FR2770494A1

FR2770494A1 - Paraison dont le col est a base d'un polyester aromatique, et notamment en pet, et comporte un filetage presentant en section longitudinale un profil asymetrique

Info

Publication number: FR2770494A1
Application number: FR9713928A
Authority: FR
Inventors: Roland Hebert
Original assignee: Schmalbach Lubeca PET Centre Technique et de Recherche SAS
Current assignee: Schmalbach Lubeca PET Centre Technique et de Recherche SAS
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-07
Anticipated expiration: 2017-10-31
Also published as: DE69803482T2; EP1027203B1; US6635325B1; BR9813314A; WO1999022928A1; DE69803482D1; ES2171311T3; FR2770494B1; AR015475A1; EP1027203A1

Abstract

La paraison (1) est réalisée à partir d'une ou plusieurs résines thermoplastiques, et comporte un col (2) qui est à base d'un polyester aromatique et de préférence à base de PET, qui est pourvu d'un filetage et qui n'a pas été stabilisé thermiquement. Selon l'invention, le filetage présente en section longitudinale un profil asymétrique permettant d'obtenir un filetage dont le profil en section longitudinale présente une symétrie améliorée, une fois que le col (2) a été stabilisé thermiquement.L'invention a également pour objet un récipient, et notamment une bouteille, obtenu par étirage et soufflage d'une paraison et dont au moins le col (2) a été stabilisé thermiquement, et de préférence a été complètement cristallisé.

Description

PARAISON DONT LE COL EST A BASE D'UN POLYESTER
AROMATIQUE, ET NOTAMMENT EN PET, ET COMPORTE UN
FILETAGE PRESENTANT EN SECTION LONGITUDINALE UN PROFIL
ASYMETRIQUE
La présente invention concerne le domaine de la fabrication d'articles creux, et en particulier de bouteilles ou récipients, qui sont obtenus par étirage et soufflage d'une paraison. Elle a principalement pour objets un perfectionnement apporté au filetage du col d'une paraison à base d'au moins une résine d'un polyester aromatique, ainsi qu'un récipient qui a été obtenu par étirage et soufflage d'une telle paraison et dont le col a été rendu stabie à la chaleur en ayant subi une opération de stabilisation thermique. L'invention trouve avantageusement son application dans la fabrication de récipients et notamment de bouteilles, en polyester et en particulier en PET (Polyéthylène Téréphtalate), qui peuvent être remplis avec un liquide à température élevé ; il s'agit par exemple de récipients conditionnées à chaud avec une boisson pasteurisée, ou encore de récipients réutilisables que l'on peut laver à chaud.

La plupart des récipients polyester, et en particulier des bouteilles à base de PET, sont fermées au moyen d'un capuchon amovible que l'on vient adapter sur le col de la bouteille en le vissant. A cet effet sur le col de la paraison destinée à former ultérieurement la bouteille est prévu un filetage adapté au filetage interne du capuchon de fermeture. Sur le plan industriel, la fermeture des récipients est réalisée en ligne de manière automatisée, après remplissage des récipients. La fermeture de chaque récipient est réalisée en appliquant automatiquement un couple de serrage déterminé du capuchon sur le récipient.

L'obtention d'une très bonne étanchéité des récipients au niveau de leur capuchon est un soucis constant des fabricants et des industriels de l'embouteillage, en particulier lorsque les récipients sont destinés à contenir une boisson gazeuse. En effet, un défaut d'étanchéité au niveau du capuchon a pour effet de diminuer de manière significative la durée de vie de la boisson à l'intérieur du récipient, le dioxyde de carbone contenu dans la boisson s'échappant plus facilement et plus rapidement vers l'extérieur et l'oxygène à l'inverse pénétrant plus facilement à l'intérieur du récipient. Pour réaliser une fermeture étanche du récipient, il est essentiel que le filetage du col de la bouteille soit adapté au mieux au filetage interne du capuchon. En pratique, il est plus particulièrement primordial que le filetage du récipient présente en section longitudinale un profil adapté au profil du filetage interne du capuchon, c'est-à-dire compte-tenu du type de capuchon existants à ce jour sur le marché, un profil qui soit symétrique. Plus le profil en section longitudinale du filetage du récipient est dissymétrique, plus l'étanchéité du récipient au niveau de son capuchon risque d'être défectueuse. II y a également un risque lors de latmise en place en ligne du capuchon sur le récipient de contrôler un couple de serrage qui soit faussé et qui ne corresponde pas en réalité à un vissage suffisant du capuchon. Pour les raisons précitées, à ce jour les fabricants de récipients polyester, et notamment de bouteilles à base de PET, utilisent des moules qui permettent de réaliser par injection des paraisons dont le filetage présente en section longitudinale un profil ayant la meilleure symétrie possible.

Un autre problème des récipients à base d'une résine polyester, telle que du PET, réside dans leur faible stabilité thermique qui les rend trop facilement déformables, lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées, et par exemple lorsqu'ils sont remplis avec un liquide à température élevée tel qu'une boisson pasteurisée ou immergés dans un liquide de lavage chaud. Pour pallier cet inconvénient, il est à ce jour largement répandu de faire subir aux récipients, lors de leur fabrication, une opération dite de stabilisation thermique, consistant à les porter pendant une durée déterminée à une température élevée en pratique supérieure à la température à laquelle les récipients pourront être soumis lors de leur utilisation, ce qui a pour conséquence d'augmenter par effet thermique le taux de cristallinité de la résine. Cette opération peut être réalisée en ligne directement sur la paraison, ou sur le récipient final obtenu après étirage et soufflage définitifs de la paraison, ou encore sur l'article à un stade intermédiaire entre la paraison et le récipient définitivement étiré et soufflé. L'opération de stabilisation thermique est par exemple réalisée en faisant passer les articles dans un four dit de cristallinisation, équipé de lampes infra-rouge. En pratique, les récipients polyester qui ont été stabilisés thermiquement en cours de fabrication sont facilement reconnaissables à l'opacité de leur col, liée à l'augmentation du taux de cristallinité de la résine, et en particulier à l'augmentation en taille et en nombre des sphérolites dans la structure cristalline.

La stabilisation thermique du col d'un récipient réalisé à partir d'au moins une résine polyester, et notamment de PET, permet avantageusement de réduire dans des proportions très importantes tout phénomène de déformation du profil du filetage du col du récipient, lorsque ce dernier est exposé ultérieurement à une température élevée, et est par exemple rempli à chaud. II est donc possible par exemple, en vue de réutiliser le récipient, de le laver à une température plus élevée, et notamment proche de la température de transition vitreuse du matériau constitutif du récipient, en conservant quasiment la même qualité d'étanchéité au niveau du capuchon du récipient. L'inconvénient est que l'opération de stabilisation thermique du récipient entraîne ellemême une déformation du profil du filetage, et par là-même détériore la symétrie de ce profil comparativement au profil initial qu'avait le filetage au stade de la paraison en sortie du moule d'injection. Cette déformation du filetage sous l'effet de la chaleur est encore plus importante lorsque le filetage est du type discontinu, c'est-à-dire composé d'une succession de segments séparés par des rainures longitudinales à fonction d'évents permettant une libération progressive du gaz contenu dans le récipient lors de son ouverture.

Les solutions proposées jusqu'à ce jour pour essayer de pallier la déformation du filetage lorsque la paraison ou la bouteille subissent un traitement thermique ont toutes pour objectif de rendre le filetage plus résistant à la déformation sous l'effet de la chaleur. Ce type de solution est par exemple proposé dans la demande de brevet européen EP O 675 047, qui enseigne de réaliser une paraison en PET dont le filetage du col est du type discontinu, et dont les rainures séparant deux segments de filetage successifs sont de manière caractéristique réparties à intervalles réguliers sur la circonférence du col de la bouteille. Cette solution présente toutefois l'inconvénient de compliquer très largement la structure du moule pour l'injection de la paraison, et la rend en pratique trop difficile à mettre en oeuvre.

L'invention vise à proposer une nouvelle solution au problème de la déformation du filetage du col d'une paraison ou d'un récipient, qui se produit lorsque ce col est à base d'au moins une résine de polyester aromatique, et en particulier à base de PET, et est soumis à une opération de stabilisation thermique.

L'invention consiste, à l'inverse des solution proposées jusqu'à ce jour, non pas à rendre le filetage moins déformable lorsque le col est soumis à une opération de stabilisation thermique, mais au contraire à utiliser la déformation du filetage sous l'effet de la chaleur, en l'anticipant.

L'invention a ainsi pour principal objet une paraison réalisée à partir d'une ou plusieurs résines thermoplastiques, et comportant un col qui est à base d'un polyester aromatique, qui est pourvu d'un filetage et qui n'a pas été stabilisé thermiquement. De manière caractéristique, le filetage présente en section longitudinale un profil asymétrique permettant d'obtenir un filetage dont le profil en section longitudinale présente une symétrie améliorée, une fois que le col a été stabilisé thermiquement.

L'invention a également pour objet un récipient, et notamment une bouteille à base de PET qui est remplissable à chaud et plus particulièrement réutilisable, qui a été obtenue par étirage et soufflage de la paraison précitée, et dont le col a été stabilisé thermiquement.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va être à présent faite d'un exemple préféré de réalisation, laquelle description est donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé sur lequel - La figure 1 est une vue de côté partielle, au niveau de son col, d'une paraison comportant un filetage discontinu de type PCO, - La figure 2 est une vue en coupe transversale de la paraison de la figure 1 selon un plan longitudinal passant par l'axe central longitudinal de la paraison, - La figure 3 est une représentation simplifiée et agrandie du profil en section longitudinale de l'un des segments du filetage de la paraison de la figure 2, - et la figure 4 est une représentation schématique du profil en section longitudinale du segment de filetage de la figure 3, après que le col de la paraison ait été stabilisé thermiquement.

On a représenté sur la figure 1 une vue partielle de côté d'une paraison 1 destinée après étirage et soufflage à chaud à former un récipient, et en particulier une bouteille. La paraison 1 est essentiellement de forme tubulaire d'axe central longitudinal la, et est constituée d'un col 2 et d'une portion 3 destinée après étirage et soufflage à former le corps de la bouteille. Le col 2 se termine par une collerette 4 de plus grand diamètre, qui sert notamment de surface d'appui lors des opérations d'étirage et soufflage, seule la portion 3 de la paraison située au-dessous de cette collerette 4 étant destinée à subir un double étirage, d'une part dans une direction parallèle à l'axe longitudinal la et d'autre part dans une direction transversale à cet axe.

Le col de la paraison 1 est pourvu d'un filetage permettant d'adapter par vissage un capuchon de fermeture (non représenté) pourvu d'un filetage interne conçu pour coopérer avec le filetage du col 2 de la paraison 1. Dans l'exemple particulier illustré, le filetage du col 2 est discontinu et se présente sous la forme d'une pluralité de segments 5 séparés par des rainures longitudinales 7. Ces rainures longitudinales 7 ont pour fonction principale de permettre une libération progressive du gaz contenu à l'intérieur de la bouteille lors de l'ouverture du capuchon de fermeture, et ainsi d'éviter pour l'usager tout danger à l'ouverture, lié à une surpression. Dans l'exemple particulier de la figure 1, le filetage discontinu forme sensiblement une hélice dont tous les segments 5 sont entiers, seul le segment particulier qui est référencé 6 sur les figures 1 et 2, et qui est le plus éloigné de la collerette 4 étant tronqué. Dans la suite de la description, ce segment particulier 6 ne sera pas pris en compte, I'invention s'appliquant aux segments 5 entiers.

Si l'on se réfère à présent à la figure 2, chaque segment 5 du filetage de la paraison 1 présente en section longitudinale un profil particulier constitué d'une portion centrale 5a formant sensiblement un arc de cercle et de deux portions 5b et 5c sensiblement rectilignes et communément appelées flancs du filetage. Par convention, le flanc 5b le plus éloigné de la portion 3 de la paraison destinée à former le corps du récipient sera dans la suite de la description désigné flanc supérieur,
L'autre flanc 5c étant désigné flanc inférieur. Si l'on se réfère à la figure 3, les flancs supérieur 5b et inférieur 5c du filetage font respectivement un angle a1 et a2 avec le plan (PP) transversal à l'axe central longitudinal la de la paraison. Le type particulier de profil du filetage discontinu illustré sur les figures caractérise ce que l'on appelle communément un col de type PCO.

La paraison 1 est réalisée de manière usuelle par injection dans un moule d'une ou plusieurs résines thermoplastiques. Plus particulièrement, dans le cadre de l'invention, le col 2 de la paraison est à base d'un polyester aromatique, c'est-à-dire est constitué soit d'une unique résine de polyester aromatique, soit d'une pluralité de résines thermoplastiques, dont au moins une est une résine de polyester aromatique, les résines ayant été mélangées préalablement à l'injection ou ayant été co-injectées dans le moule, de manière séquentielle et/ou parallèle, en sorte d'obtenir une paraison multicouche,
Jusqu'à ce jour, pour réaliser par injection leurs paraisons, les fabricants utilisent un moule conçu pour obtenir un filetage présentant en section longitudinale un profil ayant la meilleure symétrie possible.

S'agissant d'une paraison avec un col fileté de type PCO telle que celle illustrée sur les figures, cette recherche de symétrie se traduit sur la paraison en sortie du moule d'injection par une égalité des angles de flancs a, et a2
L'invention va à l'encontre de ce préjugé technique en proposant au contraire de réaliser au stade de la paraison un filetage dont le profil en section longitudinale est au contraire volontairement asymétrique, et dont la dissymétrie a été calculée en sorte de compenser au mieux la déformation que subit le profil du filetage lorsque le col est soumis à une opération de stabilisation thermique, telle que celle décrite ultérieurement. Dans l'exemple particulier illustré sur les figures, c'est-àdire dans le cas d'un col de type PCO, cette dissymétrie se traduit par une différence de valeur angulaire entre les angles de flancs a1 et a2,
I'angle a1 du flanc supérieur 5b étant strictement supérieur à l'angle a2 du flanc inférieur 5c du filetage.

On a représenté à la figure 4 le profil en section longitudinale d'un segment 5' du filetage après que le col 2 ait subi une opération de stabilisation thermique, et qui correspond à un segment 5 du filetage du col 2 n'ayant pas subi d'opération de stabilisation thermique. L'écart en valeur absolue entre les angles de flancs a'1 et a'2 respectivement des flancs supérieur 5'b et inférieur 5'c du filetage 5' est inférieur à l'écart entre les angles a1 et a2 du même segment 5 avant stabilisation thermique, ce qui traduit une meilleure symétrie du profil en section longitudinale du filetage du col après stabilisation thermique. De préférence, les angles a1 et a2 sont calculés lors de l'injection de la paraison de telle sorte qu'après stabilisation thermique, les angles a'1 et a'2 sont sensiblement égaux avec une tolérance d'au maximum 1
Dans un exemple précis de réalisation, la paraison est réalisée par injection d'une résine d'homo-ou copolymère de PET et le moule est conçu de telle sorte que les angles a1 et a2 de chaque segment 5 de la paraison valent respectivement 25 et 15 . Dans une première étape, une bouteille intermédiaire est réalisée de manière usuelle par étirage et soufflage à une température d'environ 100"C, le volume de cette bouteille intermédiaire valant approximativement une fois et demie le volume de la bouteille finale. La bouteille intermédiaire est acheminée en ligne jusqu'à un four équipé de panneaux chauffants placés au niveau du corps de la bouteille, et de lampes infra-rouges placées au niveau du col de la bouteille. Dans une première phase à l'intérieur du four, la bouteille intermédiaire subit dans les premières secondes une diminution de volume d'environ 50%. Dans une seconde phases se déroule l'opération de stabilisation thermique, consistant à maintenir la bouteille intermédiaire à une température élevée, en pratique supérieure à la température de cristallisation de la résine, et ce pendant une durée suffisante pour atteindre un taux minimum de cristallisation. Pendant la deuxième phase de stabilisation thermique, la résine de PET amorphe subit une cristallinisation permettant de rendre ultérieurement la bouteille moins facilement déformable lorsqu'elle est soumise à des températures inférieures à sa température de cristallisation. Cette opération de stabilisation thermique se traduit physiquement par une opacification du matériau au niveau du col, et par une déformation du filetage.

Dans un exemple précis de réalisation, I'opération de stabilisation thermique était réalisée en maintenant la bouteille à l'intérieur du four à une température de 200"C pendant une durée de 30 secondes, et le taux de cristallinité de la résine au niveau du col 2, mesuré au moyen d'une colonne de densité, valait entre 30 et 40%. En pratique, le taux de cristallinité précité correspondait à une opacification de la résine au niveau du col 2 sur toute l'épaisseur du col 2, et on considère que le col a été complètement cristallinisé.

En sortie du four, la bouteille intermédiaire dont le col a été stabilisé thermiquement est transférée en ligne jusqu'à un second moule où elle est de nouveau soufflée pour obtenir la bouteille finale. En final, la bouteille obtenue comportait au niveau de son col un filetage dont les segments 5' présentaient en section longitudinale un profil quasiment symétrique, les angles a 1 et a'2 étant égaux avec une tolérance de 1 .

En d'autres termes l'écart en valeur absolue entre les angles a, et a'2 était inférieur ou égal à 1". Plus particulièrement, lorsque les angles a1 et a2 valaient respectivement 25 et 15., les angles a 1 et a2 étaient dans le meilleur des cas égaux à 20 et dans le pire des cas, I'angle a'1 pouvait varier entre 22 et 19 , I'angle a'2 étant inférieur à l'angle a, d'au plus 1 pour un segment 5' donné. II convient de noter que pour une bouteille donnée, la déformation de chaque segment 5 initial du col de la paraison n'est pas strictement identique d'un segment 5 à l'autre.

En final, la bouteille obtenue était parfaitement adaptée aux capuchons de fermeture existant sur le marché, et par là-même pouvaient être fermées de manière automatique avec un degré d'étanchéité optimal.

En outre, le col de la bouteille ayant été stabilisé thermiquement, elle pouvait avantageusement être lavées ou remplies à chaud avec un liquide ayant une température élevée, sans que le filetage ne subisse de déformation supplémentaire suffisamment sensible pour être préjudiciable à une fermeture étanche de la bouteille. La bouteille obtenue pouvait donc avantageusement être utilisées plusieurs fois après avoir été lavées à chaud, ou encore être conditionnée à chaud avec une boisson pasteurisée.

Dans l'exemple précis de réalisation qui a été décrit, les valeurs de 25 et 15 respectivement pour les angles de flanc a1 et a2 sont considérées comme des valeurs optimales pour obtenir un filetage qui après stabilisation thermique du col, présente des angles de flancs a'1 et a'2 sensiblement égaux à 20 . D'une manière plus générale, I'écart en valeur absolue entre les angles a1 et a2 sera avantageusement compris entre 5" et 20 , et de préférence égal à 10 .

On a pu en outre constater qu'après avoir été stabilisé thermiquement, le col 2 subissait également une déformation se traduisant par une très légère diminution du pas e du filetage, c'est-à-dire si l'on se réfère à la figure 2 de la distance e séparant deux segments 5 adjacents selon l'axe central longitudinal la. Dans le but d'améliorer encore l'étanchéité de la bouteille au niveau de son capuchon de fermeture, il est donc préférable de surdimensionner très légèrement ce pas e du filetage de la paraison initiale , dont le col n'a pas été stabilisé thermiquement , comparativement au pas du filetage interne du capuchon destiné à venir s'adapter sur la bouteille. En pratique, de bons résultats ont été obtenus en surdimensionnant le pas e de la paraison initiale, avant stabilisation thermique du col 2, d'une valeur comprise entre 0,1 et 0,2mm, comparativement au pas du filetage interne du capuchon de fermeture de la bouteille.

L'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'une résine d'homo-ou copolymère de PET, mais s'étend d'une manière générale à l'utilisation de toute résine à base d'un polyester saturé pour réaliser le col de la paraison. Dans le cadre de l'invention, I'opération de stabilisation thermique peut également être effectuée directement sur la paraison issue du moule d'injection, avant les opérations d'étirage et soufflage.

Dans ce cas, on obtient avantageusement une paraison, dont le col à été stabilisé thermiquement, et qui pourra ultérieurement être étirée et soufflée pour former un récipient. L'opération de stabilisation thermique pourra également être réalisée sur le récipient final. L'invention s'applique également à des filetages continus ainsi qu'à tout type de filetage discontinu, sans être limitée à des cols de type PCO ; Elle peut notamment s'appliquer également à des cols, pour lesquels les segments de filetage présentent en section longitudinale un profil en forme de demi-cercle.

Claims

REVENDICATIONS 1. Paraison (1) réalisée à partir d'une ou plusieurs résines thermoplastiques, et comportant un col (2) qui est à base d'un polyester aromatique, qui est pourvu d'un filetage et qui n'a pas été stabilisé thermiquement, caractérisée en ce que le filetage présente en section longitudinale un profil asymétrique permettant d'obtenir un filetage dont le profil en section longitudinale présente une symétrie améliorée, une fois que le col (2) a été stabilisé thermiquement.
2. Paraison selon la revendication 1 caractérisée en ce que le filetage présente en section longitudinale un profil comportant une portion centrale (5a), et deux flancs supérieur (5b) et inférieur (5c), et en ce que l'angle de flanc a1 du flanc supérieur (5a) est strictement supérieur à l'angle de flanc a2 du flanc inférieur (5b).
3. Paraison selon la revendication 2 caractérisée en ce que l'écart en valeur absolue entre les angles a1 et a2 est compris entre 5" et 20 , et de préférence égal à 10 .
4. Paraison selon la revendication 3 caractérisée en ce que les angles a et a2 valent respectivement 25 et 15
5. Paraison selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le filetage est discontinu et est constitué d'une succession de segments (5).
6. Paraison selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'au moins le col (2) est à base d'un homo- ou copolymère de PET.
7. Paraison selon l'une des revendications 1 à 6 destinée à former après étirage et soufflage un récipient conçu pour être fermé par un capuchon de fermeture qui comporte un filetage interne présentant un pas prédéterminé, caractérisée en ce que le pas (e) du filetage du col (2) de la paraison est surdimensionné, et de préférence d'une valeur comprise entre O,lmm et 0,2mm, par rapport au pas du filetage interne du capuchon de fermeture.
8. Paraison selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisée en ce qu'au moins le col (2) a été stabilisé thermiquement, et de préférence a été complètement cristallisé.
9. Paraison selon les revendications 2 et 8 caractérisée en ce que l'écart en valeur absolu entre les angles de flancs a'1 et a'2 après stabilisation thermique du col est inférieur ou égal à 1".
10. Récipient, et notamment bouteille, obtenu par étirage et soufflage d'une paraison visée à l'une des revendications 8 ou 9.
11. Récipient, et notamment bouteille, obtenu par étirage et soufflage d'une paraison visée à l'une quelconque des revendications 1 à 7 et dont au moins le col (2) a été stabilisé thermiquement, et de préférence a été complètement cristallisé.

1 2. Récipient selon la revendication 11 caractérisée en ce que l'écart en valeur absolu entre les angles de flancs a'1 et a'2 du filetage est inférieur ou égal à 1".