EP2129614A2 - Procédé de remplissage d'un emballage rétractable - Google Patents

Procédé de remplissage d'un emballage rétractable

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EP2129614A2
EP2129614A2 EP08719456A EP08719456A EP2129614A2 EP 2129614 A2 EP2129614 A2 EP 2129614A2 EP 08719456 A EP08719456 A EP 08719456A EP 08719456 A EP08719456 A EP 08719456A EP 2129614 A2 EP2129614 A2 EP 2129614A2
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EP
European Patent Office
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package
bottle
container
filling
packaging
Prior art date
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EP08719456A
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EP2129614B1 (fr
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Jacques Thomasset
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Aisapack Holding SA
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Aisapack Holding SA
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Application granted granted Critical
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    • 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
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    • B65B—MACHINES, APPARATUS OR DEVICES FOR, OR METHODS OF, PACKAGING ARTICLES OR MATERIALS; UNPACKING
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    • 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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    • Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
    • Y10T428/1328—Shrinkable or shrunk [e.g., due to heat, solvent, volatile agent, restraint removal, etc.]
    • Y10T428/1331—Single layer [continuous layer]

Definitions

  • the invention relates to a method of packaging a liquid product in a shrinkable package.
  • the invention describes the packaging of a product at high temperature in a plastic container which shrinks under the effect of said high temperature.
  • the method applies in particular to the packaging of a product at more than 60 ° C in a PET bottle that has not undergone thermosetting.
  • PET Polyethylene terephthalate
  • Thermoplating is considered to be the most efficient method for improving the heat resistance of bi-oriented PET bottles.
  • the principle of this process widely used on the market, is to heat treat the walls of the bottle to increase crystallization and thus improve the molecular stability at high temperature.
  • This principle can be broken down into several methods and thermo-fixing devices described in the prior art.
  • An important advantage of thermo-thermal processes fixation is not to change the packaging processes, the heat-setting of the bottle being made during the manufacture of said bottle.
  • bottles having undergone heat treatment to allow the conditioning of a liquid at high temperature have several disadvantages.
  • a first drawback lies in the fact that only specific grades of polyethylene terephthalate can be used. These grades are more difficult to produce and generate additional packaging costs.
  • a second disadvantage is related to the decrease in the production rate of the bottles because the thermo-fixing process slows down the blowing cycle.
  • a third drawback is related to the weight of these bottles.
  • a bottle When a bottle is filled with a hot liquid, it results after cooling a negative pressure inside the bottle; said negative pressure having the effect of randomly deforming the walls of the bottle.
  • the most common method for dealing with the negative pressure in the bottle is the addition of compensation panels that allow the bottle to be deformed in a controlled manner.
  • bottles with compensation panels are stiffer and therefore heavier. This results in an excess of material which is not strictly necessary for the good conservation of the product.
  • the compensation panels are detrimental to the aesthetics of the packaging, which makes it less attractive to the consumer.
  • Patent applications WO2004106175 and WO2005002982 propose a design of the bottom of the bottle which can be deformed and avoids the use of side compensation panels.
  • the patent application FR2432991 proposes a method of filling a PET bottle which avoids the use of bottles which have been heat-set. This process consists in cooling the outer walls of the bottle in order to to avoid any distortion of the bottle during the conditioning cycle. According to this method, the cooling of the outer walls of the bottle can be interrupted when it is no longer necessary to prevent deformation of said bottle. This method makes it possible to avoid deformations of the bottle during filling. However, this method does not make it possible to eliminate the compensation panels to cope with the negative pressure in the bottle after cooling.
  • US5251424 also proposes a method of packaging a PET bottle which avoids the use of bottles having undergone thermosetting. This process involves filling the bottle with a high temperature liquid, and adding a dose of liquid nitrogen before closing. The vaporization of the nitrogen generates a pressure in the bottle which prevents its retraction. In addition, this method avoids lateral compensation panels, because the nitrogen maintains a sufficient pressure in the bottle to compensate for the change in volume of the liquid. Theoretically, the method described in US5251424 should allow the use of conventional PET bottles as well as cost reduction. However, in practice this process is very difficult to implement. The overpressure generated immediately after closing the bottle whose walls are at high temperature causes an immediate and undesired deformation of the package.
  • US6502369 patent provides a similar method, but with a filling of the bottle in the cavity of a mold.
  • This process involves introducing the bottle into the cavity of a mold, filling the bottle with a liquid at high temperature, and adding a dose of liquid nitrogen before closing. The vaporization of the nitrogen pressurizes the wall of the package against the wall of a cooled mold.
  • This method makes it possible to obtain conventional bottles filled at high temperature, however the complexity of the packaging machine which consists of filling each bottle in the cavity of a mold makes this process difficult to use.
  • the processes proposed in the prior art all have one thing in common, which is to avoid the shrinkage of the package under the effect of temperature.
  • the volume of the packaging is unchanged before and after packaging.
  • the principle of the invention is to exploit the shrinkage properties of the package during the conditioning phase and consequently leads to a change in the volume of said package.
  • the volume of the filled package according to the invention is smaller after conditioning.
  • the process according to the invention consists in using, in a controlled manner, the shrinkage properties of the packages when they are filled at high temperature (generally 85 ° C. for PET bottles).
  • high temperature generally 85 ° C. for PET bottles.
  • the process described in the invention allows packaging that shrinks when they are subjected to the high product conditioning temperature. These plastic packages have a molecular orientation that shrinks at said high temperature.
  • the invention is particularly applicable to the filling of bioriented PET containers such as bottles.
  • the invention also applies to the high temperature filling of plastic packaging made from films, said films shrinking under the effect of said high temperature.
  • the method according to the invention also makes it possible to generate a positive relative pressure inside a retractable package.
  • the invention consists in retracting a filled and sealed package by heating the wall of said package.
  • the process according to the invention makes it possible to improve the grip and the vertical compressive strength of thin-walled packagings.
  • Figures 1 to 11 describe a first embodiment of the invention.
  • FIGS 1 and 2 describe the general concept of the first embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows the package immediately after filling and capping, the product inside the package being at high temperature.
  • Figure 2 shows the packaging at the end of the product packaging process.
  • the volume of the package is lower due to shrinkage of the package.
  • FIGS 3 to 8 show the different steps of the method.
  • Figure 3 shows a package before filling.
  • Figure 4 illustrates the filling of the product at high temperature in the package.
  • Figure 5 shows the sealing of the package.
  • Figure 6 illustrates the shrinkage of the package, the product being at high temperature.
  • the pressure inside the package compresses the volume of gas at the headspace.
  • Figure 7 shows the cooling of the packaging and the return to ambient temperature of the product.
  • Figure 8 shows the package cooled to room temperature. The expansion of the volume of gas at the headspace compensates for the thermal contraction of the product.
  • Figure 9 illustrates local cooling of the package during the packaging process.
  • Figures 10 and 1 1 illustrate the hot filling of a package made from a film that shrinks at said high temperature.
  • Figure 10 shows the package just after filling the product at high temperature and sealing.
  • Figure 11 illustrates the geometry of the retracted package.
  • Figures 12 and 13 illustrate a second embodiment of the invention which consists in generating an overpressure in a shrink packaging at high temperature and filled at low temperature.
  • Figure 12 illustrates the heating to create a local shrinkage of the walls of the package and thereby generate a pressure in the package.
  • Figure 13 shows that the volume of the package after retraction is smaller than the initial volume.
  • the invention involves using the shrinkage properties of a package when heated at high temperature.
  • high temperature defines a temperature to initiate the retraction of the package; and by contrast the term “low temperature” defines a temperature below the retraction temperature.
  • the shrinkage properties of a package strongly depend on the manufacturing processes and more precisely the molecular orientation induced during said manufacture.
  • a package such as a PET bottle made by bi-stretching a preform in a mold, shrinks strongly when heated at high temperature.
  • Other packages, such as packaging made from film may also have similar shrink properties.
  • the first embodiment of the invention is to use the retraction of the package during the packaging of a product at high temperature, said product having the effect of heating the walls of the package and generate the retraction.
  • the key point of the invention is to use in a controlled manner the shrinkage of the package to limit deformation and at least partially remedy the negative pressure that usually appears in the packaging after cooling.
  • Figure 1 shows the initial geometry of the package 1 comprising a neck 4, a cylindrical body 5, and a bottom 6.
  • the package has a strong shrinkage of its walls when heated at high temperature.
  • Figure 1 shows the package 1 filled with a high temperature product 9, and sealed with a cap 8.
  • the package is also filled with gas 10 at the headspace, said gas being 'air.
  • the filling level 11 defining the relative volume of product at high temperature and gas inside of the packaging at the time of its closure, is defined precisely.
  • Before sealing the package it is generally preferable to avoid retraction of said package. This is why when the shrinkage of the package is fast, it may be advantageous to implement means for blocking the retraction before said hermetic closure.
  • Figure 2 shows the package 1 and its contents after cooling to room temperature.
  • the packaging shrunk when packaging the product at high temperature.
  • the volume variation of the package is schematically represented by the variation in height 3 of the package.
  • the variation in volume can be related to a variation in height, a variation in diameter or a change in geometry. In all cases, the volume variation is created by the retraction of the walls of the package. Some parts of the packaging are not retracted as the neck 4 for example which seals with the cap.
  • Figure 2 also shows the volume of product 9 inside the package; said volume having decreased due to the contraction of the product 9 during cooling to room temperature.
  • the shrinkage of the walls of the package after hermetic closure at least partially compensates for the contraction of the product during cooling. It is often advantageous to shrink the package sufficiently to generate a relative pressure inside the package greater than or equal to zero when the product is at room temperature. Thus, the use of packaging with compensation panels is no longer necessary.
  • FIGS 3 to 8 illustrate the filling of PET packaging, and describe each step of the process.
  • Figure 3 shows a PET package 1 comprising a neck 4, side walls 5 and a bottom 6.
  • This packaging has a strong molecular orientation at its walls, so that said walls shrink at high temperature.
  • said high temperature which corresponds to the temperature at which the molecular mobility becomes sufficient to allow retraction, is greater than 60 ° C.
  • hot fill temperatures are at least 85 ° C to ensure sufficient storage properties. At these temperatures the walls of the PET packaging retract strongly and quickly.
  • Figure 4 shows the filling of a product 9 at high temperature in the package 1 which shrinks at said high temperature.
  • the cooling of the outer walls of the package 1 is necessary in order to avoid shrinkage of the package during said filling.
  • Means 7 cool the outer wall of the package at the neck 4, the side walls 5 and the bottom 6.
  • partial cooling of the walls of the package is sufficient.
  • the cooling of the outer wall of the bottle can be done with a low temperature fluid projected onto the package.
  • the filling is done quickly to avoid the shrinkage of the packaging under the effect of temperature.
  • the package 1 is not completely filled with the product 9 in order to leave a sufficient volume of gas in the headspace.
  • This gas is generally air, however it may be advantageous in some cases to use specific gases such as nitrogen or carbon dioxide.
  • the addition of specific gases in the headspace is usually done immediately after filling and before sealing the package.
  • FIG. 5 illustrates the hermetic closure of the package 1 after filling the product 9 at high temperature.
  • the filling level 11 at the time of hermetic sealing defines the filling ratio, that is to say the relative proportions of the product 9 and the gas 10 in the package.
  • the degree of filling plays an important role in the invention because it defines the residual pressure in the package after cooling. This aspect will be better understood after the complete description of the different steps of the process.
  • the closing operation consists in the application of a cap 8 on the neck 4 to seal the package 1.
  • the relative pressure inside the package is zero. Cooling means 7 avoid the rise in too high temperature of the packaging and its retraction.
  • the closing step illustrated in FIG. 5 is carried out rapidly according to the known methods. For example, the closure can be made by corking or welding.
  • Figure 6 illustrates the key step of the packaging process in which the package retracts in a controlled manner.
  • the walls of the package shrink under the effect of temperature and create a decrease in the volume of said package. It follows a rise in pressure in the package which is hermetically sealed. This rapid increase in pressure has the effect of compressing the volume of gas inside the package.
  • the retraction step of the package illustrated in FIG. 6 is initiated when the product is still hot enough to create the retraction.
  • the shrinkage is done immediately after closing when the product is still at high temperature.
  • a retraction temperature that is too high results in unwanted deformations of the package.
  • the shrinkage is initiated at a high enough temperature to generate a pressure inside the package, and low enough to avoid unwanted deformations of said package.
  • this temperature is generally between 65 ° C and 100 ° C; however, a shrink temperature of between 75 ° and 90 ° C is advantageous.
  • the retraction of the package is usually weak and hardly visible to the naked eye.
  • the shrinkage depends on the package, the fill rate, the temperature and the shrink time.
  • the rate of shrinkage has a direct influence on the residual pressure, that is to say on the relative pressure in the package after cooling.
  • a liquid product filled to High temperature shrinks by about 2% to 5% when cooling.
  • water cooling from 85 ° C to 20 ° C decreases its volume by about 3%.
  • the decrease in volume depends on the temperature variation as well as the properties of the product.
  • shrinkage of the package equal to the change in volume of the product leads to zero residual pressure.
  • the residual pressure When the retraction of the package is greater than the change in volume of the product, the residual pressure is positive; and conversely, when the retraction of the package is smaller than the change in volume of the product, the residual pressure is negative.
  • the temperature of the gas during the hermetic closure of the packaging can influence the residual pressure. It is advantageous to trap a low temperature gas at the time of hermetic sealing of the package.
  • the geometry of the package has a direct influence on the volume shrinkage of said package. It has been observed that a small volume, thick package is favorable for generating high shrinkage pressure.
  • the conditions of manufacture of said packaging also have a great influence on the shrinkage.
  • a low bi-axial stretching temperature makes it possible to obtain packages which shrink strongly under the effect of temperature.
  • a high biaxial stretching temperature makes it possible to obtain lower shrinkage forces.
  • the stretching temperature optimizes the strength and speed of shrinkage of the package.
  • the degree of filling defined by the ratio of the volume of product to the volume of the package at the time of sealing, has an influence on the retraction of the package.
  • the filling ratio is chosen between 85% and 98%, and preferably between 90% and 96%.
  • Figure 6 illustrates the retraction mechanism. Under the effect of the high temperature of the product 9, the package retracts and compresses the volume of gas 10 located in the headspace. The compression of the gas is visualized by the change of the level of filling 1 1.
  • the speed of retraction of the package is generally quite fast and depends on the temperature of retraction. Preferably the retraction time is less than 5 minutes and preferably less than 3 minutes. Retraction is initiated when the product is still at high temperature.
  • Figure 7 shows the step of cooling the package and its contents to room temperature.
  • Means 7 cool the outer wall of the package.
  • water is sprayed on the package to cool it, or the package can be immersed in a cold water bath.
  • this temperature is about 60 ° C. From this temperature, the packaging can be cooled more slowly by natural convection with the ambient air.
  • Figure 8 shows the package after cooling to room temperature.
  • the cooled package is distinguished from the pre-filled package shown in Figure 3; said volume of the package having decreased because of its retraction during packaging.
  • the relative pressure inside the package is greater than or equal to zero.
  • the packaging does not include compensation panels; said panels being useless since the pressure inside the package is positive or zero.
  • the degree of crystallization of the side walls of the package is less than 30% and usually between 15 and 25%.
  • the package is always shown with the neck 4 upwards. It is common to spill the package after sealing it to sterile the entire inner surface of the package.
  • the overthrow of the package allows the sterilization of the inner surface of the neck 4 and the plug 8; said inner surface being in contact with the product at high temperature during overturning.
  • the sterilization of the packaging thanks to the high temperature of the product makes it possible to kill the germs that may remain on the inner wall of the packaging and ensures optimal preservation of the product.
  • the sterilization of the package is advantageously carried out together with the retraction of the package.
  • the invention makes it possible to fill high-temperature packagings with great precision and reproducibility. Reproducibility requires the use of packaging produced identically. For PET packaging made by blowing a preform, it is important for example to control the blowing temperature which has a great influence on the shrinkage properties. When packaging the product, it is important to proceed in the same way with all bottles. The control of the manufacturing process of the packaging and their filling ensures a production of great stability.
  • the invention makes it possible to fill PET packages at 100 ° C. without heat-setting.
  • Packaging a product at 100 ° C may require optimized cooling means during the steps of filling and sealing the package.
  • the package can be filled and retracted at 100 ° C; or the package can be filled at 100 ° C and retracted at a lower temperature, such as 85 ° C.
  • packaging When the packaging is made at a particularly high temperature, it may be advantageous to use packaging which only some parts have undergone a heat treatment. It is advantageous, for example, to use a PET packaging where only the neck is crystallized in order to avoid shrinkage. this part of the package.
  • a particularly advantageous bottle has a neck whose crystallization rate is greater than that of the side walls.
  • the bottom of the package is designed to withstand both the temperature and the pressure in the bottle during shrinkage.
  • a bottom of petaloid type even if its crystallization rate is low, has proved particularly suitable.
  • a strongly stretched bottom whose geometry is close to that obtained in free blow (bubble geometry) also has good aptitude for the filling process.
  • preferred retraction zones can be created during manufacture of said package by generating a stronger molecular orientation in said retraction zones.
  • preferred shrink zones can be created by varying the draw ratio and the draw temperature. A low blow-up temperature or a high draw ratio makes it possible to increase the shrinkage.
  • Figure 9 illustrates another method for having preferred retraction zones. This method consists of blocking the retraction of certain parts of the package during the retraction step. Means 7 cool the lower part of the package and thus avoid the retraction of this part of the package. The top of the uncooled package retracts.
  • the first embodiment of the invention is particularly suitable for filling at high temperature bi-oriented PET packaging such as bottles.
  • the invention makes it possible to dispense with the use of bottles having undergone a heat-fixing treatment. It allows the use of bottles without compensation panels as well as filling at temperatures as high as 100 ° C.
  • the invention also allows the use of thin-walled bottles, said thin wall being less than 0.3 mm.
  • the invention makes it possible to obtain bottles with slight residual internal pressure; said pressure being generated by shrinkage of the package during the hot filling process.
  • the invention can be used for high temperature filling of a wide variety of packages that shrink at said high temperature.
  • Packaging made from films can be used.
  • Figures 10 and 11 show the conditioning of a high temperature liquid in a package made from a film.
  • FIG 10 illustrates the hermetic sealing step of the package.
  • the package 1 comprises a tubular body 5 connected to a neck 4 and a bottom 6; said tubular body 5 being made from a film which shrinks under the effect of said high temperature.
  • the film having one or more layers has a molecular orientation sufficiently large to generate the shrinkage properties.
  • Said film has not been heat-fixed which suppresses the shrinkage properties.
  • the connection between the film 5 and the ends 4 and 6 can be made by welding.
  • Said ends 4 and 6 generally have a greater thickness than the tubular body 5 and can be made by molding. According to a preferred embodiment, the ends 4 and 5 respectively forming the neck and the bottom of the package do not shrink under the effect of said high temperature.
  • the package 1 is filled with a product at high temperature 9 and sealed with a cap 8.
  • a volume of gas 10 is trapped at the head space during sealing.
  • the outer wall of said package is not necessarily cooled during hot filling and sealing. Cooling may be necessary to limit or prevent retraction of the package prior to sealing.
  • Figure 11 illustrates the package 1 retracted after cooling to room temperature of the package and its contents. Only the tubular body 5 has shrunk under the effect of high temperatures. After cooling, the residual relative pressure in the package 1 is positive or zero. A slight overpressure in the package is favorable to improve the handling of said package and its resistance to vertical compression.
  • the retraction of the packaging may not be sufficient to compensate for the variation in the volume of the product contained in the package. This is particularly the case for large volume bottles for which the volume of trapped gas is small relative to the volume of the product; this is also the case for very thin-walled bottles which generate low shrinkage forces; and this is the case finally bottles having a high filling rate to minimize the amount of oxygen trapped in the bottle.
  • a first variant consists in heating the packaging at least partially immediately after filling and sealing.
  • the heating has the effect of increasing the retraction of the package and compressing the gas included in the headspace. During cooling the gas under pressure relaxes.
  • the package is heated while the package and its contents have already begun to cool.
  • the package is heated when the average temperature of the walls is close to the glass transition.
  • the package is heated when the cooling is completed.
  • the heating retracts the walls of the package and creates a positive or zero relative pressure inside the package.
  • the heating of the packaging is preferably at the side walls. It may be advantageous to heat the walls of the package locally at a previously defined zone called the retraction zone. Heating is advantageously fast and at high temperature to limit the heating of the product contained in the package. Heating by blowing hot air is advantageous.
  • the bottle is generally retracted homogeneously about the axis of symmetry. The rotation of the bottle around the axis of symmetry during the passage of the bottle in the furnace provides a homogeneous shrinkage. Another method is to use infrared lamps to create the shrinkage of the walls of the package.
  • Figures 12 and 13 illustrate the second embodiment of the method of using the retraction properties to pressurize a filled package to a temperature below the retraction temperature. Pressurizing the packaging after filling is particularly useful when said packaging has walls of thin thickness.
  • the conventional method for generating this pressure is to add after filling a gas such as nitrogen in the headspace.
  • the change of state of the gas generates a slight overpressure which improves the strength of the package and facilitates its use.
  • the invention makes it possible to generate this excess pressure without the addition of a specific gas in the headspace.
  • Figure 12 shows the package 1 filled with a product 9 at low temperature, said low temperature being lower than the retraction temperature of the package.
  • a cap 4 seals the package 1.
  • a volume of air 10 is enclosed in the package and is located at a retractable area of the package. Means 12 heat at least said retractable zone to slightly reduce the volume of said package and slightly compress the volume of air 10.
  • Figure 13 illustrates the retracted package.
  • the decrease in height 3 serves to illustrate the variation in volume of said package.
  • the volume of air in the package has decreased, indicating that the air is slightly compressed.
  • the invention is particularly advantageous for pressurizing PET packaging such as bottles.
  • the invention of using the retraction properties of the package during packaging requires a package design that takes into account shrinkage of the package during packaging.
  • the packaging must be designed so that the final volume corresponds to the desired volume.
  • the shrinkage of the package is between 1% and 20%, and preferably this shrinkage is between 3 and 15%.
  • the bottle has a weight of 24 grams, and its bottom is petaloid. Its initial volume is 543.2 ml. After filling at 90 ° C according to the procedure below, its volume becomes 508.7 ml. The bottle shrank by 6.35% during filling. After cooling, the relative pressure inside the bottle is slightly positive.
  • the bottle is filled according to the following procedure.
  • the bottle has a weight of 37.4 grams, and its bottom is petaloid. Its initial volume is 1064.2 ml. After filling at 88 ° C according to the procedure below, its volume becomes 1012.1 ml. The bottle was retracted 4.9% during filling. After cooling, the relative pressure inside the bottle is slightly positive.
  • the bottle is filled according to the following procedure.
  • the bottle has a weight of 24 grams, and its bottom is petaloid. Its initial volume is 543.2 ml. After filling at 95 ° C according to the procedure below, its volume becomes 489.5 ml. The bottle was retracted 9.89% during filling. After cooling, the relative pressure inside the bottle is slightly positive.
  • the bottle is filled according to the following procedure.
  • the bottle has a weight of 46 grams, and its bottom is petaloid. Its initial volume is 1556 ml. After filling at 88 ° C according to the procedure below, its volume becomes 1503.8 ml. The bottle has shrunk by 3.4% during filling. After cooling, the relative pressure inside the bottle is slightly positive.
  • the bottle is filled according to the following procedure.
  • the bottle has a weight of 46 grams, and its bottom is petaloid. Its initial volume is 1556 ml. After filling at 98 ° C according to the procedure below, its volume becomes 1455 ml. The bottle has shrunk by 6.5% during filling. After cooling, the relative pressure inside the bottle is slightly positive.
  • the bottle is filled according to the following procedure.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de conditionnement d'un liquide dans un récipient plastique (1 ) ayant une forte orientation moléculaire; procédé comprenant les étapes suivantes : - remplissage du récipient (1 ) avec un liquide à haute température, - refroidissement des parois (5) du récipient (1 ) pendant l'étape de remplissage, - fermeture du récipient (1 ) de façon étanche, - refroidissement des parois (5) du récipient (1 ) pendant l'étape de fermeture, - rétraction passive du récipient (1 ) consécutivement à ladite étape de fermeture, - refroidissement des parois (5) du récipient (1 ) consécutivement à l'étape de rétraction. L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé et un récipient ainsi obtenu.

Description

Procédé de remplissage d'un emballage rétractable
Domaine de l'invention
L'invention se rapporte à un procédé de conditionnement d'un produit liquide dans un emballage rétractable. L'invention décrit le conditionnement d'un produit à haute température dans un récipient plastique qui se rétracte sous l'effet de ladite haute température. Le procédé s'applique notamment au conditionnement d'un produit à plus de 60 °C dans une bouteille en PET n'ayant pas subi de thermo- fixation.
Etat de la technique
Les bouteilles en polyéthylène téréphtalate (PET) sont utilisées dans de nombreux domaines du fait leurs excellentes propriétés : résistance, légèreté, transparence, organoleptique. Ces bouteilles sont fabriquées à grande cadence par étirage bi-axial d'une préforme dans un moule.
Cependant, bien que ces bouteilles offrent de nombreux avantages, elles présentent l'inconvénient de se déformer lorsque leur température est supérieure à 60°C. Le conditionnement d'un produit à haute température (85°C) dans ces bouteilles engendre des déformations telles que lesdites bouteilles deviennent impropres à la consommation. Plusieurs procédés sont décrits dans l'art antérieur afin de remédier à l'inconvénient précité et permettre le remplissage à chaud de bouteilles PET.
La thermo-fixation est considérée comme étant le procédé la plus efficace pour améliorer la résistance à la chaleur des bouteilles bi-orientées en PET. Le principe de ce procédé, largement répandu sur le marché, consiste à faire subir un traitement thermique aux parois de la bouteille afin d'augmenter la cristallisation et améliorer ainsi la stabilité moléculaire à haute température. Ce principe peut être décliné en plusieurs procédés et dispositifs de thermo-fixation décrits dans l'art antérieur. Un avantage important des procédés de thermo- fixation est de ne pas modifier les procédés de conditionnement, la thermofixation de la bouteille étant réalisée lors de la fabrication de ladite bouteille.
Cependant, les bouteilles ayant subis un traitement thermique afin de permettre le conditionnement d'un liquide à haute température, présentent plusieurs inconvénients.
Un premier inconvénient réside dans le fait que seuls des grades spécifiques de polyéthylène téréphtalate peuvent être utilisés. Ces grades sont plus difficile à produire et génèrent un surcoût de l'emballage.
Un deuxième inconvénient est lié à la diminution de la cadence de production des bouteilles parce que le procédé de thermo-fixation ralentit le cycle de soufflage.
Un troisième inconvénient est lié au poids de ces bouteilles. Lorsqu'une bouteille est remplie avec un liquide chaud, il en résulte après refroidissement une pression négative à l'intérieur de la bouteille ; ladite pression négative ayant pour effet de déformer aléatoirement les parois de la bouteille. Le procédé le plus répandu pour faire face à la pression négative dans la bouteille est l'ajout de panneaux de compensation qui permettent de déformer de façon contrôlée la bouteille. Cependant, les bouteilles présentant des panneaux de compensation sont plus rigides et donc plus lourdes. Il en résulte un excédent de matière qui n'est pas strictement nécessaire à la bonne conservation du produit. De plus, les panneaux de compensation nuisent à l'esthétisme de l'emballage, ce qui le rend moins attractif pour le consommateur.
Les demandes de brevet WO2004106175 et WO2005002982 proposent une conception du fond de la bouteille qui peut se déformer et évite l'utilisation de panneaux latéraux de compensation.
La demande de brevet FR2432991 propose un procédé de remplissage d'une bouteille en PET qui évite l'utilisation de bouteilles ayant subies une thermofixation. Ce procédé consiste à refroidir les parois extérieures de la bouteille afin d'éviter toute déformation de la bouteille pendant le cycle de conditionnement. Selon ce procédé, le refroidissement des parois extérieures de la bouteille peut être interrompu lorsque qu'il n'est plus indispensable pour éviter la déformation de ladite bouteille. Ce procédé permet d'éviter les déformations de la bouteille pendant le remplissage. Cependant, ce procédé ne permet pas de supprimer les panneaux de compensation pour faire face à la pression négative dans la bouteille après refroidissement.
Le brevet US5251424 propose également un procédé de conditionnement d'une bouteille en PET qui évite l'utilisation de bouteilles ayant subies une thermo- fixation. Ce procédé consiste à remplir la bouteille avec un liquide à haute température, et ajouter une dose d'azote liquide avant fermeture. La vaporisation de l'azote génère une pression dans la bouteille qui évite sa rétraction. De plus, ce procédé permet d'éviter les panneaux de compensation latéraux, car l'azote maintient une pression suffisante dans la bouteille pour compenser la variation de volume du liquide. Théoriquement, le procédé décrit dans le brevet US5251424 devrait permettre l'utilisation de bouteilles en PET conventionnelles ainsi qu'une réduction des coûts. Cependant, en pratique ce procédé est très difficile à mettre en oeuvre. La surpression générée tout de suite après fermeture de la bouteille dont les parois sont à haute température engendre une déformation immédiate et non souhaitée de l'emballage.
Pour remédier aux inconvénients du brevet US5251424, le brevet US6502369 propose un procédé similaire, mais avec un remplissage de la bouteille dans la cavité d'un moule. Ce procédé consiste à introduire la bouteille dans la cavité d'un moule, à remplir la bouteille avec un liquide à haute température, et ajouter une dose d'azote liquide avant fermeture. La vaporisation de l'azote met en pression la paroi de l'emballage contre la paroi d'un moule refroidi. Ce procédé permet l'obtention de bouteilles conventionnelles remplies à haute température, cependant la complexité de la machine de conditionnement qui consiste à remplir chaque bouteille dans la cavité d'un moule rend ce procédé difficile d'utilisation. Les procédés proposés dans l'art antérieur ont tous un point commun qui consiste à éviter la rétraction de l'emballage sous l'effet de la température. Le volume de l'emballage est donc inchangé avant et après conditionnement.
Exposé général de l'invention
Contrairement aux procédés proposés dans l'art antérieur, le principe de l'invention consiste à exploiter les propriétés de rétraction de l'emballage pendant la phase de conditionnement et conduit par conséquence à une variation du volume dudit emballage. Le volume de l'emballage rempli selon l'invention est plus petit après conditionnement.
Le procédé selon l'invention consiste à utiliser de façon contrôlée les propriétés de rétraction des emballages lorsqu'ils sont remplis à haute température (généralement 85 °C pour des bouteilles en PET). Ce procédé est avantageux car il permet d'une part d'utiliser des emballages n'ayant pas subi de traitement thermique préalable et il permet d'éviter ou limiter la création d'une pression relative négative dans l'emballage après refroidissement.
L'invention a pour objet notamment un procédé tel que défini dans les revendications.
Elle concerne également un dispositif et un récipient tels que définis dans les revendications.
Le procédé décrit dans l'invention permet de remplir des emballages qui se rétractent lorsqu'ils sont soumis à la température élevée de conditionnement du produit. Ces emballages plastiques présentent une orientation moléculaire qui se rétracte à ladite haute température. L'invention s'applique notamment au remplissage de récipients en PET biorientés tels que des bouteilles. L'invention s'applique également au remplissage à haute température d'emballages plastiques confectionnés à partir de films, lesdits films se rétractant sous l'effet de ladite haute température. Le procédé selon l'invention permet également de générer une pression relative positive à l'intérieur d'un emballage rétractable. L'invention consiste à rétracter un emballage rempli et fermé hermétiquement en chauffant la paroi dudit emballage. Le procédé selon l'invention permet d'améliorer la prise en main et la résistance à la compression verticale d'emballages à parois fines.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures suivantes :
Les figures 1 à 11 décrivent un premier mode de réalisation de l'invention.
Les figures 1 et 2 décrivent le concept général du premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 1 montre l'emballage immédiatement après remplissage et bouchonnage, le produit à l'intérieur de l'emballage étant à haute température.
La figure 2 montre l'emballage en fin de procédé de conditionnement du produit. Le volume de l'emballage est plus faible du fait de la rétraction de l'emballage.
Les figures 3 à 8 présentent les différentes étapes du procédé.
La figure 3 montre un emballage avant remplissage.
La figure 4 illustre le remplissage du produit à haute température dans l'emballage.
La figure 5 montre la fermeture de l'emballage de façon étanche.
La figure 6 illustre la rétraction de l'emballage, le produit étant à haute température. La pression à l'intérieur de l'emballage comprime le volume de gaz au niveau de l'espace de tête. La figure 7 montre le refroidissement de l'emballage et le retour à température ambiante du produit.
La figure 8 montre l'emballage refroidi à température ambiante. La détente du volume de gaz au niveau de l'espace de tête compense la contraction thermique du produit.
La figure 9 illustre un refroidissement local de l'emballage au cours du procédé de conditionnement.
Les figures 10 et 1 1 illustrent le remplissage à chaud d'un emballage confectionné à partir d'un film qui se rétracte à ladite haute température.
La figure 10 montre l'emballage juste après remplissage du produit à haute température et fermeture hermétique.
La figure 1 1 illustre la géométrie de l'emballage rétracté.
Les figures 12 et 13 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention qui consiste à générer une surpression dans un emballage rétractable à haute température et rempli à basse température.
La figure 12 illustre le chauffage permettant de créer une rétraction locale des parois de l'emballage et générer ainsi une pression dans l'emballage.
La figure 13 montre que le volume de l'emballage après rétraction est plus faible que le volume initial. Exposé détaillé de l'invention
L'invention consiste à utiliser les propriétés de rétraction d'un emballage lorsqu'il est chauffé à haute température. Dans l'exposé de l'invention, le terme « haute température » définit une température permettant d'initier la rétraction de l'emballage ; et par opposition le terme « basse température » définit une température inférieure à la température de rétraction.
Les propriétés de rétraction d'un emballage dépendent fortement des procédés de fabrication et plus précisément de l'orientation moléculaire induite lors de ladite fabrication. Par exemple, un emballage tel qu'une bouteille en PET fabriquée par bi étirage d'une préforme dans un moule, se rétracte fortement lorsqu'il est chauffé à haute température. D'autres emballages, tels que les emballages confectionnés à partir de film peuvent également présenter des propriétés de rétraction similaires.
Le premier mode de réalisation de l'invention consiste à utiliser la rétraction de l'emballage lors du conditionnement d'un produit à haute température, ledit produit ayant pour effet de chauffer les parois de l'emballage et générer la rétraction. Le point clé de l'invention consiste à utiliser de façon contrôlée la rétraction de l'emballage pour limiter les déformations et remédier au moins partiellement à la pression relative négative qui apparaît habituellement dans l'emballage après refroidissement.
Le principe général de l'invention est présenté à partir des figures 1 et 2.
La figure 1 montre la géométrie initiale de l'emballage 1 comprenant un goulot 4, un corps cylindrique 5, et un fond 6. L'emballage présente une forte rétraction de ses parois lorsqu'il est chauffé à haute température. La figure 1 montre l'emballage 1 rempli d'un produit à haute température 9, et fermé hermétiquement avec un bouchon 8. L'emballage est rempli également de gaz 10 au niveau de l'espace de tête, ledit gaz pouvant être de l'air. Le niveau de remplissage 11 définissant le volume relatif de produit à haute température et de gaz à l'intérieur de l'emballage au moment de sa fermeture, est défini de façon précise. Avant fermeture hermétique de l'emballage, il est généralement préférable d'éviter la rétraction dudit emballage. C'est pourquoi lorsque la rétraction de l'emballage est rapide, il peut être avantageux de mettre en œuvre des moyens pour bloquer la rétraction avant ladite fermeture hermétique. La figure 2 montre l'emballage 1 et son contenu après refroidissement à température ambiante. L'emballage s'est rétracté lors du conditionnement du produit à haute température. La variation de volume de l'emballage est représentée schématiquement par la variation de hauteur 3 de l'emballage. La variation de volume peut être liée à une variation de hauteur, à une variation de diamètre ou à un changement de géométrie. Dans tous les cas, la variation de volume est crée par la rétraction des parois de l'emballage. Certaines parties de l'emballage ne sont pas rétractées comme le goulot 4 par exemple qui assure l'étanchéité avec le bouchon. La figure 2 montre également le volume de produit 9 à l'intérieur de l'emballage ; ledit volume ayant diminué du fait de la contraction du produit 9 lors du refroidissement à température ambiante. Selon l'invention, la rétraction des parois de l'emballage après fermeture hermétique permet de compenser au moins partiellement la contraction du produit lors du refroidissement. Il est souvent avantageux de rétracter suffisamment l'emballage pour générer une pression relative à l'intérieur de l'emballage supérieure ou égale à zéro lorsque le produit est à température ambiante. Ainsi, l'utilisation d'emballages avec des panneaux de compensation n'est plus nécessaire.
Les figures 3 à 8 illustrent le remplissage d'emballages en PET, et décrivent chaque étape du procédé.
La figure 3 représente un emballage en PET 1 comprenant un goulot 4, des parois latérales 5 et un fond 6. Cet emballage présente une forte orientation moléculaire au niveau de ses parois, de sorte que lesdites parois se rétractent à haute température. Dans le cas d'un emballage en PET réalisé par étirage bi- axial, ladite haute température, qui correspond à la température à laquelle la mobilité moléculaire devient suffisante pour permettre la rétraction, est supérieure à 60 °C. Généralement, les températures de remplissage à chaud sont au moins de 85 °C afin de garantir des propriétés de conservation suffisantes. A ces températures les parois de l'emballage en PET se rétractent fortement et rapidement.
La figure 4 représente le remplissage d'un produit 9 à haute température dans l'emballage 1 qui se rétracte à ladite haute température. En général, le refroidissement des parois extérieures de l'emballage 1 est nécessaire afin d'éviter la rétraction de l'emballage pendant ledit remplissage. Des moyens 7 refroidissent la paroi extérieure de l'emballage au niveau du goulot 4, des parois latérales 5 et du fond 6. Dans certains cas, un refroidissement partiel des parois de l'emballage est suffisant. A titre d'exemple, le refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille peut être fait avec un fluide à basse température projeté sur l'emballage. Le remplissage est fait rapidement afin d'éviter la rétraction de l'emballage sous l'effet de la température. L'emballage 1 n'est pas rempli complètement du produit 9 afin de laisser un volume de gaz suffisant dans l'espace de tête. Ce gaz est généralement de l'air, cependant il peut être avantageux dans certains cas d'utiliser des gaz spécifiques comme de l'azote ou du gaz carbonique. L'ajout de gaz spécifiques dans l'espace de tête se fait habituellement tout de suite après le remplissage et avant la fermeture hermétique de l'emballage.
La figure 5 illustre la fermeture hermétique de l'emballage 1 après remplissage du produit 9 à haute température. Le niveau de remplissage 11 au moment de la fermeture hermétique définit le taux de remplissage, c'est à dire les proportions relatives du produit 9 et du gaz 10 dans l'emballage. Le taux de remplissage joue un rôle important dans l'invention car il définit la pression résiduelle dans l'emballage après refroidissement. Cet aspect sera mieux compris après l'exposé complet des différentes étapes du procédé. Lors de l'étape de fermeture hermétique de l'emballage illustré figure 5, il est souvent préférable de continuer à refroidir la paroi extérieure de l'emballage. L'opération de fermeture consiste en l'application d'un bouchon 8 sur le goulot 4 afin de fermer hermétiquement l'emballage 1. Au moment de la fermeture, la pression relative à l'intérieure de l'emballage est nulle. Des moyens de refroidissement 7 évitent la montée en température trop élevée de l'emballage et sa rétraction. L'étape de fermeture illustrée figure 5 est réalisée rapidement selon les méthodes connues. A titre d'exemple, la fermeture peut être faite par bouchonnage ou par soudage.
La figure 6 illustre l'étape clé du procédé de conditionnement selon laquelle, l'emballage se rétracte de façon contrôlée. Dans cette étape, les parois de l'emballage se rétractent sous l'effet de la température et créent une diminution du volume dudit emballage. Il s'en suit une montée en pression dans l'emballage qui est fermé hermétiquement. Cette montée en pression rapide a pour effet de comprimer le volume de gaz à l'intérieur de l'emballage.
L'étape de rétraction de l'emballage illustré figure 6 est initiée lorsque le produit est encore suffisamment chaud pour créer la rétraction. Généralement, la rétraction se fait immédiatement après fermeture lorsque le produit est encore à haute température. Quand la température du produit est trop élevée, il est souhaitable de refroidir le produit et l'emballage jusqu'à une température de rétraction adaptée. En effet, une température de rétraction trop élevée engendre des déformations non souhaitées de l'emballage. Par exemple, lors du remplissage à 100°C d'un emballage en PET, il peut être avantageux d'effectuer la rétraction à 80°C. Il est donc nécessaire de refroidir le produit et l'emballage jusqu'à 80°C avant d'opérer la rétraction.
La rétraction est initiée à une température suffisante haute pour générer une pression à l'intérieur de l'emballage, et suffisamment basse pour éviter des déformations non souhaitées dudit emballage. Pour des emballages en PET, cette température est généralement comprise entre 65 °C et 100°C ; cependant une température de rétraction comprise entre 75° et 90 °C est avantageuse.
La rétraction de l'emballage est habituellement faible et difficilement visible à l'œil nu. La rétraction dépend de l'emballage, du taux de remplissage, de la température et du temps de rétraction. Le taux de rétraction a une influence directe sur la pression résiduelle, c'est à dire sur la pression relative dans l'emballage après refroidissement. Généralement, un produit liquide rempli à haute température se contracte d'environ 2% à 5% en se refroidissant. Par exemple, l'eau en se refroidissant de 85°C à 20°C voit son volume diminuer d'environ 3%. La diminution de volume dépend de la variation de température ainsi que des propriétés du produit. Théoriquement, une rétraction de l'emballage égale à la variation de volume du produit conduit à une pression résiduelle nulle. Lorsque la rétraction de l'emballage est plus grande que la variation de volume du produit, la pression résiduelle est positive ; et inversement lorsque la rétraction de l'emballage est plus faible que la variation de volume du produit, la pression résiduelle est négative. En pratique, la température du gaz lors de la fermeture hermétique de l'emballage peut influer la pression résiduelle. Il est avantageux d'emprisonner un gaz à basse température au moment de la fermeture hermétique de l'emballage.
La géométrie de l'emballage a une influence directe sur la rétraction de volume dudit emballage. Il a été observé qu'un emballage de petit volume et forte épaisseur était favorable pour générer une pression de rétraction élevée.
Les conditions de fabrications dudit emballage ont également une grande influence sur la rétraction. Pour des emballages en PET, il a été observé qu'une température d'étirage bi-axial basse permet d'obtenir des emballages qui se rétractent fortement sous l'effet de la température. Inversement une température d'étirage bi-axial élevée permet d'obtenir des forces de rétraction plus faibles. La température d'étirage permet d'optimiser la force et la vitesse de rétraction de l'emballage.
Le taux de remplissage, défini par le rapport du volume de produit sur le volume de l'emballage au moment de la fermeture hermétique, a une influence sur la rétraction de l'emballage. Lorsque le taux de remplissage est trop élevé, l'emballage se rétracte peu et il s'ensuit une pression résiduelle négative dans l'emballage. Inversement, lorsque le taux de remplissage est trop faible, l'emballage se rétracte fortement et il s'ensuit des déformations non souhaitées dudit emballage. Le taux de remplissage doit être ajusté en fonction de la pression résiduelle souhaitée. Habituellement le taux de remplissage est choisi entre 85% et 98%, et préférentiellement entre 90% et 96%.
La figure 6 illustre le mécanisme de rétraction. Sous l'effet de la haute température du produit 9, l'emballage de rétracte et comprime le volume de gaz 10 situé dans l'espace de tête. La compression du gaz est visualisée par le changement du niveau de remplissage 1 1. La vitesse de rétraction de l'emballage est généralement assez rapide et dépend de la température de rétraction. De préférence le temps de rétraction est inférieur à 5 minutes et préférentiellement inférieur à 3 minutes. La rétraction est initiée quand le produit est encore à haute température.
La figure 7 montre l'étape de refroidissement de l'emballage et son contenu jusqu'à température ambiante. Des moyens 7 refroidissent la paroi extérieure de l'emballage. Par exemple, de l'eau est projetée sur l'emballage afin de le refroidir, ou bien l'emballage peut être plongé dans un bain d'eau froide. Il est souvent avantageux de refroidir rapidement l'emballage jusqu'à la température de stabilité moléculaire dudit emballage, c'est-à-dire la température à laquelle l'emballage ne se rétracte pas. Pour un emballage en PET étiré bi axialement cette température est environ de 60 °C. A partir de cette température, l'emballage peut être refroidit plus lentement par convection naturelle avec l'air ambiant.
La figure 8 montre l'emballage après refroidissement à température ambiante. L'emballage refroidi se distingue de l'emballage avant remplissage illustré figure 3 ; ledit volume de l'emballage ayant diminué du fait de sa rétraction au cours du conditionnement. Selon un mode préférentiel, la pression relative à l'intérieur de l'emballage est supérieure ou égale à zéro. Selon ce mode préférentiel, l'emballage ne comporte pas de panneaux de compensation ; lesdits panneaux étant inutiles puisque la pression à l'intérieur de l'emballage est positive ou nulle. Le taux de cristallisation des parois latérales de l'emballage est inférieur à 30% et habituellement compris entre 15 et 25%. Dans l'exposé de l'invention, l'emballage est toujours représenté avec le goulot 4 vers le haut. Il est courant de renverser l'emballage après la fermeture hermétique de ce dernier afin de rendre stérile toute la surface interne de l'emballage. Le renversement de l'emballage permet la stérilisation de la surface interne du goulot 4 et du bouchon 8 ; ladite surface interne étant mise en contact avec le produit à haute température pendant le renversement. La stérilisation de l'emballage grâce à la température élevée du produit permet de tuer les germes pouvant subsister sur la paroi interne de l'emballage et assure une préservation optimale du produit. La stérilisation de l'emballage est avantageusement réalisée conjointement à la rétraction de l'emballage.
L'invention permet de remplir des emballages à haute température avec une grande précision et reproductibilité. La reproductibilité nécessite l'utilisation d'emballages produits de façon identique. Pour des emballages en PET fabriqués par soufflage d'une préforme, il est important par exemple de contrôler la température de soufflage qui a une grande influence sur les propriétés de rétraction. Lors du conditionnement du produit, il est important de procéder de façon identique avec toutes les bouteilles. La maîtrise du procédé de fabrication des emballages et de leur remplissage permet d'assurer une production de grande stabilité.
L'invention permet de remplir à 100°C des emballages en PET sans thermofixation. Le conditionnement d'un produit à 100°C peut nécessiter des moyens de refroidissement optimisés pendant les étapes de remplissage et de fermeture hermétique de l'emballage. Selon l'invention, l'emballage peut être rempli et rétracté à 100°C ; ou l'emballage peut être rempli à 100°C et rétracté à une température inférieure, comme 85 °C par exemple.
Quand le conditionnement est fait à une température particulièrement élevée, il peut être avantageux d'utiliser des emballages dont seulement certaines parties ont subies un traitement thermique. Il est avantageux par exemple d'utiliser un emballage en PET dont seul le goulot est cristallisé afin d'éviter les rétraction de cette partie de l'emballage. Une bouteille particulièrement avantageuse présente un goulot dont le taux de cristallisation est supérieur à celui des parois latérales.
Le fond de l'emballage est conçu pour résister conjointement à la température et à la pression qui s'établit dans la bouteille pendant la rétraction. Un fond de type pétaloïde, même si son taux de cristallisation est faible, s'est avéré particulièrement adapté. Un fond fortement étiré dont la géométrie est proche de celle obtenue en soufflage libre (géométrie bulle) présente également une bonne aptitude au procédé de remplissage.
De façon plus générale, il peut être avantageux de créer des emballages ayant des zones de rétraction privilégiées. Ces zones de rétraction privilégiées peuvent être crées lors de la fabrication dudit emballage en générant une orientation moléculaire plus forte dans lesdites zones de rétraction. Pour les emballages en PET fabriqués par soufflage, des zones de rétractions privilégiées peuvent être créées en jouant sur le taux d'étirage et la température d'étirage. Une température de soufflage basse ou un taux d'étirage élevé permettent d'augmenter la rétraction.
La figure 9 illustre une autre méthode pour avoir des zones de rétraction privilégiées. Cette méthode consiste à bloquer la rétraction de certaines parties de l'emballage pendant l'étape de rétraction. Des moyens 7 refroidissent la partie inférieure de l'emballage et évitent ainsi la rétraction de cette partie de l'emballage. La partie supérieure de l'emballage non refroidie se rétracte.
Le premier mode de réalisation de l'invention est particulièrement adapté au remplissage à haute température d'emballages en PET bi orientés tels que des bouteilles. L'invention permet de s'affranchir de l'utilisation de bouteilles ayant subis un traitement de thermo-fixation. Elle permet l'utilisation de bouteilles sans panneaux de compensation ainsi que le remplissage à des températures aussi élevées que 100°C. L'invention permet aussi l'utilisation de bouteilles à paroi fine, ladite paroi fine étant inférieure à 0,3 mm. Finalement l'invention permet d'obtenir des bouteilles avec une légère pression interne résiduelle; ladite pression étant générée par la rétraction de l'emballage lors du procédé de remplissage à chaud.
L'invention peut être utilisée pour le remplissage à haute température d'une grande variété d'emballages qui se rétractent à ladite haute température. Des emballages fabriqués à partir de films peuvent être utilisés. Les figures 10 et 1 1 montrent le conditionnement d'un liquide à haute température dans un emballage confectionné à partir d'un film.
La figure 10 illustre l'étape de fermeture hermétique de l'emballage. L'emballage 1 comporte un corps tubulaire 5 lié à un goulot 4 et un fond 6 ; ledit corps tubulaire 5 étant confectionné à partir d'un film qui se rétracte sous l'effet de ladite haute température. Ledit film comportant une ou plusieurs couches présente une orientation moléculaire suffisamment importante pour générer les propriétés de rétraction. Ledit film n'a pas subi de thermo-fixation qui supprime les propriétés de rétraction. La liaison entre le film 5 et les extrémités 4 et 6 peut être faite par soudage. Lesdites extrémités 4 et 6 ont généralement une épaisseur plus importante que le corps tubulaire 5 et peuvent être fabriquées par moulage. Selon un mode de réalisation préférentiel, les extrémités 4 et 5 formant respectivement le goulot et le fond de l'emballage, ne se rétractent pas sous l'effet de ladite haute température. L'emballage 1 est rempli d'un produit à haute température 9 et fermé hermétiquement avec un bouchon 8. Un volume de gaz 10 est emprisonné au niveau de l'espace de tête lors de la fermeture hermétique. Comme l'illustre la figure 10, la paroi extérieure dudit emballage n'est pas obligatoirement refroidie pendant le remplissage à chaud et la fermeture hermétique. Le refroidissement peut être nécessaire pour limiter ou éviter la rétraction de l'emballage avant la fermeture hermétique.
La figure 1 1 illustre l'emballage 1 rétracté après refroidissement à température ambiante de l'emballage et son contenu. Seul, le corps tubulaire 5 s'est rétracté sous l'effet des hautes températures. Après refroidissement, la pression relative résiduelle dans l'emballage 1 est positive ou nulle. Une légère surpression dans l'emballage est favorable pour améliorer la tenue en main dudit emballage et sa résistance à la compression verticale.
Il arrive cependant que la rétraction de l'emballage ne soit pas suffisante pour compenser la variation de volume du produit contenu dans l'emballage. C'est le cas notamment des bouteilles de grand volume pour lesquelles le volume de gaz emprisonné est faible par rapport au volume du produit ; c'est le cas aussi des bouteilles à parois très fines qui engendrent de faibles forces de rétraction ; et c'est le cas enfin des bouteilles ayant un taux de remplissage élevé afin de minimiser la quantité d'oxygène emprisonnée dans la bouteille. Afin d'éviter que s'établisse une pression négative dans la bouteille suite au conditionnement, il est proposé d'ajouter une étape de chauffage de la bouteille par une source de chaleur externe au cours du conditionnement. L'étape de chauffage permet d'activer la rétraction à un moment précis, ou d'augmenter l'amplitude de la rétraction.
Une première variante consiste à chauffer au moins partiellement l'emballage immédiatement après remplissage et fermeture hermétique. Le chauffage a pour effet d'augmenter la rétraction de l'emballage et comprimer le gaz compris dans l'espace de tête. Au cours du refroidissement le gaz sous pression se détend.
Selon une deuxième variante, l'emballage est chauffé alors que l'emballage et son contenu ont déjà commencé à refroidir. Préférentiellement, l'emballage est chauffé lorsque la température moyenne des parois est proche de la transition vitreuse.
Selon une troisième variante, l'emballage est chauffé lorsque le refroidissement est terminé. Le chauffage permet de rétracter les parois de l'emballage et crée une pression relative positive ou nulle à l'intérieur de l'emballage.
Le chauffage de l'emballage se fait préférentiellement au niveau des parois latérales. Il peut être avantageux de chauffer localement les parois de l'emballage au niveau d'une zone préalablement définie appelée zone de rétraction. Le chauffage est avantageusement rapide et à haute température afin de limiter le réchauffement du produit contenu dans l'emballage. Un chauffage par soufflage d'air chaud est avantageux. La bouteille est généralement rétractée de façon homogène autour de l'axe de symétrie. La rotation de la bouteille autour de l'axe de symétrie pendant le passage de la bouteille dans le four permet d'obtenir une rétraction homogène. Une autre méthode consiste à utiliser des lampes infra rouges pour créer la rétraction des parois de l'emballage.
Les figures 12 et 13 illustrent le deuxième mode de réalisation du procédé qui consiste à utiliser les propriétés de rétraction pour mettre en pression un emballage rempli à une température inférieure à la température de rétraction. La mise en pression de l'emballage après remplissage est particulièrement utile lorsque ledit emballage comporte des parois de fines épaisseurs. La méthode conventionnelle pour générer cette pression consiste à ajouter après remplissage un gaz tel que l'azote dans l'espace de tête. Le changement d'état du gaz génère une légère surpression qui améliore la résistance de l'emballage et facilite son utilisation. L'invention permet de générer cette surpression sans ajout d'un gaz spécifique dans l'espace de tête.
La figure 12 montre l'emballage 1 rempli d'un produit 9 à basse température, ladite basse température étant inférieure à la température de rétraction de l'emballage. Un bouchon 4 ferme hermétiquement l'emballage 1. Un volume d'air 10 est enfermé dans l'emballage et se situe au niveau d'une zone rétractable de l'emballage. Des moyens 12 chauffent au moins ladite zone rétractable afin diminuer légèrement le volume dudit emballage et comprimer légèrement le volume d'air 10.
La figure 13 illustre l'emballage rétracté. La diminution de hauteur 3 sert à illustrer la variation de volume dudit emballage. Le volume d'air 10 dans l'emballage a diminué, ce qui indique que l'air est légèrement comprimé. L'invention est particulièrement avantageuse pour mettre en pression des emballages en PET tels que des bouteilles. L'invention qui consiste à utiliser les propriétés de rétraction de l'emballage au cours du conditionnement nécessite une conception de l'emballage qui prend en compte la rétraction de l'emballage pendant le conditionnement. L'emballage doit être conçu pour que le volume final corresponde au volume souhaité. Généralement la rétraction de l'emballage est comprise entre 1 % et 20%, et préférentiellement cette rétraction est comprise entre 3 et 15%.
Exemple 1
La bouteille a un poids de 24 grammes, et son fond est de type pétaloïde. Son volume initial est de 543,2 ml. Après remplissage à 90°C selon le mode opératoire ci-dessous, son volume devient 508,7 ml. La bouteille s'est donc rétractée de 6,35% pendant le remplissage. Après refroidissement, la pression relative à l'intérieur de la bouteille est légèrement positive.
La bouteille est remplie selon le mode opératoire suivant.
1. Mise à disposition d'une bouteille vide
2. Rinçage de la bouteille 3. Transfert de la bouteille sur la station d'alimentation
4. Début du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille par aspersion avec de l'eau à 15°C a. Remplissage de la bouteille avec de l'eau à 90° i. Durée du remplissage : 4 secondes ii. Volume de remplissage : 92% du volume initial soit 499.7 ml. b. Transfert sur la station de fermeture i. Durée : 1 s c. Fermeture étanche de la bouteille i. Durée du bouchonnage : 1 s 5. Fin du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille 6. Rétraction de la bouteille à l'air libre i. Phase de rétraction et stérilisation ii. température de l'air ambiant : 20 °C iii. Durée : 3 minutes 7. Refroidissement rapide de la bouteille i. Refroidissement par aspersion avec de l'eau à 15°C jusqu'à retour à température ambiante de l'emballage et son contenu
Exemple 2
La bouteille a un poids de 37,4 grammes, et son fond est de type pétaloïde. Son volume initial est de 1064,2 ml. Après remplissage à 88°C selon le mode opératoire ci-dessous, son volume devient 1012,1 ml. La bouteille s'est dont rétractée de 4,9% pendant le remplissage. Après refroidissement, la pression relative à l'intérieur de la bouteille est légèrement positive.
La bouteille est remplie selon le mode opératoire suivant.
1. Mise à disposition d'une bouteille bouteille vide
2. Rinçage de la bouteille 3. Transfert de la bouteille sur la station d'alimentation
4. Début du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille par aspersion avec de l'eau à 15°C a. Remplissage de la bouteille avec de l'eau à 88 °C i. Durée du remplissage : 8 secondes ii. Volume de remplissage : 92% du volume initial soit 979,1 ml b. Transfert sur la station de fermeture i. Durée : 1 s c. Fermeture étanche de la bouteille i. Durée du bouchonnage : 1 s 5. Fin du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille 6. Rétraction de la bouteille à l'air libre i. Phase de rétraction et stérilisation ii. température de l'air ambiant : 20 °C iii. Durée : 3 minutes 7. Refroidissement rapide de la bouteille i. Refroidissement par aspersion avec de l'eau à 20 °C jusqu'à retour à température ambiante de l'emballage et son contenu
Exemple 3
La bouteille a un poids de 24 grammes, et son fond est de type pétaloïde. Son volume initial est de 543,2 ml. Après remplissage à 95°C selon le mode opératoire ci-dessous, son volume devient 489.5 ml. La bouteille s'est donc rétractée de 9,89% pendant le remplissage. Après refroidissement, la pression relative à l'intérieur de la bouteille est légèrement positive.
La bouteille est remplie selon le mode opératoire suivant.
1. Mise à disposition d'une bouteille vide
2. Rinçage de la bouteille 3. Transfert de la bouteille sur la station d'alimentation
4. Début du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille par aspersion avec de l'eau à 5°C a. Remplissage de la bouteille avec de l'eau à 95° i. Durée du remplissage : 4 secondes ii. Volume de remplissage : 92% du volume initial soit 499.7 ml. b. Transfert sur la station de fermeture i. Durée : 1 s c. Fermeture étanche de la bouteille i. Durée du bouchonnage : 1 s 5. Fin du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille 6. Rétraction de la bouteille à l'air libre i. Phase de rétraction et stérilisation ii. température de l'air ambiant : 20 °C iii. Durée : 3 minutes 7. Refroidissement rapide de la bouteille i. Refroidissement par aspersion avec de l'eau à 20 °C jusqu'à retour à température ambiante de l'emballage et son contenu
Exemple 4
La bouteille a un poids de 46 grammes, et son fond est de type pétaloïde. Son volume initial est de 1556 ml. Après remplissage à 88 °C selon le mode opératoire ci-dessous, son volume devient 1503.8 ml. La bouteille s'est donc rétractée de 3.4% pendant le remplissage. Après refroidissement, la pression relative à l'intérieur de la bouteille est légèrement positive.
La bouteille est remplie selon le mode opératoire suivant.
1. Mise à disposition d'une bouteille vide 2. Rinçage de la bouteille
3. Transfert de la bouteille sur la station d'alimentation
4. Début du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille par aspersion avec de l'eau à 5°C a. Remplissage de la bouteille avec de l'eau à 88° ii. Durée du remplissage : 6 secondes iii. Volume de remplissage : 92% du volume initial soit xxx ml. b. Transfert sur la station de fermeture i. Durée : 1 s c. Fermeture étanche de la bouteille ii. Durée du bouchonnage : 1 s
5. Fin du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille 6. Rétraction de la bouteille à l'air libre i. Phase de rétraction et stérilisation ii. température de l'air ambiant : 20 °C iii. Durée : 3 minute
7. Chauffage des parois latérales de la bouteille avec de l'air chaud (400 °C) i. Rétraction des parois de la bouteille ii. La pression à l'intérieur de la bouteille augmente
8. Refroidissement rapide de la bouteille
Refroidissement par aspersion avec de l'eau à 20 °C jusqu'à retour à température ambiante de l'emballage et son contenu.
Exemple 5
La bouteille a un poids de 46 grammes, et son fond est de type pétaloïde. Son volume initial est de 1556 ml. Après remplissage à 98 °C selon le mode opératoire ci-dessous, son volume devient 1455 ml. La bouteille s'est donc rétractée de 6,5% pendant le remplissage. Après refroidissement, la pression relative à l'intérieur de la bouteille est légèrement positive.
La bouteille est remplie selon le mode opératoire suivant.
1. Mise à disposition d'une bouteille vide
2. Rinçage de la bouteille
3. Transfert de la bouteille sur la station d'alimentation
4. Début du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille par aspersion avec de l'eau à 5°C a. Remplissage de la bouteille avec de l'eau à 98° i. Durée du remplissage : 6 secondes ii. Volume de remplissage : 92% b. Transfert sur la station de fermeture i. Durée : 1 s c. Fermeture étanche de la bouteille i. Durée du bouchonnage : 1 s 5. Fin du refroidissement de la paroi extérieure de la bouteille
6. Rétraction de la bouteille à l'air libre i. Phase de rétraction et stérilisation ii. température de l'air ambiant : 20 °C iii. Durée : 3 minute 7. Refroidissement rapide de la bouteille i. Refroidissement par aspersion avec de l'eau à 20 °C jusqu'à retour à température ambiante de l'emballage et son contenu 8. Chauffage des parois latérales de la bouteille avec de l'air chaud (400 °C) i. Rétraction des parois de la bouteille ii. La pression à l'intérieur de la bouteille augmente

Claims

Revendications
1. Procédé de conditionnement d'un liquide dans un récipient plastique (1 ) ayant une forte orientation moléculaire ; procédé comprenant les étapes suivantes :
- remplissage du récipient (1 ) avec un liquide à haute température,
- refroidissement des parois (5) du récipient (1 ) pendant l'étape de remplissage,
- fermeture du récipient (1 ) de façon étanche, - refroidissement des parois (5) du récipient (1 ) pendant l'étape de fermeture,
- rétraction passive du récipient (1 ) consécutivement à ladite étape de fermeture,
- refroidissement des parois (5) du récipient (1 ) consécutivement à l'étape de rétraction.
2. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on refroidit qu'une partie des parois (5) du récipient (1 ).
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on chauffe au moins partiellement les parois (5) du récipient (1 ) consécutivement à l'étape de fermeture.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel on ajoute dans le récipient (1 ) un gaz, tel que de l'azote ou du gaz carbonique, consécutivement à l'étape de remplissage et préalablement à l'étape de fermeture.
5. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant des moyens de remplissage d'un récipient (1 ) à chaud, des moyens de refroidissement (7) des parois (5) dudit récipient (1 ), des moyens de fermeture dudit récipient (1 ) et des moyens pour autoriser une rétraction dudit récipient (1 ).
6. Dispositif selon la revendication précédente comprenant des moyens pour chauffer les parois (5) dudit récipient (1 ).
7. Récipient en plastique (1 ) fortement orienté contenant un liquide (9) et obtenu selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que son volume après conditionnement est plus faible que son volume initial.
8. Récipient en PET bi-orienté (1 ) pour remplissage à chaud, dépourvu de panneaux de compensation et obtenu selon un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la cristallinité de ses parois latérales (5) est inférieure à 30% et par le fait que son volume après remplissage est plus faible que son volume initial.
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