene styrene (ABS).
  • ABS acrylobutadiene styrene
  • the angle ⁇ of the cone formed by said anterior lip with the vertical axis is close to 10 °, which corresponds to a cone angle of 20 °.
  • the piston 10 has a front face 1 having an average thickness of 0.8 mm, and a cylindrical wall 2 , here quite short (of the order of 10 mm), having an average thickness of 0.5 mm.
  • the anterior lip 3, of length 9 mm has a substantially constant thickness, slightly decreasing towards its end to facilitate demolding, ranging from 0.6 mm at its base 31 to 0.4 mm at its end 32. . the anterior lip 3 therefore has a slenderness ratio length / (average thickness) adjacent to its end 18. at 32, this lip, in the unstressed state, a diameter of about 52.5 mm, greater than the inner diameter of the housing substantially equal to 52.2 mm.
  • the lip end is continuously in a compressive circumferential stress state (corresponding to a circumferential shrinkage of the order of 5 ⁇ ), in radial support against the cylindrical inner wall of the housing, c that is to say in a configuration which is favorable for scraping a very thin product-tight film, even of low viscosity.
  • the cylindrical wall 2 of the piston 10 is provided at its other end 22 with a posterior lip 4 facing downwards, also of substantially conical shape, with an apex angle close to 20 °.
  • the posterior lip 4 has an equal diameter, in the unconstrained state, at 52.6 mm, slightly greater than the internal diameter of the housing.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Containers And Packaging Bodies Having A Special Means To Remove Contents (AREA)

Abstract

Piston (10), destiné à être introduit dans un boîtier distributeur aérosol pour séparer le produit à distribuer du gaz propulseur, comprenant une partie frontale (1) en forme de corps creux profond renversé reliée à son extrémité bas à une paroi cylindrique (2) munie à son extrémité antérieure (21) d'une lèvre antérieure (3) conique orientée vers le haut, caractérisé en ce que ledit piston est réalisé par moulage en seule pièce d'une matière thermoplastique appartenant au groupe comprenant les matériaux suivants: polyesters linéaires thermoplastiques; polyamides; polycarbonates; polyoxyméthylènes; polyméthacrylate de méthyle, copolymères à base d'acrylonitrile; mélanges polystyrène et polyoléfine; leurs mélanges et leurs alliages; en ce que l'angle du cône formé par ladite lèvre antérieure est compris entre 10° et 30°; et en ce que ladite lèvre présente un élancement longueur/(épaisseur moyenne) compris entre 10 et 25. De préférence, la paroi cylindrique (2) dudit piston est également munie à son autre extrémité (22) d'une lèvre postérieure (4) conique orientée vers le bas. <IMAGE>

Description

DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un boítier aérosol à piston, permettant de distribuer sous pression un produit liquide à pâteux qui doit être conservé à l'abri du gaz propulseur. Plus particulièrement, la présente invention concerne un boítier dont le produit à distribuer est séparé du gaz propulseur par un piston qui peut coulisser sous l'effet de la pression du gaz propulseur en direction de la chambre contenant ledit produit à distribuer, tout en restant guidé par la paroi interne du corps cylindrique du boítier. La présente invention vise à assurer une étanchéité améliorée vis-à-vis du gaz propulseur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Pour restituer un produit de viscosité liquide à pâteuse à l'aide d'un boítier aérosol, on introduit ledit produit avec un gaz sous pression dans ledit boítier, en général déjà équipé de son organe de distribution, typiquement une valve. Si nécessaire, lorsque le produit est particulièrement sensible ou visqueux, on introduit un élément séparateur entre le produit et le gaz propulseur. Deux types de séparateur sont généralement utilisés: la poche ou le piston.
Constituée d'une paroi métallique, métalloplastique ou même entièrement plastique, la poche peut posséder de très bonnes propriétés barrière mais son prix est élevé et elle a tendance à piéger une quantité non négligeable de produit en fin de restitution.
Le piston peut quant à lui permettre de restituer plus de 98% du produit conditionné, mais l'étanchéité est moins bonne qu'avec une poche. Que ce soit par passage dans les interstices pouvant se former au niveau du contact glissant entre le piston et la paroi interne cylindrique du boítier (configuration que nous appellerons par la suite "by-pass") ou par diffusion à travers la paroi du piston (phénomène que nous appellerons par la suite "migration"), une certaine quantité de gaz propulseur finit par pénétrer dans la chambre destinée au produit à restituer. Cette fuite, aussi minime soit-elle, peut entraíner une dégradation des produits les plus sensibles, comme par exemple le gel de rasage, qui se transforme en mousse au contact du moindre volume de gaz.
De nombreuses solutions ont été proposées pour tenter de résoudre ce problème soit en limitant la migration, soit en limitant le by-pass.
Pour limiter la migration, on utilise par exemple un piston métallique (WO 00 03933 CEBAL), un piston métalloplastique, ou encore un piston entièrement plastique mais en général multicouche, l'une des couches ayant une propriété barrière à la diffusion du gaz propulseur appropriée, par exemple un copolymère (éthylène - alcool vinylique) - EVOH - (FR 2 671 540 CEBAL) ou encore un polyamide, un polychlorure de vinylidène (PVDC) - FR 2 713 299 (LE JOINT FRANCAIS).
Pour limiter le by-pass, on utilise par exemple un piston dont le profil est défini de telle sorte qu'un joint d'étanchéité (WO 00 03933 CEBAL) ou un produit particulièrement visqueux, tel qu'un hydrogel résultant du mélange d'un polymère d'alcool polyvinylique et d'un sel (tétraborate de sodium) (US 3 255 936 - COLGATE PALMOLIVE) reste emprisonné entre le piston et la paroi interne cylindrique du boítier. La demande internationale WO 95 09785 (ROCEP LUSOL HOLDINGS) divulgue un piston composite avec une double paroi frontale qui délimite un volume dans lequel un gel est piégé. Par ce biais, le gel suit le piston dans son déplacement et comble immédiatement tout interstice susceptible de se former entre le piston et la paroi interne cylindrique du boítier.
Les solutions connues qui essaient de traiter simultanément les deux possibilités de fuite du gaz propulseur dans le produit font appel à un piston métallique muni d'un joint (par exemple WO 00 03933) ou à un piston en plusieurs parties emprisonnant un gel (WO 95 09785). Ces solutions sont économiquement peu avantageuses. Soit on préfère employer une poche, soit on les utilise pour la distribution de produits à haute valeur ajoutée en raison de leur meilleur taux de restitution.
Pour les autre produits (produits de grande consommation, par exemple), il ne reste que les autres solutions connues qui traitent préférentiellement l'un des deux chemins de passage du gaz propulseur: by-pass ou migration, mais pas vraiment les deux simultanément, si bien que le problème de l'étanchéité au gaz propulseur reste posé pour les produits particulièrement sensibles tels que les gels de rasage.
Avec des produits de forte viscosité, on peut utiliser un piston ayant la forme très simple d'une coupelle renversée surmontée d'une paroi cylindrique plus ou moins haute, dont le diamètre est légèrement inférieur aux dimensions internes du boítier. Sous l'effet de la pression du gaz propulseur, la paroi cylindrique est plaquée localement contre la paroi interne du boítier. Le produit stocké dans la chambre et situé à proximité de la paroi interne est cisaillé au fur et à mesure de l'avance du piston, de sorte qu'une mince pellicule subsiste, adhérant à ladite paroi interne. C'est cette mince pellicule de produit visqueux qui sert elle-même de joint d'étanchéité. L'étanchéité avec la paroi du boítier est donc réalisée par le produit lui-même ce qui limite l'utilisation de ce piston aux produits les plus visqueux et les moins sensibles, car une certaine diffusion à travers la couche d'étanchéité a lieu malgré tout. Ce principe était déjà décrit en 1960 dans le brevet US 3 132 570 (AMERICAN CAN). Quelques améliorations ont été apportées pour stabiliser le piston lors de sa translation dans le boítier (EP 0 081 014 - CLAYTON Corp.) mais l'étanchéité au by-pass reste médiocre, par exemple pour les gels de rasage, particulièrement en Europe où ils sont peu visqueux et où les exigences des utilisateurs quant à l'aspect du gel distribué semblent plus fortes.
La demande WO 01 21507 (DCC) divulgue un piston en forme de forme de corps creux profond renversé ayant vers son extrémité ouverte une paroi cylindrique munie à ses deux extrémités de deux lèvres, la lèvre antérieure orientée vers le haut, la lèvre postérieure orientée vers le bas. La lèvre racleuse doit présenter une souplesse suffisante d'une part pour faciliter sa contraction initiale lors de l'insertion du piston dans le boítier, d'autre part pour lui permettre de suivre les moindres reliefs rencontrés sur la paroi interne du boítier (par exemple de légers bosselages occasionnés lors de la manipulation dudit boítier). Toutefois, la forme plus complexe du piston, en particulier la forme des lèvres racleuses souples, rend l'emploi d'un plastique multi-matière délicat (la mise en forme par thermoformage est mal adaptée, voire impossible; la co-injection est longue et coûteuse à mettre en place). Ainsi, les pistons de ce type sont réalisés par moulage d'une matière thermoplastique facilement moulable telle qu'une polyoléfine - en général du polypropylène -, dont les propriétés barrières sont fort médiocres. L'expérience montre que l'étanchéité au by-pass de ces pistons est effectivement améliorée, ce qui permet leur utilisation y compris pour des produits de faible viscosité, mais les faibles propriétés barrières du polypropylène vis-à-vis du gaz propulseur en interdisent l'utilisation pour les produits les plus sensibles.
PROBLEME POSE
La demanderesse a donc cherché à développer un piston économique, destiné à équiper des boítiers distributeurs de produits de grande consommation, tels que les gels de rasage, présentant une étanchéité améliorée, autant au niveau du contact entre le piston et la paroi interne du boítier étanchéité (by-pass) et qu'à travers le piston (migration).
OBJET DE L'INVENTION
Pour faciliter la description du piston, nous le présenterons par convention tel qu'il se trouve à l'intérieur du boítier aérosol, lui-même considéré conventionnellement comme posé verticalement sur sa base, le dispositif de distribution placé en haut. La partie frontale du piston et la lèvre antérieure se trouvent orientées vers la chambre destinée à contenir le produit.
Un premier objet de l'invention est un piston, destiné à être introduit dans un boítier aérosol pour séparer le produit à distribuer du gaz propulseur, avec une partie frontale en forme de corps creux profond renversé reliée à une paroi cylindrique munie à son extrémité antérieure d'une lèvre orientée vers le haut, la lèvre antérieure présentant une forme globale conique, d'épaisseur sensiblement constante, caractérisé en ce que:
  • ledit piston est réalisé par moulage en seule pièce d'une matière thermoplastique appartenant au groupe comprenant les matériaux suivants:
    • polyesters linéaires thermoplastiques tels que le polyéthylène téréphtalate (PET) ou le polybutylène téréphtalate (PBT);
    • polyamides (PA);
    • polycarbonates (PC);
    • polyoxyméthylènes (POM);
    • polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
    • copolymères à base d'acrylonitrile tels que le copolymère (acrylonitrile, acrylate de méthyle), le copolymère (acrylonitrile, méthacrylate de méthyle) (A/MMA), le copolymère (acrylonitrile, styrène) (SAN), le copolymère (acrylonitrile, butadiène, styrène) ou acrylobutadiène styrène (ABS), ou le copolymère (acrylonitrile, styrène, acrylate) (ASA);
    • mélanges polystyrène et polyoléfine tels que polystyrène et polypropylène (PS/PP) ou polystyrène et polyéthylène (PS/PE);
    • leurs mélanges et leurs alliages;
  • en ce que l'angle du cône formé par ladite lèvre antérieure est compris entre 10° et 30°, de préférence entre 15° et 25°.
  • et en ce que ladite lèvre présente un élancement longueur/(épaisseur moyenne) compris entre 10 et 25, de préférence entre 15 et 20.
Le piston selon l'invention est en un matériau dont les propriétés barrière à la diffusion de l'oxygène sont de préférence supérieures à celles du polypropylène. Ainsi, la perméabilité à l'oxygène du polypropylène est, exprimée en cm3 O2 µm/m2/j/bar, typiquement comprise entre 44000 et 81 000, tandis que la perméabilité d'un polyamide PA6 est d'environ 2000, celle d'un PET 1600, celle d'un copolymère (acrylonitrile, acrylate de méthyle) est comprise entre 300 et 600 et celle d'un ABS de l'ordre de 10 000.
Toutefois, les caractéristiques mécaniques des matériaux choisis ne sont pas très favorables. En effet, leur rigidité est plus importante. Par exemple, leurs modules d'élasticité en flexion sont plus de deux fois supérieurs à celui d'un polypropylène. Typiquement le module de flexion d'un polypropylène est de 1000 MPa, tandis que celui d'un ABS est de 2500 MPa, d'un PA6: 2200 MPa, d'un copolymère (acrylonitrile, acrylate de méthyle): 3300 MPa, d'un A/MMA: 4500 MPa, et d'un mélange PS/PE: 2700 MPa. Pour compenser une telle rigidité il faut réaliser des lèvres plus élancées, donc plus difficiles à obtenir par moulage, d'autant plus difficiles que l'aptitude au moulage par injection de ces matériaux est en général inférieure à celle du polypropylène.
Et pourtant, la demanderesse a constaté qu'avec une telle forme et un tel matériau, en particulier un polyamide (PA) ou acrylobutadiène styrène (ABS), le piston selon l'invention présentait une bien meilleure étanchéité que les pistons de l'art antérieur, particulièrement bien adaptée à la distribution de gels de rasage, même faiblement visqueux.
La lèvre antérieure est orientée vers le haut: lors de la distribution du produit, l'utilisateur appuie sur la valve de distribution, ce qui met la chambre contenant le produit sous une pression inférieure à la pression régnant dans la chambre du gaz propulseur. Sous l'effet de cette différence de pression le piston est soumis à une force l'entraínant en direction du produit à distribuer. En se déplaçant dans cette direction, le piston rencontre le produit qui, quelle que soit sa viscosité, résiste et tend à "ouvrir" la lèvre antérieure qui se plaque contre la paroi interne cylindrique du boítier et repousse le produit devant elle sans laisser passer le gaz propulseur.
La géométrie de la lèvre a été dessinée de telle sorte que l'on obtienne la résistance axiale et la souplesse radiale désirées. Elle s'appuie sur un cône qui a pour axe celui de la paroi cylindrique du piston, l'angle de la paroi avec ledit axe étant suffisamment faible pour que ladite lèvre puisse résister aux efforts engendrés lorsque le produit est repoussé - l'effort axial important résultant de la résistance du produit se traduisant essentiellement par une contrainte de compression. Ladite lèvre a également un fort élancement longueur/(épaisseur moyenne), ce qui lui permet d'acquérir la souplesse voulue dans le sens radial. De la sorte, ladite lèvre peut suivre, au cours du déplacement du piston, les moindres reliefs rencontrés sur la paroi interne du boítier (par exemple de légers bosselages occasionnés lors de la manipulation dudit boítier).
De préférence, le diamètre d'extrémité de ladite lèvre antérieure est, à l'état non contraint, supérieur au diamètre interne du boítier. Ainsi, l'extrémité la lèvre est continuellement dans un état de contrainte circonférentielle compressive, en appui radial contre la paroi interne cylindrique du boítier, c'est-à-dire dans une configuration favorable à l'entraínement du produit au-devant de la dite lèvre, quelle que soit la viscosité du produit.
Enfin, quand l'utilisateur agit sur la valve pour distribuer le produit, le piston a tendance, sous l'effet de la différence de pression, à s'avancer vers le produit mais son inertie peut être telle qu'il ne se déplace pas immédiatement, en tout cas telle qu'il réagit moins rapidement que la lèvre antérieure, mince et flexible. Or la lèvre est soumise également à cette différence de pression et a tendance à se fermer (l'angle du cône à tendance à diminuer), risquant ainsi de libérer une partie du gaz propulseur en direction du produit. Le fait d'augmenter le diamètre au repos de la périphérie de la lèvre permet de maintenir un contact de ladite périphérie de la lèvre avec la paroi du boítier malgré la fermeture et de conserver ainsi l'étanchéité nécessaire avant que le piston avance et que le produit, par sa résistance à l'avancée du piston, ouvre la lèvre et la plaque contre la paroi du boítier.
Le diamètre du boítier est de préférence compris entre 35 mm et 100 mm. Le piston présente une face frontale avec une épaisseur moyenne typiquement comprise entre 0,6 et 1,5 mm, de préférence 0,8 mm, et une paroi cylindrique avec une épaisseur moyenne typiquement comprise entre 0,4 et 0,7 mm, de préférence 0,5 mm. La lèvre antérieure, de longueur typique comprise entre 8 et 12 mm, de préférence 9mm, a une épaisseur sensiblement constante, légèrement décroissante en direction de son extrémité pour faciliter le démoulage, variant typiquement de 0,6 mm au niveau de sa base à 0,4 mm au niveau de son extrémité. Pour les diamètres les plus grands, typiquement compris entre 66 mm et 100 mm, la face interne concave du piston est avantageusement consolidée par des nervures faisant office de raidisseurs. Typiquement ces nervures peuvent être méridiennes: radiales sous le front du piston et axiales dans sa partie cylindrique.
De préférence, la paroi cylindrique du piston est munie à son autre extrémité d'une lèvre postérieure orientée vers le bas, de forme également sensiblement conique, avec un angle au sommet également compris entre 10° et 30°, de préférence entre 15° et 25°. De préférence également, le diamètre d'extrémité de ladite lèvre postérieure est, à l'état non contraint, supérieur au diamètre interne du boítier.
Cette lèvre postérieure joue non seulement un rôle de stabilisation et de contribution au guidage du piston dans son déplacement mais également un rôle complémentaire dans l'amélioration de l'étanchéité, notamment pour les pistons de plus grand diamètre, dont l'inertie est importante. La lèvre antérieure et la lèvre postérieure délimitent en effet un volume de gaz intermédiaire, séparé de la chambre du gaz propulseur, ce qui permet d'avoir une différence de pression plus faible de part et d'autre de la lèvre antérieure. Le phénomène décrit plus haut (risque de fermeture de la lèvre antérieure -donc de fuite - avant que le piston avance) est ainsi diminué et ralenti, de sorte que l'effet de poussée vers l'avant du piston peut jouer le rôle attendu sans que la lèvre antérieure ne soit passée par une phase transitoire "fermante" dommageable.
De plus, si, sous l'effet d'une faible différence de pression, la lèvre antérieure se ferme légèrement, la pression diminue dans le volume intermédiaire, ce qui augmente la différence de pression de part et d'autre de la lèvre postérieure. La lèvre postérieure a donc tendance à s'ouvrir et sa périphérie se plaque contre le diamètre interne du boítier, empêchant par conséquent tout passage du gaz propulseur vers ce volume intermédiaire. On constate donc que La configuration de la lèvre antérieure tournée vers la chambre du produit et de la lèvre postérieure orientée vers la chambre du gaz propulseur permet d'obtenir un volume intermédiaire qui protège particulièrement bien le produit du gaz propulseur et limite au maximum les fuites du gaz vers le produit.
La lèvre postérieure est légèrement plus épaisse que la lèvre antérieure, essentiellement pour mieux résister mécaniquement aux efforts nécessaires à l'enfilage du piston dans le boítier et éviter ainsi la formation irréversible de plis.
La figure représente un piston selon l'invention.
EXEMPLE : Piston pour boítier de diamètre 53 mm
Le boítier destiné à recevoir le piston est un boítier standard, souvent utilisé pour conditionner des produits d'hygiène, tels que les gels de rasage.
Le piston 10 a une partie frontale 1 en forme de corps creux profond renversé reliée à une paroi cylindrique 2 munie à son extrémité antérieure 21 d'une lèvre antérieure 3 orientée vers le haut. La lèvre antérieure 3 présente une forme globale conique, d'épaisseur sensiblement constante.
Le piston 10 est réalisé par moulage en seule pièce en acrylobutadiène styrène (ABS). L'angle α du cône formé par ladite lèvre antérieure avec l'axe vertical est voisin de 10°, ce qui correspond à un angle de cône de 20°.
Le piston 10 présente une face frontale 1 ayant une épaisseur moyenne de 0,8mm, et une paroi cylindrique 2, ici assez courte (de l'ordre de 10 mm), ayant une épaisseur moyenne de 0,5 mm. La lèvre antérieure 3, de longueur 9mm, a une épaisseur sensiblement constante, légèrement décroissante en direction de son extrémité pour faciliter le démoulage, variant de 0,6 mm au niveau de sa base 31 à 0,4 mm au niveau de son extrémité 32. La lèvre antérieure 3 présente donc un élancement longueur/(épaisseur moyenne) voisin de 18. A son extrémité 32, la lèvre présente, à l'état non contraint, un diamètre voisin de 52,5 mm, supérieur au diamètre interne du boítier, sensiblement égal à 52,2 mm. Une fois le piston inséré dans le boítier, l'extrémité la lèvre est continuellement dans un état de contrainte circonférentielle compressive (correspondant à un rétreint circonférentiel de l'ordre de 5‰ ), en appui radial contre la paroi interne cylindrique du boítier, c'est-à-dire dans une configuration favorable au raclage d'une très fine pellicule étanche de produit, même de faible viscosité.
La paroi cylindrique 2 du piston 10 est munie à son autre extrémité 22 d'une lèvre postérieure 4 orientée vers le bas, de forme également sensiblement conique, avec un angle au sommet voisin de 20°. A son extrémité 42, la lèvre postérieure 4 a un diamètre égal, à l'état non contraint, à 52,6 mm, légèrement supérieur au diamètre interne du boítier.

Claims (10)

  1. Piston (10), destiné à être introduit dans un boítier distributeur aérosol pour séparer le produit à distribuer du gaz propulseur, comprenant une partie frontale (1) en forme de corps creux profond renversé reliée à une paroi cylindrique (2) munie à son extrémité antérieure (21) d'une lèvre antérieure (3) orientée vers le haut, ladite lèvre antérieure de forme globalement conique et d'épaisseur sensiblement constante, caractérisé en ce que:
    ledit piston est réalisé par moulage en seule pièce d'une matière thermoplastique appartenant au groupe comprenant les matériaux suivants:
    polyesters linéaires thermoplastiques tels que le polyéthylène téréphtalate (PET) ou le polybutylène téréphtalate (PBT);
    polyamides (PA);
    polycarbonates (PC);
    polyoxyméthylènes (POM);
    polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
    copolymères à base d'acrylonitrile tels que le copolymère (acrylonitrile, acrylate de méthyle), le copolymère (acrylonitrile, méthacrylate de méthyle) (A/MMA), le copolymère (acrylonitrile, styrène) (SAN), le copolymère (acrylonitrile, butadiène, styrène) ou acrylobutadiène styrène (ABS), ou le copolymère (acrylonitrile, styrène, acrylate) (ASA);
    mélanges polystyrène et polyoléfine tels que polystyrène et polypropylène (PS/PP) ou polystyrène et polyéthylène (PS/PE);
    leurs mélanges et leurs alliages;
    en ce que l'angle du cône formé par ladite lèvre antérieure est compris entre 10° et 30°, de préférence entre 15° et 25°.
    et en ce que ladite lèvre présente un élancement longueur/(épaisseur moyenne) compris entre 10 et 25, de préférence entre 15 et 20.
  2. Piston (10) selon la revendication 1 dans lequel l'angle du cône formé par ladite lèvre antérieure est compris entre 15° et 25°.
  3. Piston (10) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l'angle du cône formé par ladite lèvre présentant un élancement longueur/(épaisseur moyenne) compris entre 15 et 20.
  4. Piston (10) selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le diamètre d'extrémité de ladite lèvre antérieure est, à l'état non contraint, supérieur au diamètre interne du boítier.
  5. Piston (10) selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel la paroi cylindrique (2) dudit piston est munie à son autre extrémité (22) d'une lèvre postérieure (4) orientée vers le bas, de forme sensiblement conique, avec un angle au sommet compris entre 10° et 30°.
  6. Piston (10) selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le diamètre d'extrémité de ladite lèvre postérieure (4) est, à l'état non contraint, supérieur au diamètre interne du boítier.
  7. Boítier distributeur aérosol comprenant un boítier métallique et un piston séparant le produit à distribuer du gaz propulseur, ledit piston comprenant une partie frontale (1) en forme de corps creux profond renversé reliée à une paroi cylindrique (2) munie à son extrémité antérieure (21) d'une lèvre antérieure (3) orientée vers le haut, ladite lèvre antérieure de forme globalement conique et d'épaisseur sensiblement constante, caractérisé en ce que:
    ledit piston est réalisé par moulage en seule pièce d'une matière thermoplastique appartenant au groupe comprenant les matériaux suivants:
    polyesters linéaires thermoplastiques tels que le polyéthylène téréphtalate (PET) ou le polybutylène téréphtalate (PBT);
    polyamides (PA);
    polycarbonates (PC);
    polyoxyméthylènes (POM);
    polyméthacrylate de méthyle (PMMA)
    copolymères à base d'acrylonitrile tels que le copolymère (acrylonitrile, acrylate de méthyle), le copolymère (acrylonitrile, méthacrylate de méthyle) (A/MMA), le copolymère (acrylonitrile, styrène) (SAN), le copolymère (acrylonitrile, butadiène, styrène) ou acrylobutadiène styrène (ABS), ou le copolymère (acrylonitrile, styrène, acrylate) (ASA);
    mélanges polystyrène et polyoléfine tels que polystyrène et polypropylène (PS/PP) ou polystyrène et polyéthylène (PS/PE);
    leurs mélanges et leurs alliages;
    en ce que l'angle du cône formé par ladite lèvre antérieure est compris entre 10° et 30°, de préférence entre 15° et 25°.
    et en ce que ladite lèvre présente un élancement longueur/(épaisseur moyenne) compris entre 10 et 25, de préférence entre 15 et 20.
  8. Boítier distributeur aérosol selon la revendication 7 dans lequel la paroi cylindrique (2) dudit piston est munie à son autre extrémité (22) d'une lèvre postérieure (4) orientée vers le bas, de forme sensiblement conique, avec un angle au sommet compris entre 10° et 30°.
  9. Boítier distributeur aérosol selon la revendication 8 dans lequel le diamètre d'extrémité de ladite lèvre postérieure (4) est, à l'état non contraint, supérieur au diamètre interne du boítier.
  10. Piston selon la revendication 1 réalisé par moulage en seule pièce d'une matière thermoplastique appartenant au groupe comprenant les polyamides et les copolymères (acrylonitrile, butadiène, styrène), leur mélanges et leurs alliages.
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DE202020105342U1 (de) 2020-09-17 2021-12-20 Zima Systems Gmbh Kolben für einen Druckbehälter und Druckbehälter mit einem solchen Kolben

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