Brevet FR2080927A1 — publié le 19711126

-i- 2080927 La présente invention concerne des pellicules scellables à chaud, en particulier des pellicules servant à emballer des aliments. Depuis de nombreuses années on utilise des pellicules scel-5 labiés à chaud pour emballer les aliments, les emballages à cet usage peuvent être constitués de matières thermoplastiques que l'on scelle à elles-mêmes à chaud entre deux barres chauffées. Cependant, en général, les pellicules utilisées dans l'industrie alimentaire sont constituées d'un revêtement thermoplas-10 tique appliqué sur la totalité ou une partie de la surface d'une pellicule de base, le revêtement se ramollissant à une température inférieure à la température de ramollissement de la pellicule de base; les revêtements les plus couramment utilisés étant constitués de polyéthylène ou de copolymères de 15 chlorure de vinyle et de chlorure de vinylidène. Le brevet américain n° 3.188.265 .décrit une pellicule scel-lable à chaud considérablement améliorée, dans laquelle une pellicule préformée difficilement scellable à chaud et une pellicule préformée facilement scellable à chaud, en particu-20 lier un téréphtalate de polyéthylène et un polyéthylène orientés selon deux axes, sont superposées et unies chimiquement à leurs interfaces à l'aide de la lumière ultraviolette. On peut emballer des aliments dans des pellicules de ce type, les surfaces de polyéthylène étant scellées ensemble à chaud; on 25 cuit ensuite l'aliment en plongeant l'emballage dans l'eau . bouillante. Cette pellicule ne peut cependant pas être utilisée à des températures aussi élevées que celles couramment obtenues dans un four. Un autre type de pellicules scellables à chaud permettant 30 la cuisson dans le sac est obtenu par extrusion simultanée d'un ionomère et de Nylon. Les pellicules coextrudées sont obtenues à partir de deux ou plusieurs extrudeuses envoyant des matières thermoplastiques différentes dans une filière de forme particulière, d'où sort une pellicule à couches multi-35 pies : voir par exemple "Modem Plastics" Avril 1968, page 130, et Juin 1968 page 78, les brevets des Etats Unis d'Amérique n° 2.901.770; 3.187.982; 3.266.093 entre autres. La pellicule d'ionomère et de Nylon, comme la pellicule décrite dans le pa 71 02278 -2- 2080927 ragraphe précédent ne résiste pas aux températures habituelles des fours. La présente invention a pour but une pellicule d'emballage possédant des avantages importants et remarquables. On peut fa-5 cilement la sce.ller à chaud face contre face ou face contre dos. On peut emballer dans cette pellicule des ragoûts, des rôtis, ou des produits de boulangerie tels que des gâteaux ou des tartes; on fait des trous d'aération, puis on met à cuire dans un four à micro-ondes ou un four classique chauffé à environ 195 -10 210°C, sans que la soudure ni la pellicule elle-même ne se rompent. Les aliments contenus dans des pellicules de ce genre cuisent plus vite que lorsqu'ils sont emballés ou enfermés dans une matière opaque, apparemment en raison de la meilleure transmission du rayonnement infra-rouge. De plus, la pellicule maintient 15 l'aliment humide, empêche la protection de graisse sur le four, permet de régler la cuisson de l'aliment et diminue la perte de l'arôme provoquée par l'oxydation. La viande cuite dans les pellicules réalisées Selon l'invention, est arrosée automatiquement de son jus, ce qui supprime à la ménagère ou au chef de cuisine 20 un travail fastidieux. On peut également cuire à l'eau bouillante les aliments enveloppés dans de telles pellicules. Un exemple illustratif du gain de temps obtenu grâce aux pellicules selon l'invention, est constitué par la cuisson des dindes congelées. Selon les procédés classiques, on doit déconge-25 1er la dinde au réfrigérateur ou en la plongeant dans un courant d'eau froide; la première*technique nécessite trois jours et la seconde 3 à 7 heures. L'une et l'autre sont désagréables. Par contre, on peut placer directement une dinde congelée dans un sac muni d'orifices constitué par une pellicule scellable à chaud 30 selon l'invention et introduire la volaille emballée directement dans un four chauffé à environ 195°C, une volaille d'environ 7 kg nécessitant environ 5 heures de cuisson. On peut également utiliser les pellicules d'emballage de l'invention pour former des couvercles, pa± exemple en les 35 scellant à chaud aux bords d'une cuvette revêtue de vinyle ou à la périphérie interne d'un châssis en papier. Bien que l'invention serve essentiellement à emballer et à chauffer des aliments, on peut également -utiliser les pellicules 71 02278 2080927 selon l'invention pour emballer du matériel médical et des instruments chirurgicaux pour les stériliser à sec. Ces nouvelles pellicules stérilisables à chaud et résistant à des températures élevées peuvent également être utilisées en électricité, 5 où elles ont l'avantage d'avoir une épaisseur d'environ 250 microns au moins. Dans 11 alimentation, une épaisseur globale de 25 microns, ou même d'environ 18 microns permet d'obtenir un bon compromis entre la résistance, l'utilité et le prix. Les pellicules d'emballage réalisées selon l'invention sont 10 constituées par une pellicule support en téréphtalate de polyéthylène flexible autoporteuse et orientée selon deux axes et d'une pellicule de scellement flexible non collante en copoly-ester dont l'épaisseur est supérieure à environ 2,5 microns et de préférence ~gale à au moins 5 microns. La pellicule de scel-15 lage, qui a un point de ramollissement plus bas et une épaisseur moindre nue la pellicule support, est constituée d'un co-polyester contenant plus de 70 moles /•; et moins d'environ 90 moles % de téréphtalate d'éthylène et de moins de 30 moles % à plus d'environ 10 moles % d'isophtalate d'éthylène et/ou 20 d'hexahydrotéréphtalate d'éthylène, ayant de façon caractéristique une viscosité inhérente d'environ 0,5 à G,7 dl/g déterminée à une concentration de 0,5 g/100 ml dans l'acide trifluoroacé-tique à une température de 30°C. De telles structures permettent de réaliser un emballage comportant un joint scellé à chaud entre 25 le dos de la pellicule support et la pellicule de scellage de telle sorte que l'adhérence au pelage(essai aSTI D882-64-T) soit .supérieure à environ 90 g/cr^de largeur. Les valeurs d'adhérence au pelage face contre face dans le même essai, sont même supérieures, dépassant 270 g/cm de large. On peut également soumet-30 tre la structure à une température d'environ 22G°G pendant 15 minutes sans qu'elle devienne cassante lorsqu'on la soumet aux essais décrits ci-après. Cette température est bien supérieure à celle à laquelle la pellicule peut normalement être soumise lors de son utilisation, en partie en raison du revête-35 ment d'e;m évaporée do l'aliment ^t de sa condensation sur la pellicule. En tout cas, une pellicule d'emballage satisfaisant à cet essai peut être mise sous f rme d'un emballage qui ne devient pas cassant et dont le scellage ne se rompt pas lorsqu'on BAD ORIGINAL, 71 02278 2080927 _4_ l'expose à des températures ambiantes de cuisson d'environ 205°0 pendant plusieurs heures (par exemple 4 heures). On peut réaliser les structures pelliculaires selon l'invention en extrudant simultanément une pellicule support en térâ-5 phtalate de polyéthylène et une pellicule de scellage à point de fusion plus bas comme décrit, et en superposant les pellicules fondues avant refroidissement de telle sorte qu'elles s'unissent fortement entre elles puis en soumettant les pellicules ainsi unies à une orientation biaxiale et en les durcissant à chaud. 10 Comme précédemment indiqué, le procédé de coextrusion est connu depuis longtemps, ainsi que les techniques d'orientation biaxiale et de durcissement à chaud; voir par exemple le brevet des Etats Unis d'Amérique n° 2.823.421. La pellicule composite selon l'invention a avantageusement 15 une épaisseur d'environ 25 microns, la pellicule support de téréphtalate de polyéthylène orientée de façon biaxiale une épaisseur d'environ 15 à 20 microns et la pellicule de scellage une épaisseur de l'ordre de 5 à 10 microns. Des pellicules support plus minces (épaisses par exemple de 5 microns) ont tendance à être 20 moins résistantes que le nécessitent la plupart des utilisations. On peut utiliser des pellicules support plus épaisses, mais elles sont plus coûteuses et ont une résistance supérieure à celle nécessaire pour emballer des aliments. Dés couches de pellicule scellable à chaud plus minces ne donnent pas une union 25 aussi bonne et des couches plus épaisses sont généralement inutiles et augmentent le prix. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés et de quelques exemples représentant à titre illustratif non limitatif 30 des modes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 représente une vue en coupe d'une pellicule thermoscellable selon l'invention, et la figure 2 représente un schéma du mécanisme et du procédé-35 de préparation d'une pellicule composite pouvant être transformée en la pellicule de la figure 1. Dans chacun des exemples suivants, on obtient un produit semblable à celui de la figure 1 et on utilise un appareil semblable à celui de la figure 2, dont la description va suivre. 71 02278 -5- 2080927 La figure 1 représente une pellicule scellable à chaud réalisée selon l'invention, une pellicule support 11 étant fortement unie à une pellicule de scellage 12 suivant le plan interfacial 13. La pellicule 10 obtenue a donc une face 14 et un dos 5 15. Un appareil 20 d'extrusion simultanée (Fig. 2) est constitué de deux têtes d'extrusion 30 et 40 qui sont respectivement alimentées .par des polymères fondus différents permettant de réaliser la pellicule thermoscellable 12 et la pellicule support 10 11. Des charges 32 et 42 sont classiquement introduites dans les têtes 30 et 40 à environ 280°C, et se déplacent dans la direction des flèches en direction des bords 31 et 41 de la filière d'extrusion. Juste avant de quitter les bords 31 et 41, les deux charges transformées en pellicules fondues sont mises au contact 15 l'une de l'autre pour former une pellicule composite qu'on ex-trude sur une roue de coulée maintenue à environ 25°C. Cette pellicule composite traverse alors un équipement classique d'orientation maintenu à environ 82°C, où on 1'étire tout d'abord d'environ trois fois dans la direction de la machine puis 20 d'environ trois fois dans la direction transversale, avant de la durcir à chaud à environ 205°C. Pour déterminer la qualité d'une pellicule donnée réalisée selon l'invention, une série d'essais s'est révélée extrêmement utile. Ces essais sont les suivants : 25 Température de fusion Dans cet essai, on détermine la température minimum à laquelle la pellicule scellable 12 peut former des liaisons robustes. A cet effet, on utilise avantageusement un appareil "Askco modèle 10", qui est constitué d'une presse comportant 30 une barre inférieure en caoutchouc de silicone dur (par exemple 70 au duroiaètre) continue non chauffée, la barre supérieure étant large de 12,7 mm et constituée de dix éléments séparés d'environ 12,7 mm x 19,0 mm chauffés espacés de 12,7 mm. Le premier élément est chauffé à environ 93°C, et chacun des élé-35 monts suivants est chauffé à une température supérieure de 14°C environ à celle de l'élément venant juste avant. On règle la presse de telle sorte que la mâchoire supérieure exerce sur la mâchoire inférieure une pression de 2,8 kg/cm^ et que la durée 71 02278 2080927 -6- de contact soit de 0,5 seconde. On réalise trois cycles préliminaires pour permettre à la barre inférieure de prendre' un état d'équilibre, après quoi on superpose deux pellicules identiques mesurant environ 7,5 x 50 cm face contre face et on les soumet 5 à un cycle d'essai. On retire alors les pellicules de la presse, on les refroidit à la température ordinaire, et on les sépare lentement pour déterminer la zone où se produit initialement la liaison. On considère que la température de fusion correspond à la gamme limitée par deux éléments adjacents de la barre pres-10 santé, la température inférieure correspondant au point où le produit devient poisseux et la valeur supérieure au point de scellage. La température de fusion ne doit pas dépasser pratiquement 175°C environ, sinon lors du scellage à chaud de la pellicule on risque de créer un plissement gênant. 15 Résistance du joint face contre face On replie face contre facoûn morceau de pellicule d'environ 20 x 15 cm pour l'amener à environ 10 x 15 cm.On introduit le bord plié dans une presse ("Sentinel Heat Sealer" modèle 12aS par exemple), dont la barre supérieure est chauffée à 190°C, 2 20 pendant 0,5 seconde sous une pression d'environ 2,8 kg/cm formant ainsi un joint large d'environ 12,7 mm voisin de la ligne de pliage. (Ce cycle porte à environ 180°C la surface interfaciale entre les deux pellicules de scellage). On découpe alors une bande de 25,4 mm perpendiculairement au joint. On pince une 25 extrémité libre dans les mâchoires supérieures d'un appareil de mesure de la résistance mécanique "Instron" (marque de fabrique déposée) et on pince l'autre extrémité libre dans les mâchoires inférieures, et on écarte les mâchoires à la vitesse de 12,7 cm/m. On mesure la force en g/cm de largeur nécessaire à 30 séparer le joint. La "résistance du joint doit être d'au moins 270 g/cm de largeur; pour des valeurs nettement inférieures à celle -ci, le joint tent à se désunir dans les conditions de cuisson normales. Résistance du joint face contre dos 35 Cet essai est semblable à celui qui vient d'être décrit ci- dessus, si ce n'est qu'on superpose deux morceaux de pellicule de 10 cm x 15 cm- face contre dos, le dos de la pellicule supérieure étant au contact de la barre pressante chauffée. Comme la 71 02278 -7- 2080927 rupture de ce genre de joint est sujette à se produire par cisaillement (plutôt que par pelage, qui est le type de rupture auquel sent soumis les joints face contre face), on considère qu'une résistance du joint de 90 g/cm de largeur, obtenue comme 5 dans l'essai précédent est satisfaisante. Vieillissement thermique On réalise un "ca :re pour tableau" dans une feuille plate de métal, ayrnt environ 25 x 15 ce de dimensions externes et environ 20 x 1C cm de dimensions internes. On place alors un 10 échantillon de pellicule d'environ 25 x 2,5 cm, la pellicule scellable sur le dessus, de telle sorte qu'il traverse l'ouverture du cadre, d'un bord à l'autre. On attache chaque extrémité de la pellicule au cadre au moyen d'une agrafe à papier et on place l'ensemble dans un four à circulation d'air forcée mainte-15 nu à 220°C pendant 15 minutes. On retire alors le cadre et la pellicule du four, puis on sépare la pellicule du cadre et on la laisse refroidir à la température ordinaire. On replie alors la pellicule sur elle-m-Ûme, la pellicule scellable à l'intérieur, de telle sorte qu'elle mesure environ 2,5 x 12,5 cm. On forme un 20 pli en appuyant fortement avec lu doigt la pellicule repliée contre une surface plate dure, après quoi on ouvre la pellicule pliée et on l'aplatit. La pellicule ne doit pas devenir fragile ni lorsqu'on la plie ni lorsqu'on l'aplatit sinon elle deviendrait fragile et il se produirait des fuites ou un collage aux 25 aliments lorsqu'on la soumettrait aux températures des fours domestiques lors de la cuisson de l'aliment dans son emballage. Essai de chute Dms cet essai qui simule en les exagérant les trépidations, les chocs auxquels les emballages scellés à chaud peuvent être 30 soumis, en place des morceaux rectangulaires de la pellicule composite, mesurant environ 250 x 175 cm au contact face contre face et on les scelle à chaud sur trois côtés entre des barres, de 12,7 mm. Dans la poche ainsi formée on introduit environ 225 ml d'eau, après quoi on scelle le quatrième côté du sac de 55 la môi-.e façon qu'on a scellé les trois autres un formant une poche ayant environ 15,2 x 20,5 cm de dimensions intérieures. On place alors la poche obtenue à plat sur le bras support horizontal en forme de tablette d'une machine d'essai de chutes "L.ii.B." BAD ORIGINAL 71 02278 -8- 2080927 type "5D-10C". Le -bras, qui est tendu par ressort et maintenu par un arrêtoir, est alors brusquement rabattu vers le bas en laissant tomber la poche remplie d'eau d'une hauteur d'environ 45 cm sur une surface métallique plane. Si la poche se rompt 5 (ce qui est presque toujours le cas) on estime qu'il est souhaitable que la rupture se produise dans la pellicule plutôt que par séparation du joint scellé à chaud. Le tableau ci-dessous regroupe les résultats de divers exemples de produits réalisés et essayés comme précédeE-ment décrit. 10 Dans chaque cas, la pellicule composite est orientée de façon biaxiale et épaisse de 0,025 mm» Dans le tableau ci-dessous, on utilise les abréviations suivantes : PETP téréphtalate de polyéthylène; PEIP isophtalate de polyéthylène; PiHTP hexahydro-téraphtalate de polyéthylène. 15 - , TaBLEAIJ (voir page suivante) Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'exem-'ple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de lresprit 20 de l'invention. BAD ORIGINAL Exemple Couche scellable à chaud Résistance du joint g/cm de largeur Nature de la rupture par essai de chute Fragilité après 15 min. à 220°C Composition tisseur : ' i ; ;Teiap.dâ Temp. idurcis I de fu-;sement ; sion à chaud °C °C face contre face Pace contre dos 1 7l/'30 PETP/x-Eli 7,5 205 . 93-107 270 225 joint oui 2 75/25 PEÏ'P/PEIP . 7,5 I 205 . 93-107 450 180 pellicule non 3 6C/2G lETP/rEÏP j 5 i 193 ; 93-107 324 90 pellicule- non 4 8C/2C PETP/P. ulï' i 5 ! 205 ■ 93-107 378 126 pellicule non | 5 8C/20 PETr/'PEIP j 5 216 i 93-107 396 180 pellicule non j 6 8C/2C ieti/peip 7,5 193 j 93-107 630 108 pellicule non i 7 80/20 /peip ' 7,5 205 i 93-107 504 13''5 pellicule non 8 80/20 PETP/PEIl : 7,5 216 j 93-107 396 180 pellicule non 9 Ï-1./20 i-eti/peip ; 10 193 ; 93-107 630 126 pclliculo non 10 80/20 PEïx /PEiP | 10 2C5 i 93-'*'07 556 162 pellicule non 11 80/20 !c ETx /rEIP , 10 216 ! 93-107 684 225 pellicule non 12 85/15 PETx/'PEIP 7,5 205 i 93-107 450 135 pellicule non 13 67/13 PETP/'PEIP | 7,5 205 1135-149 270 135 j oint non 14 9C/1C petp/peip ! 7,5 205 j177-200 54 135 j oint non j 15 80/20 PJTP/PEHTJ-' 7,5 205 j107-121- 540 180 pellicule non ; i o K3 hO —J 00 I *£> I K> O 00 o >o K) "^1 71 02278 % -10- 2080927 ' - ESTODICATIOIB - 1 -Structure pelliculaire composite dont les faces opposées sont constituées d'une pellicule support en téréphtalate de polyéthylène- orientée de façon "biaxiale, autoporteuse et 5 flexible et d'une pellicule de scellage, ladite structure pouvant contenir un aliment puis être scellée à chaud, la pellicule de scellage ayant une gamme de températures de ramollissement inférieure à celle de ladite pellicule support, ladite structure étant caractérisée en ce que la pellicule de scellage 10 est une pellicule de copolyester flexible non collante épaisse d'au moins 5 microns mais moins épaisse que ladite pellicule support, ledit copolyester étant constitué d'un premier ester en quantité prépondérante qui est le téréphtalate d'éthylène et d'un second ester choisi parmi 1'isophtalate d'éthylène et 15 1'hexahydrotéréphtalate d'éthylène, ledit second ester consti-,-^fefcant plus de 10 moles % mais moins de 30 moles °/o dudit copolyester. 2 - Pellicule composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que lerapport molaire du premier ester au second 20 ester est d'environ 80/20. 3 - Pellicule composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pellicule de scellage a une épaisseur comprise entre 5 et 10 microns. 4 - Pellicule composite selon la revendication 1, caracté-25 risée en ce qu'elle a une épaisseur d'environ 25 microns. 5 - Pellicule composite selon la revendication 4, caractérisée en ce que la pellicule support a une épaisseur environ double de celle de la pellicule de scellage. 6 - Pellicule composite selon la revendication 5, caractéri-30 sée en ce que la pellicule de scellage est un copolyester de téréphtalate d'éthylène et d'isophtalate d'éthylène dans un rapport molaire compris dans la gamme de 75/25 à 85/15. 7 - Pellicule composite selon la revendication 5) caractérisée en ce que la pellicule support et la pellicule de scellage 35 sont formées par extrusion simultanée. 8 - Procédé de fabrication d'une structure pelliculaire thermoscellable pour être utilisée dans un four selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on extrude simultanément une 71 02278 -11- 2080927 pellicule de téréphtalate de polyéthylène et une pellicule d'un polyraère de téréphtalate d'éthylène et d'isophtalate d'éthylène (80/20) ayant un point de fusion inférieur, et on oriente de façon biaxiale les pellicules extrudées simultanément jusqu'à ce qu'elles aient une épaisseur totale d'environ ^5 microns. BAD ORIGINAL