Brevet FR2811301A1 — publié le 20020111

La présente invention concerne une feuille composite en polystyrène pour la fabrication d'emballages ou de récipients thermoformés, ainsi que son utilisation dans le domaine agro- alimentaire. Les récipients alimentaires du type pots de yaourts sont de manière classique constitués d'un contenant de forme approximativement cylindrique surmontés de bords dépassant sur lesquels est appliqué après remplissage du pot un opercule de fermeture. Ils sont généralement à base d'un polymère compact thermoplastique utilisé en une ou plusieurs couches. Les législations actuelles en matière d'environnement, notamment en Allemagne, imposent des taxes sur les emballages proportionnelles au poids de ces derniers. Il est donc essentiel, pour un fabricant, de limiter le poids de ses emballages à un minimum pour acquitter des taxes le plus réduites possible. Pour réduire le poids des emballages et des récipients, la solution immédiate est de réduire la quantité de matériau qui les compose. Cette réduction de matériau va conduire par exemple à une diminution de l'épaisseur des parois des récipients. Cependant, elle ne doit pas se faire au détriment de la réduction de la résistance, notamment à la 2 2811301 compression. En effet les récipients, pour leur stockage ou leur transport, sont généralement empilés, il ne faut donc pas qu'ils s'affaissent ou s'écrasent, surtout lorsqu'ils sont pleins. Par conséquent, un des buts de la présente invention est de proposer un matériau plus léger que les matériaux utilisés pour les emballages ou les récipients actuels, sans réduction de leur résistance mécanique, notamment à la compression. Un autre but de l'invention est de proposer un matériau qui permette l'impression d'informations ou de motifs décoratifs, cette impression devant être stable, et résister notamment aux frottements et aux rayures. Un autre but de l'invention est de proposer un matériau qui puisse être thermoformé comme les récipients classiques du type pots de yaourts, sur les mêmes machines, par exemple celles utilisées couramment et désignées sous le nom "Form-Fill-Seal">, qui permettent selon une opération continue, à partir des constituants du récipient sous forme de feuilles, de thermoformer le récipient à partir desdites feuilles, de le remplir et de le sceller. Dans le domaine agro-alimentaire les feuilles de matériau 2 0 constituant le récipient sont, avant l'étape de thermoformage, éventuellement passées dans un bain de peroxyde d'hydrogène (H202) en 3 2811301 vue de leur stérilisation. Pour éviter que des gouttes de ce bain de stérilisation ne restent "accrochées" à la surface du matériau polymère, il est indispensable que cette surface soit le plus lisse possible. Tous ces buts sont atteints par une feuille composite tricouche en polystyrène, pour la fabrication d'emballages ou de récipients thermoformés, selon la présente invention, en ce que la feuille comprend comme constituant majoritaire une couche de polystyrène expansé avec un agent d'expansion, recouverte, sur chacune de ses faces, d'une couche de polystyrène compact d'épaisseur plus faible. Une telle structure, constituée majoritairement d'une couche expansée permet de réduire le poids des emballages ou récipients de 15 à %, permettant de réduire d'autant toute taxe proportionnelle au poids de ceux-ci. La résistance mécanique d'un tel matériau composite est équivalente à celle du matériau compact classique, pour une épaisseur totale pratiquement identique. La feuille composite tricouche en polystyrène selon l'invention permet un thermoformage sur les machines habituelles. Selon un mode de réalisation préféré de la feuille composite, la couche de polystyrène expansé est formée d'un mélange de polystyrène choc et de polystyrène cristal, ce qui permet d'allier les avantages d'un 4 2811301 polymère rigide et cassant (polystyrène cristal ou GPPS: general purpose polystyrene) et ceux d'un polymère résistant aux chocs, mais mou (polystyrène choc ou HIPS: high impact polystyrene). Les proportions préférées sont approximativement 30 à 70 % de polystyrène choc et 70 à 30 % de polystyrène cristal, pour la couche de polystyrène expansé. La présence de polystyrène choc permet de pallier la fragilisation de la feuille pouvant résulter de l'expansion de la couche centrale. De manière avantageuse l'agent d'expansion pour la couche de io polystyrène centrale est utilisé dans une proportion approximativement comprise entre 0,5 et 2 % en poids pour 100 % de polystyrène. Cet agent d'expansion permet la création de "bulles d'air" au sein de la couche de polystyrène, provoquées par la dégradation d'un additif lors de l'extrusion. Les additifs ou agents d'expansion peuvent être basés sur des réactions exo ou endothermiques. L'agent d'expansion préféré ici est une combinaison d'hydrogéno-carbonate de sodium et d'un acide organique (par exemple: acide citrique) ou un sel d'acide ou un ester. Les différents additifs sont formulés éventuellement avec un polymère ou une cire et utilisés sous forme de mélange granulaire à 0,2-2 % environ. Les deux couches extérieures en polystyrène compact qui prennent "en sandwich" la couche centrale expansée sont de préférence 2811301 constituées d'environ 60 % en poids de polystyrène choc et d'environ 40 % en poids de polystyrène cristal. La feuille composite selon l'invention peut aussi être recouverte par laminage d'un film de polystyrène imprimé, dont la face imprimée est tournée vers une des couches de polystyrène compact. L'impression (ou le décor) est ainsi protégé. Ce film laminé permet également de rendre encore plus lisse la surface extérieure de la feuille composite, ce qui est avantageux en cas de stérilisation de ladite feuille dans une solution de peroxyde d'hydrogène. 1 0 La feuille composite selon la présente invention est utilisée pour la fabrication de pots ou récipients destinés à l'agro-alimentaire, par exemple de pots pour yaourts, desserts, crèmes, etc. Ces récipients ou emballages thermoformés sont fabriqués selon un procédé comprenant les étapes successives suivantes: a) fabrication d'une couche de polystyrène allégé en présence d'un agent d'expansion, b) contrôle de la morphologie de la feuille, c) coextrusion de la couche de polystyrène allégé et, sur chacune de ses faces, d'une couche de polystyrène compact pour former une feuille composite tricouche, 6 2811301 d) application par laminage d'un film de polystyrène préimprimé sur une face extérieure de la feuille composite tricouche, e) stérilisation éventuelle par passage de ladite feuille dans un bain de peroxyde d'hydrogène, f) thermoformage de la feuille composite tricouche recouverte du film. De préférence l'application du film préimprimé par laminage (étape c) est effectuée à froid, c'est-à-dire, sans chauffage du film et des cylindres de la calandre qui sont, en fonctionnement, à une température ne dépassant pas 65 C environ. Cependant, pour faciliter l'adhésion du film sur la feuille composite, cette dernière est à une temperature plus élevée (par exemple voisine de 200 à 240 C). Il apparaît que la feuille composite selon l'invention, comportant une couche centrale expansée, présente un retrait nettement moins important, c'est-à-dire une orientation moins importante qu'une feuille en polystyrène compact, à la sortie de la filière d'extrusion, lors de la traction sur la feuille au niveau de la calandre. En effet, l'expansion se produit dans les trois dimensions. Il en résulte une moindre orientation des macromolécules dans la feuille sous l'effet de la traction exercée par la calandre, et une moindre orientation longitudinale de la feuille entre la 7 2811301 filière et la calandre. Cette orientation longitudinale moindre (retrait de 2 à 3 % au lieu de 10 %) conduit donc à une surface utile de la feuille plus importante. La feuille composite peut être également recouverte par laminage d'un second film de polystyrène (imprimé ou non) appliqué sur la seconde couche de polystyrène compact. La présente invention va être décrite plus en détail à l'aide de schémas illustratifs suivants: la figure 1 est une vue en coupe (agrandie) d'une feuille composite selon la présente invention; la figure 2 est un schéma illustrant la fabrication de la feuille composite selon la présente invention. Un exemple de feuille composite (1) est présenté sur la figure 1. Elle est constituée ici d'une couche centrale (2) en polystyrène expansé. Cette couche expansée a été produite par un mélange de polystyrène choc 40 % et de polystyrène cristal (60 %) en présence de I % (en poids de polystyrène) d'agent d'expansion, constitué d'acide citrique et d'hydrogéno-carbonate de sodium, qui donne naissance en se dégradant, lors de l'extrusion, à des bulles d'air (5) réparties dans tout le volume de cette couche. Pour permettre de maîtriser la taille des bulles (5) et leur-dispersion, des agents nucléants (sous forme de charges 8 2811301 minérales, cires, polymères...) peuvent être introduits préalablement dans le mélange. Cette couche centrale (2) allégée, est prise en "sandwich" entre deux couches compactes (3 et 4) de polystyrène (PS) formé de 60 % de PS choc et 40 % de PS cristal, pour constituer une feuille composite (1) tricouche selon l'invention. Cette feuille composite (1) est recouverte d'un film pratiquement transparent (6), qui peut comporter, sur sa face (6') tournée vers la couche compacte (3) une impression (information ou décoration). La z0 feuille tricouche selon l'invention est nettement plus légère qu'une feuille compacte classique (constituée généralement de deux couches de polystyrène compactes l'une avec 70 % PS choc et 30 % PS cristal et l'autre ayant 30 % PS choc et 70 % PS cristal). La comparaison des densités donne: - pour une feuille compacte classique de 800 gum d'épaisseur = 1,045 - et pour une feuille allégée selon l'invention de 850 gm d'épaisseur = 0,8 à 0,9 pour une même résistance à la compression. La feuille composite (1) présentée ci-dessus est préparée à l'aide d'un montage tel que schématisé sur la figure 2. 9 2811301 La feuille tricouche (1) est formée par coextrusion des trois couches (2, 3 et 4) décrites ci-dessus. A la sortie de la filière plate (10), la feuille tricouche, à unetempérature de l'ordre de 220 C, est laminée entre deux cylindres (11 et il') d'une calandre, non chauffée, avec le film (6), portant sur une de ses faces (6') l'impression souhaitée. Le film (6) et les cylindres ( 11 et 1 l') de la calandre sont alors à une température comprise entre 30 et 60 C environ. Le film (6) entre en contact avec la feuille (1) extrudée au moment o celle-ci passe entre les cylindres de la calandre. La face imprimée (6') entre alors en contact avec la feuille, ce qui protège l'impression, dès le stade de fabrication. Le film est destiné à rester sur la surface extérieure du pot après thermoformage. Après remplissage, le pot est scellé par une feuille d'operculage qui est appliquée, de manière classique, sur la couche de polystyrène compact opposée au film par rapport à la couche de polystyrène expansée. Il n'y a donc pas de modification à prévoir pour les machines de thermoformage, de remplissage et de scellage (Form-Fill-Seal). 2811301 REVENDICATIONS 1. Feuille composite (1) tricouche en polystyrène pour la fabrication d'emballages ou de récipients thermoformés, caractérisée en ce qu'elle comprend comme constituant majoritaire une couche (2) de polystyrène expansé avec un agent d'expansion, recouverte, sur chacune de ses faces, d'une couche de polystyrène compact (3, 4) d'épaisseur plus faible. 2. Feuille composite (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la couche de polystyrène expansé (2) est formée d'un mélange de polystyrène choc et de polystyrène cristal. 3. Feuille composite (1) selon la revendication 2 caractérisée en ce que la couche de polystyrène expansé (2) est constituée de polystyrène choc dans une proportion approximativement comprise entre 30 et 70 % et de polystyrène cristal dans une proportion approximativement comprise entre 70 et 30 % en poids. 4. Feuille composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'agent d'expansion pour la couche de polystyrène centrale (2) est utilisé dans une proportion approximativement comprise entre 0,5 et 2 % en poids pour 100 % de polystyrène. il 2811301 5. Feuille composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que l'agent d'expansion est un mélange d'acide citrique et d'hydrogéno-carbonate de sodium et/ou de potassium. 6. Feuille composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les deux couches compactes (3, 4) sont constituées d'environ 60 % en poids de polystyrène choc et d'environ 40 % en poids de polystyrène cristal. 7. Feuille composite (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est recouverte par laminage d'un film (6) de polystyrène imprimé, dont la face imprimée (6') est tournée vers une des couches (3) de polystyrène compact. 8. Feuille composite (1) selon la revendication 7 caractérisée en ce qu'elle est recouverte par laminage d'un second film de polymère appliqué sur la seconde couche (3) de polystyrène compact. 1 5 9. Utilisation de la feuille selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la fabrication de pots destinés à l'industrie agro-alimentaire. 10. Utilisation selon la revendication 9 pour la fabrication de pots pour yaourts, desserts, crèmes... 11. Procédé de fabrication d'emballages ou récipients thermoformés comprenant les étapes successives suivantes: 12 2811301 a) fabrication d'une couche de polystyrène allégé (2) en présence d'un agent d'expansion, b) contrôle de la morphologie de la feuille, c) coextrusion de la couche de polystyrène allégé (2) et, sur chacune de ses faces, d'une couche de polystyrène compact (3, 4) pour former une feuille composite tricouche (1) selon la revendication 1, d) application par laminage d'un film (6) de polystyrène préimprimé sur au moins une face extérieure (3) de la feuille composite tricouche, e) stérilisation éventuelle par passage de ladite feuille dans un bain de peroxyde d'hydrogène, f) thermoformage de la feuille composite tricouche recouverte du film. 12. Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que l'application du film par laminage est effectuée sans chauffage du film.