Brevet FR2515099A1 — publié le 19830429

Feuille thermoplastique co extrudée, récipient ricide obtenu à partir de cette-feuille, et procédé de fabrica- tion de la feuille et du récipient. L'invention est relative à des feuilles co- extrudées et à des récipients rigides obtenus à partir de celles-ci. Des feuilles multicouches comportant des couches de matièr E plastiques différentes ont été coextrudées dans le passé Les matériaux utilisés pour les couches sont choisis de manière à présenter des propriétés dif- férentes (par exemple barrière contre l'oxygène, barrière contre l'humidité, possibilité de fermeture à l'aide de la chaleur notamment par thermo-soudage, résistance à la chaleur) dépendant de l'application particulière pré- vue pour la feuille multicouche. En choisissant les matières pour les couches de la feuille, on est fréquemment soumis à de sérieuses contraintes car les différentes couches doivent être réalisées en des matières qui adhèrent aux autres cou- ches des feuilles multicouches, et certaines matières doivent être protégées de l'humidité dans les couches in- ternes En outre, lorsque la feuille est destinée à for- mer des récipients pour des aliments, les couches venant au contact des aliments doivent être réali- sées en une matière homologuée par les Autorités Adminis- tratives (Food and Drug Administration pour les Etats- Unis d'Amérique) Les feuilles résultantes peuvent ainsi comporter des matières rigides placées au centre de ces feuilles en raison de telles contraintes de conception, et si une feuille plus rigide est souhaitée, les couches doivent être plus épaisses Par exemple, un copolymère d'acry- late d'acrylonitrile-méthyl présente d'excellentes pro- priétés comme barrière à oxygène et est très rigide; cependant, il est souvent coextrudé en tant que couche interne car il n'a pas été homologué par les Autorités Administratives pour venir en contact avec les aliments. L'invention a pour but, surtout, de permettre d'obtenir une feuille multicouche dont les propriétés mécaniques, notamment la rigidité, sont améliorées, tout en respectant les diverses exigences imposées. On a trouvé qu'en coextrudant une feuille à partir de couches d'un matériau rigide et d'un matériau moins rigide, par coextrusion du matériau moins rigide à l'intérieur de la feuille en tart que couche formant masse, et du matériau plus rigide sous forme de couches situées à l'extérieur de la couche formant masse, le matériau rigide est placé en un endroit écarté de l'axe neutre de la feuille, endroit o il est plus efficace pour ré- sister aucmomentsde flexion, et une feuille rigide est ainsi obtenue. Dans les modes de réalisation préférés, les couches de matière rigide résistant au moment de fle- xion, sont réalisées en un copolymère d'acrylate d'acry- lonitrile-méthyl, et les couches rigides sont reliées à la couche formant masse par des couches de liai- son adhésives qui sont coextrudées avec la couche for- mant masse et les couches de matière rigide une couche de couverture est liée à l'une des couches de copolymère d'acrylate d'acrylonitrile-méthyl par une couche de liaison adhésive pour obtenir une feuille à sept couches qui peut être utilisée pour emballer des aliments; la couche de couverture est réalisée dans la même matière que la couche formant masse; et la couche formant masse est réalisée en polyéthylène à moyenne densité, en polyéthylène à basse densité, en polyéthylène linéaire à basse densité, ou en polypropylène. De plus, pour utiliser efficacement la matière rigide en la plaçant o elle est utile, pour résister auxmoments de flexion, on n'a besoin que de petites quantités de matière rigide, et il en résulte des éco- nomies lorsque la matière rigide est une matière coûteuse telle qu'un copolymère d'acrylate d'acrylonitrile- méthyl. L'utilisation préférée de la feuille con- siste en un récipient rigide thermoformé à partir de la feuille L'utilisation préférée pour une feuille à sept couches,ayant une couche de couverture, est celle d'un récipient pour aliments dans lequel la couche de couverture est située à l'intérieur du récipient; un tel récipient est rigide et présente une résistance excel- lente au passage de l'oxygène en-raison des couches d'a- crylate d'acrylonitrile-méthyl, et la couche de couver- ture empêche les aliments de venir au contact de la cou- che d'acrylate d'acrylonitrile-méthyl. Un autre aspect de l'invention concerne la fa- brication des feuilles décrites ci-dessus,, par co- extrusion Selon un procédé préféré de fabrication de la feuille à sept couches, la matière formant masse la moins rigide, la matière rigide et la matière de la couche de liaison sont injectés dans une première tête de coextrusion pour former une coulée à cinq couches comprenant au milieu la matière formant masse, séparée des couches extérieures de matière rigide par les couches intermédiaires de matière de couche de liaison; la coulée à cinq couches est injectée dans une seconde tête de coextrusion avec des coulées supplémen- taires de matière formant masse et de matière de couche de liaison pour former une coulée à sept couches compre- nant la coulée à cinq couches, une couche de liaison in- termédiaire, et une couche de couverture dans la même matière que celle de la couche formant masse; et la coulée à sept couches passe ensuite à travers une matrice de coextrusion pour aboutir à une feuille à sept couches avec la couche de couverture sur une surface o elle peut être utilisée comme couche venant au contact des aliments dans un récipient Par ce procédé de fabrication, une feuille complexe à plusieurs couches est préparée de manière simple et rapide à partir de trois sources de matière par un unique procédé de co- extrusion, et il n'est pas besoin de laminer un grand nombre de couches différentes ou de feuilles multicou- ches ensemble. La structure et la fabrication d'une feuille multicouche conforme au mode de réalisation préféré de l'invention vont maintenant être décrites, à titre illustratif mais non limitatif, avec référence au dessin annexé La figure 1, de ce dessin, est une vue en perspective d'un récipient selon l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale selon 2-2, figure 1, montrant la structure multicouche du récipient. La figure 3 est une coupe transversale d'une partie d'un récipient multicouche selon un autre mode de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue schématique du pro- cédé de fabrication pour réaliser le récipient de la figure 1. La figure 5, enfin, est une vue schématique d'un procédé de fabrication d'une feuille pour réci- pient de la figure 3. En se reportant à la figure 1, on peut voir un récipient en matière plastique 10 comportant une zone cylindrique en creux 12 ayant une ouverture dans une face carrée 14 Le récipient 10 est réalisé à l'aide d'une feuille multicouche formée par coextrusion. En se reportant à la figure 2, on peut voir une partie de la face 14 du récipient 10 Cette partie comprend une couche centrale 16 formant masse réalisée en un polyéthylène de moyenne densité (que l'on peut obtenir auprès de la Sociégé CHEMPLEX sous la désigna- tion commerciale "CHEMPLEX 3024 " et ayant un module de traction supérieur à 3,52 x 10 Pa et un indice d'écoulement de fusion de 3,0 décigrammes/min), des couches extérieures 18 en un copolymère rigide d'a- crylate d'acrylonitrile-méthyl lvendu sous la désigna- tion commerciale "BAREX 210 " par VISTRON CORP et ayant une perméabilité à l'égard de 02 à 23 C ( 73 O F) de 3 2 2 4,88 cm 3 / mm x 100 cm 2 x 24 heuresx bar (équivalent à 0,8 cm 3 /10-3 poucex 100 pouces carrésx 24 heures>bar), un indice d'écoulement de fusion de 3 décigrammes/min et un module de traction de 0, 26 x 109 Pa et deux couches de liaison intermédiaires 20 réalisées en un matériau adhésif (vendu par la Société PHILLIPS CHEMICAL sous la désignation commerciale "SOLPRENE 416 P",un polymère bloc ayant un rapport bu- tadiène/styrène de 70/30,une masse moléculaire de 140 Mi une densité de 0, 94 et un indice d'écoulement de fusion de 2 décigrammes/min) Dans le récipient thermo-formé 10, la couche 16 de structure formant masse a une épaisseur de 0,254 mm, les couches rigides extérieures 18 ont chacune une épaisseur de 7,6 x 10-2 mm et les couches de liai- son adhésives intermédiaires 20 ont chacune une épaisseur de 1,3 10-2 mm _l'ensemble conduisant à une paroi dont l'épaisseur est de 0,43 mm La ma- tière rigide des couches extérieures 18 est écartéede l'axe neutre, qui passe par le centre de la couche 16 formant masse, et se trouve dans des zones oẻlle est utiliséeefficacement pour résister aux momentsde flexion et pour conférer E la rigidité à la feuille 14 Ainsi, on peut utiliser des quantités plus petites de matière rigide et il en résulte une économie d'argent lorsque la matière rigide est plus coûteuse quela matière formant masse (par exemple dans le cas considéré, l'acrylate d'acrylonitrile-méthyl est sensiblement plus coûteux que le polyéthylène). En se reportant à la figure 3, on peut voir la structure à sept couches d'une face 21 d'un récipient approprié pour l'emballage d'aliments Les cinq couches du fond sont les mêmes que celles de la structure de la figure 2; cette structure comprend aussi une couche de couverture 22 ayant une épaisseur de 7,6 10-2 mm en polyéthylène de densité moyenne (cons- tituéPdu même matériau que celui de la couche 16 formant masse)colléeà la couche rigide supérieure 18 par une couche de liaison adhésive 24 ayant une épaisseur de 1,3 10-2 mm (réalisée dans la même matière que les couches de liaison adhésives 20) La couche de couverture est située à l'intérieur de telle sorte que les aliments viennent au contact de cette cou- che et non pas contact de la couche rigide en copolymère d'acrylate d'acrylonitrile-méthyl situéeau-dessous, le- quel copolymère n'est pas homologué pour être utilisé comme une matière venant au contact d'aliments. En se reportant à la figure 4, on peut voir l'illustration du procédé de coextrusion pour la réali- sation de la feuille à cinq couches pour le récipient 10. Trois récipients chauffés 30, 32 et 34 servent respec- tivement de sourcesde polyéthylène à moyenne densité, de couche de liaison adhésive, et d'acrylate d'acrylo- nitrile-méthyl Cinq canalisations 36, 37, 38, 39, alimentent la tête de coextrusion 42 en matières chauffées Dans cette tête, les matériaux s'amalgament les uns avec les autres pour former, sous l'effet de la pression, une coulée 44 épaisse à cinq couches, formant une unité, de section transversale dans l'ensemble cir- culaire La couche médiane est en polyéthylène, les couches extérieures sont en acrylate d'acrylonitrile- méthyl, et les couches intermédiaires sont en une ma- tière de couche de liaison adhésive La coulée 44 passe dans la matrice d'extrusion 46 (par exemple du type Welex standard 54 '' à lèvre flexible) et est extrudée sous forme d'une feuille continue 48 ayant une épaisseur d'environ 0,86 mm La feuille 48 passe ensuite à travers une série de rouleaux de refroidissement 49 La feuille peut ensuite être trai- tée pour la fabrication de récipientsou être enroulée sous forme de bobine (non représentée) en vue de son stockage. Pour traiter la feuille 48 afin de réaliser les récipients, on fait passer cette feuille-à travers un appareil classique de thermoformage 50 (du typeà formage sous vide bien connu dans la technique) qui imprime la forme du récipient et, de ce fait, provoque une réduction de l'épaisseur de la paroi d'environ X en moyenne, ce qui conduit à une épaisseur de paroi, pour le récipient terminé, d'environ 0,43 mm. à Les épaisseurs des couches indi- viduelles sont également réduites d'environ 50 % pendant le thermoformage Après thermoformage, les feuilles façonnées 52 passent dans une presse de découpe 54, dans laquelle les récipients individuels 10 sont sé- parés Pour l'utilisation, une feuille de couverture carrée (non représentée) est fixée de manière étanche sur la face carrée 14 après que le contenu ait été placé dans la zone en creux 12. En se reportant à la figure 5, on peut voir une variante de l'appareil de la figure 4 pour la réa- lisation d'une feuille à sept couches Une deuxième tête 56 de coextrusion est insérée entre la première tète de coextrusion 42 et la matrice de coextrusion 46 La coulée à cinq couches 44 est introduite dans la tête de co'_xtrusion 56 avec une coulée de matériau de couche de liaison adhésive en provenance de la canali- une co lée sation 58, qui est reliée à la canalisation 38, et/de polyéthylène en provenance de la canalisation 60, reliée à la canalisation 36 Dans la tête de coextrusion 56, les matières s'amalgament les unes aux autres pour former, sous l'effet de la pression, une coulée épaisse unitaire à sept couches 62 de section transversale de forme géné- rale circulaire, et la coulée 62 passe à travers la ma- trice de co-extrusion 46. Par ce procédé de fabrication, une feuille multicouche complexe peut être préparée de manière simple et rapide à partir de trois sources de matières par un unique procédé de coextrusion, et on n'a pas besoin de laminer un grand nombre de couches différentes ou de feuilles multicouches ensemble D'autresmodes de réalisa- tion de l'invention sont possibles Par exemple, d'autres couches rigides peuvent être utilisées à la place des couches en copolymère d'acrylate d'acrylonitrile-méthyl pour conduire à une feuille rigide D'autres matériaux peu coûteux peuvent être utilisés pour la couche médiane 16 formant masse (par exemple du polyéthylène à basse densité, du polyéthylène linéaire à basse densité, ou du polypropylène) et d'autres couches de liaison adhé- sives peuvent être mises en oeuvre Il est à noter également que deux têtes de coextrusion ne sont pas in- dispensables; une seule tête agencée pour recevoir sept coulées conviendrait. REVENDICATIONS 1 Feuille thermoplastique coextrudée, propre à la fabrication d'un récipient rigide par -thermoformage, caractérisée en ce qu' elle comprend une couche ( 16) formant masse, réalisée en une première matière, une paire de couches ( 18) résistant aux momentsde fle- xion, collées aux surfaces opposées de ladite couche ( 16) formant masse, et réaliséesen une seconde matière qui est plus rigide que la première matière, de telle sorte que la couche ( 16) formant masse a pour fonction de placer ladite seconde matière plus rigide en un en- droit écarté de l'axe neutre de la feuille, endroit o cette seconde matière exerce une résistance au Kmoments de flexion et confère de la rigidité à ladite feuille. 2 Feuille selon la revendication 1, caracté- risée en ce que ladite seconde matière est un copolymère d'acrylate d'acrylonitrile-méthyl, et que lesdites cou- ches ( 18) résistant aux momentsde flexion sont collées à ladite couche ( 16) formant masse par des couches de liaison adhésives ( 20) coextrudées avec ladite couche ( 16) formant masse et lesdites couches ( 18) résistant aux moments de flexion. 3 Feuille selon la revendication 2, caracté- riséepar le fait qu'elle comporte une couche ( 22) de couverture liée à l'une desdites couches ( 18) résistant auxmomentsde flexion par une couche de liaison ( 24) pour permettre d'utiliser ladite feuille pour emballer des aliments. 4 Feuille selon la revendication 3, caractéri- sée par le fait que ladite couche de couverture ( 22) est réalisée dans ladite première matière. Feuille selon la revendication 1, 2 ou 4, caractérisée par le fait que ladite première matière est formée par l'une des matièresdu groupe suivant: polyéthylène à moyenne densité, polyéthylène à faible densité, polyéthylène linéaire à faible densité, ou polypropylène. 6 Récipient thermo-formé à partir d'une feuille coextrudée, caractérisé en ce qu'il comprend une couche formant masse réalisée en une première matière, une paire de couches( 18) résistant aux moments de flexion, collées sur les surfaces opposées de ladite couche ( 16) formant masse et réalisées en une seconde matière qui est plus rigide que ladite première matière, de telle sorte que ladite couche ( 16) formant masse a pour fonc- tion de placer ladite seconde matière plus rigide en un endroit écarté de l'axe neutre de ladite feuille, endroit o la seconde matière résiste efficacement aux momentsde flexion et confère de la rigidité à ladite feuille. 7 Récipient selon la revendication 6, carac- térisé par le fait qu'il a été obtenu par thermoformage d'une feuille coextrudée conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 5, la couche de couverture ( 22), lorsqu'elle est prévue, étant disposée à l'intérieur du- dit récipient pour permettre d'utiliser ce récipient pour emballer des aliments. 8 Procédé de fabrication d'une structure en matière plastique à plusieurs couches, caractérisé par le fait que l'on réalise une feuille en coextrudant une couche formant masse, constituée en une première matière, entre une paire de couches résistant aux moment de flexion constituées en une seconde matière qui est plus rigide que la première matière, de telle sorte que ladite couche formant masse ait pour fonction de placer ladite seconde matière plus rigide en un endroit écarté de l'axe neutre de la feuille, endroit o cette seconde matière résiste efficacementaux moments de flexion et confère de la rigidité à ladite feuille. 9 Procédé selon la revendication 8, carac- térisé par le fait qu'on réalise un récipient par thermo- formage de ladite feuille. Procédé selon la revendication 9, caractéri- sé par le fait que ladite seandematière est un copolymère d'acrylate d'acrylonitrile-méthyl et que ladite opéra- tion de coextrusion comprend la coextrusion de couches de liaison adhésives entre la couche formant masse et lesdites couches résistant au Kmoments:de flexion. 11 Procédé selon la revendication 9 ou 10, dans lequel le récipient est un récipient pour aliments, les- ditescouchesrésistant au Kmomentsde flexion étant consti- tuée en une matière qui est impropre à venir en contact avec les aliments, caractérisé par le fait que ladite opération de coextrusion comprend la coextrusion d Tune couche de couvertures liée à l'une des couches résis- tant auxmomentsde flexion par une couche de liaison cons- tituée en une matière de couche de liaison, et que, pen- dant la phase de zthermoformage, ledit récipient est réa- lisé avec ladite couche de couverture à l'intérieur. 12 Procédé selon la revendication ?, 9 ou 10 caractérisé par le fait que la phase de coextrusion com- prend l'injection de ladite première matière, de ladite seconde matière, et d'une matière de couche de liaison dans une première tête de coextrusion pour former une coulée à cinq couches, comprenant ladite première matière au centre séparée des deux couches de ladite seconde matière par des couches intermédiaires de ladite matière de couche de liaison; l'injection de ladite coulée à cinq couches dans une seconde tête de coextrusion avec ladite première matière et ladite matière de couche de liaison pour former une coulée à sept couches comprenant la coulée à cinq couches, une couche intermédiaire de la- dite matière de couche de liaison et une couche exté- rieure de ladite première matière; et l'introduction de ladite coulée à sept couches à travers une matrice de coextrusion pour produire une feuille à sept couches. 13 Procédé selon la revendication 12 pour la fabri- cation d'un récipient destiné à contenir des aliments, la- dite couche résistant aux moments de flexion étant consti- tuée en une matière impropre à venir en contact avec les aliments, caractérisé par le fait que, pendant la phase de thermoformage, ledit récipient est formé de telle sorte que ladite couche extérieure, constituée en la première matière, est située à l'intérieur du récipient pour empê- cher les aliments placés dans ce récipient de venir en contact avec ladite couche rigide. 14 Procédé selon la revendication 8 ou 9, ca- ractérisé par le fait que la phase de coextrusion comprend l'injection de ladite première matière, de ladite seconde matière et d'une matière de couche de liaison dans une tête de coextrusion pour former une coulée à sept couches comprenant une couche ( 18) de ladite seconde matière, une couche ( 20) de matière de liaison par dessus, une couche ( 16) de ladite première matière par dessus, une couche ( 20) de ladite matière de couche de liaison par dessus, une couche ( 18) de ladite seconde matière par dessus, une couche ( 24) de ladite matière-de couche de liaison par dessus et une couche ( 22) de ladite première matière par dessus - Procédé selon la revendication 13 ou 14,pour la fabrication d'un récipient pour aliments selon la revendi- cation 6 ou 7, caractérisé par le fait que ladite couche résistant aux moments de flexion est constituée en une matière qui est impropre à venir en contact avec les ali- ments, et que, pendant ladite phase de thermoformage, le- dit récipient est formé de telle manière que ladite couche extérieure, en la première matière, soit située à l'intérieur du récipient pour empêcher les aliments placés dans le récipient de venir en contact avec ladite couche rigide.