Brevet FR3018066A1 — publié le 20150904

La présente invention concerne un bouchon pour flacon destiné à contenir un fluide. Elle concerne également un procédé de fabrication d'un bouchon. Les bouchons plastiques sont classiquement fabriqués à partir de matières plastiques transformées selon un procédé d'injection thermoplastique qui consiste à faire fondre de la matière dans un ensemble vis/fourreau régulé et à pousser la matière dans un moule à cavités multiples pour permettre de mettre en forme et de refroidir la matière. Les acteurs de ce domaine sont confrontés aux coûts des matières plastiques utilisées qui augmentent proportionnellement avec le coût des hydrocarbures. La présente invention vise à réduire les coûts en proposant un bouchon pour flacon destiné à contenir un fluide, le bouchon comprenant au moins une portion d'obturation et une portion latérale destinée à être fixée sur le flacon, la portion d'obturation comprenant selon une direction sensiblement perpendiculaire à la portion latérale une première région formée en matériau plastique non expansé, une seconde région formée en matériau plastique expansé et une troisième région formée en matériau plastique non expansé, la seconde région étant disposée entre la première région et la troisième région. Ainsi, la présence de la seconde région en matériau plastique expansé permet d'atteindre une épaisseur de bouchon suffisante pour assurer l'obtention d'une rigidité nécessaire, tout en limitant la quantité des matières premières utilisées. La réduction du poids des bouchons permet alors la réduction des coûts tout en conservant les propriétés fonctionnelles, physiques et chimiques des bouchons. Par l'expression « matériau plastique non expansé », on entend dans le présent document un matériau plastique plein, correspondant aux termes anglo-saxon cunfoamed plastic material' ou 'plain materiar. Par ailleurs, les première et troisième régions formées en matériau plastique non expansé correspond à ce qui est parfois nommé `la peau' et la seconde région formée en matériau plastique expansé est parfois appelée le `cceur moussé'. Selon une disposition particulière, la portion d'obturation du 35 bouchon est constituée d'une paroi d'obturation présentant la forme générale d'un disque et adaptée à obturer le goulot du flacon. Dans cette configuration, la portion latérale est constituée d'une paroi latérale présentant une forme générale cylindrique formant une jupe solidaire de la paroi d'obturation. Avantageusement, le bouchon est obtenu à partir d'une formulation comprenant au moins une polyoléfine à base de propylène et au moins un 5 agent d'expansion dans une proportion de composants actifs comprise entre 0.3% et 2.5% en poids. Cette formulation conduit à un bon moussage dans les conditions de fabrication par thermo-injection par l'utilisation d'un mélange maitre qui inclus l'au moins un agent d'expansion sous forme diluée dans une matrice 10 compatible avec la résine transformée. L'homogénéisation et l'activation thermique de l'agent d'expansion se passe dans un ensemble/vis fourreau. Lorsque le bouchon est destiné à des applications dans le domaine alimentaire, pharmaceutiques ou paramédical, l'agent d'expansion est avantageusement choisi parmi les agents endothermiques tels que de l'acide 15 citrique, du bicarbonate de soude ou un mélange de ces agents. De préférence, la formulation comprend un indice de fluidité compris entre 20 et 50 g/10min de sorte que la portion d'obturation présente une résistance aux chocs de 3,5 à 10 kJ/m2 en choc izod entaillé à 23°C. Ces valeurs sont obtenues selon la norme IS0179/1eA. De plus, un tel indice de 20 fluidité permet l'injection de la formulation à des températures relativement basses, de l'ordre de 200-210°C. Ceci réduit le temps nécessaire au refroidissement du bouchon, ce qui correspond à la durée la plus importante dans le procédé, de sorte que le temps de cycle est diminué de façon conséquente. 25 De préférence encore, le matériau de la portion d'obturation comprend un taux d'expansion compris entre 30 et 70%. Ceci permet d'atteindre une rigidité suffisante malgré une quantité de matériau réduite. Avantageusement la portion d'obturation présente une épaisseur comprise entre 1.3 et 1.7 mm de sorte à présenter un module apparent de 30 flexion de 800 à 1500 MPa. En effet, cette épaisseur de la portion d'obturation est critique compte tenu du taux d'expansion. Si l'épaisseur était moindre, la portion d'obturation pourrait montrer des défaillances en termes de rigidité mécanique de sorte que le bouchon ne pourrait pas convenir à toutes les utilisations. En effet, lorsque le flacon contient par exemple une boisson 35 gazeuse, la portion d'obturation doit pouvoir supporter une pression de plus de 6 bars pour ne pas se déformer. Selon une disposition, la portion d'obturation comprend un orifice destiné au passage du fluide, le bouchon comportant en outre une portion de fermeture agencée pour fermer l'orifice. Ainsi, le bouchon obtenu permet de garantir une fermeture fiable du flacon tout en facilitant sont utilisation. Selon une autre disposition, la portion de fermeture est rattachée à la portion d'obturation par une portion charnière. Ainsi, la portion de fermeture est solidaire de la portion d'obturation de sorte que le risque de perte de la portion de fermeture est limité. Avantageusement, la portion de fermeture est formée au moins en 10 partie par le matériau plastique expansé de sorte que peu de matière est nécessaire pour sa fabrication. De préférence, la portion charnière est constituée du matériau plastique non expansé de sorte qu'elle présente les propriétés de résistance mécanique en fatigue (ou endurance charnière) suffisantes pour être sollicitées 15 et pliées plusieurs fois sans rompre lors de l'ouverture et la fermeture de l'orifice. Selon une variante, la portion d'obturation comprend une face orientée du coté de la portion latérale et à partir de laquelle s'étend en saillie un élément de renfort en matériau plastique non expansé. La présence d'au moins 20 un élément de renfort rend possible la diminution de la quantité de matière première pour la fabrication de la portion d'obturation. En effet, les éléments de renfort rigidifient la portion d'obturation de sorte que son épaisseur peut être réduite ou que son taux d'expansion peut être augmenté, tout en garantissant une résistance mécanique au bouchon. Bien entendu, l'élément de renfort est 25 arrangé de sorte à ne pas gêner l'obturation du flacon. Selon une disposition, la portion de fermeture comprend une face orientée du coté de la portion d'obturation en position de fermeture et à partir de laquelle s'étend en saillie un élément de renfort en matériau plastique non expansé. 30 De préférence, le au moins un élément de renfort est formé d'une nervure s'étendant de façon sensiblement perpendiculaire à la face à laquelle elle est rattachée. Cette conformation garantie le fait que le matériau plastique de l'élément de renfort restera non expansé. La au moins une nervure présente toute géométrie adaptée à la 35 rigidification de la portion à laquelle elle est rattachée. Elle peut présenter une forme globale d'un ou de plusieurs cercles concentriques, d'un cercle doté de rayons intérieurs ou d'une forme rectiligne. La hauteur de la au moins une nervure peut être variable. Selon une possibilité, la portion latérale du bouchon comprend un 5 pas de vis formé du matériau plastique non expansé. Ce pas de vis est adapté pour être vissé au goulot du flacon. Selon un second aspect, l'invention propose également un procédé de fabrication d'un bouchon, le procédé comprenant les étapes consistant à - a) Fournir une formulation et comprenant au moins un agent 10 d'expansion, - b) Fournir un moule à injection comprenant une partie fixe et une partie mobile, - c) Positionner la partie mobile sur la partie fixe de sorte à créer un premier écartement, 15 - d) Injecter la formulation dans le moule à injection de sorte à remplir le premier écartement, et - e) Déplacer la partie mobile du moule à injection dans une direction d'ouverture par rapport à la partie fixe du moule à injection de sorte à former un second écartement supérieur au premier écartement afin que l'agent 20 d'expansion génère l'expansion de la formulation dans une direction perpendiculaire à la direction d'ouverture du moule à injection jusqu'à remplir la totalité du second écartement. Ce procédé permet alors de facilement fabriquer un bouchon dont les portions perpendiculaires à la direction d'ouverture de la partie mobile 25 peuvent moussées. Les portions du bouchon parallèles à la direction d'ouverture de la partie mobile du moule ayant peu d'espace lors de l'ouverture du moule restent figées en matériau plastique non expansé. Il est ainsi possible de fabriquer un bouchon dont la portion d'obturation est moussée tandis que les portions de fixations est en matériau non expansé. 30 Par ailleurs, selon l'épaisseur des portions du bouchon s'étendant de façon sensiblement perpendiculaire à la direction d'ouverture du moule, certaines portions seront refroidies avant de pouvoir mousser. De préférence, le rapport entre le second écartement et le premier écartement est compris entre 1.2 et 1.8. Il est ainsi possible d'obtenir un taux 35 d'expansion du matériau plastique de l'ordre de 20 à 80%. De préférence encore le rapport entre le second écartement et le premier écartement est compris entre 1.3 et 1.7. Le taux d'expansion atteignable est alors compris entre 30 et 70%. Selon un troisième aspect, l'invention concerne une formulation 5 pour la fabrication de bouchon, la formulation comprenant un indice de fluidité compris entre 20 et 50g/10min. Ainsi, le refroidissement de la formulation injectée est très rapide. Lors de l'ouverture du moule, seul le matériau plastique des portions les plus épaisses du bouchon aura le temps de mousser. Il est alors possible d'obtenir une portion charnière s'étendant de façon 10 perpendiculaire à la direction de l'ouverture du moule en matériau non moussé de sorte que cette portion conserve ses propriétés de résistance à la fatigue (« effet charnière » typique du polypropylène non moussé) comme pour un bouchon traditionnel. Selon une disposition la formulation est dépourvue de charges 15 minérales et comprend au moins une polyoléfine choisie parmi un copolymère de propylène et d'éthylène PP, un homopolymère, un copolymère statistique ou un mélange de ces matériaux. Le copolymère statistique est communément appelé Random CoPolymer' ou RCP en terminologie anglo-saxonne. 20 Selon une disposition la formulation comprend un agent nucléant, tel que du talc de nucléation, du benzoate de sodium (NaBz comme sodium 2,2'-methylene-bis-(4,6-di-tert-butylphenyl) phosphate de Asahi Denka Kogyo K.K., connu commercialement sous la dénomination NA-11®), un sel d'ester de phosphate ou un « calcium metal sait » (Hyperform® HPN-20E) dans une 25 proportion comprise entre 300 et 1500 ppm. Selon une autre disposition la formulation comprend un agent clarifiant, tel qu'un dérivé du sorbitol (1,3:2,4-dibenzylidene sorbitol - DBS Irgaclear D de CIBA ou Millad 3905 de Milliken, 1,3:2,4-di-p-methyldibenzilidene sorbitol MDBS - Irgaclear DM de CIBA ou Millad 3940 de Milliken, 30 1,3:2,4-di-m,p-methylbenzylidene sorbitol DMDBS , Millad 3988 de Milliken) dans une proportion comprise entre 500 et 2000 ppm ou un dérivé du nonitol (1,2,3-trideoxy-4,6:5,7-bis-0-[(4-propylphenyl) methylene]-nonitol) dans une proportion comprise entre 3000et 5000 ppm. Avantageusement, les composants actifs de l'agent d'expansion 35 sont dans une proportion comprise entre 0.3% et 2.5% en poids. L'agent d'expansion est choisi parmi l'acide citrique, le bicarbonate de soude ou un mélange de ces composés. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante de plusieurs modes 5 de réalisation de celle-ci, donnés à titre d'exemples non limitatifs et faits en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas nécessairement l'échelle de tous les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité. Dans la suite de la description, par souci de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des différentes formes de réalisation 10 portent les mêmes références numériques. Les figures 1 et 2 représentent un bouchon selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 représente un bouchon selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. 15 La figure 4A représente un bouchon selon un troisième mode de réalisation de l'invention. La figure 4B illustre une vue en coupe selon un axe A-A' du bouchon représenté sur la figure 4A. Les figures 5 et 6 illustrent le procédé de fabrication d'un bouchon 20 selon une mode de réalisation de l'invention. La figure 1 illustre la forme d'un précurseur 1 d'un bouchon selon l'invention avant expansion de la formulation de la matière plastique et la figure 2 illustre le bouchon 100 pour flacon destiné à contenir un fluide, après expansion de la matière plastique. Le bouchon 100 comporte une portion 25 d'obturation 2, de la forme générale d'un disque destiné à obturer un flacon et une portion latérale 6 comportant un pas de vis pour une fixation au flacon. La portion latérale 6 présente une forme générale cylindrique solidaire de la portion d'obturation 2. Après expansion tel qu'illustré à la figure 2, la portion d'obturation 2 du bouchon 100 présente trois régions s'étendant dans un plan 30 parallèle au plan du disque : une première région 3 en matériau plastique non expansé, communément appelée la peau, une deuxième région 4 en matériau plastique expansé communément appelée le coeur moussé et une troisième région 5 en matériau plastique non expansé ou peau. Le taux d'expansion du matériau plastique de la portion d'obturation 2 est d'environ 50% de sorte 35 qu'elle présente une épaisseur d'environ 1.5 mm. Cette épaisseur et ce taux d'expansion permettent d'atteindre des propriétés mécaniques similaires à celles d'une portion d'obturation 2 traditionnelle. La portion latérale 6 est en matériau plastique non expansé, elle présente une épaisseur d'environ 1 mm. Selon une variante non illustrée du bouchon 100, la portion d'obturation 2 et portion latérale 6 présentent d'autres formes. Dans une autre 5 variante, la portion latérale 6 est dépourvue de pas de vis mais comprend tout autre type de dispositif pour la fixation au flacon. Selon une variante non illustrée, le taux d'expansion est compris entre 20 et 80%. Selon encore une autre variante, le taux d'expansion est compris entre 30 et 70%. 10 La figure 3 illustre un bouchon 100 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Ce bouchon 100 diffère notamment du bouchon 100 du premier mode de réalisation en ce qu'il comprend un orifice 7 pour le passage du fluide et une portion de fermeture 9 de l'orifice 7, reliée à la portion d'obturation 2 par une portion charnière 8. La portion d'obturation 2 et la portion 15 de fermeture 9 sont formées d'au moins un matériau plastique expansé avec un taux d'expansion de 70%. Les épaisseurs desdites portions 2,9 sont d'environ 1.7 mm. Par ailleurs, la portion charnière 8 en matière plastique présente une épaisseur d'environ 0.7 mm de matériau plastique non moussé. En effet, cette fine épaisseur est très vite refroidie après l'injection de la 20 formulation, de sorte que lorsque le moule est ouvert pour le moussage, cette portion 8 est déjà rigidifiée. La portion latérale 6 est en matériau non expansé pour les mêmes raisons que celles précédemment mentionnées. Selon une variante non illustrée, le bouchon 100 est dépourvu de la portion charnière 8 de sorte que la portion de fermeture 9 n'est pas reliée au 25 bouchon 100. La figure 4A illustre un bouchon 100 selon un troisième mode de réalisation qui diffère des deux précédents en ce que la face de la portion d'obturation 2 située du coté de la portion latérale 6 est munie d'un élément de renfort 11 présentant la forme d'une nervure en matériau plastique non 30 expansé qui augmente la résistance mécanique de la portion d'obturation 2. La figure 4B illustre le même mode de réalisation selon une vue en coupe selon l'axe A-A'. Selon d'autres possibilités non illustrées, la nervure 11 peut être curviligne, peut présenter plusieurs cercles concentriques, former une croix et toute autre forme permettant de renforcer la portion d'obturation 2. Selon 35 encore une autre possibilité non illustrée, la nervure 11 est prévue sur la portion de fermeture 9 d'un bouchon 100. Le bouchon 100 illustré sur les figures 1 à 4 est obtenu à partir d'une formulation comprenant au moins une polyoléfine à base de propylène et au moins un agent d'expansion dans une proportion de composants actifs comprise entre 0.3% et 2.5% en poids et un indice de fluidité compris entre 20 et 50 g/10min. Selon une variante, la polyoléfine comprend un copolymère de propylène et d'éthylène PP, un homopolymère, un copolymère statistique ou un mélange de ces matériaux. Les figures 5 et 6 illustrent le procédé de fabrication d'un bouchon 100 selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 5 illustre un moule à injection 200 comprenant une partie fixe 12 et partie mobile 13 positionnées l'une par rapport à l'autre pour former un premier écartement 14. La formulation comprenant un agent d'expansion est injectée jusqu'à remplir l'espace formé par le premier écartement 14. Les portions les plus minces, telle que la portion charnière 8 par exemple, refroidissent très rapidement de sorte que la matière plastique se fige. Puis comme illustré à la figure 6, la partie mobile 13 du moule est déplacée par rapport à la partie fixe 12 de sorte à ouvrir le moule 200 en formant un second écartement 15 plus important que le premier écartement 14. La formulation mousse alors dans une direction parallèle à la direction d'ouverture (flèche 16) du moule. Ainsi, les portions orientées dans une direction sensiblement perpendiculaire à la direction d'ouverture 16 du moule peuvent mousser jusqu'à remplir la totalité de l'espace délimité par le second écartement 15. De ce fait, la portion d'obturation 2 du bouchon 100 présente au moins une région 4 en matériau plastique expansé entre deux peaux 2,5 et la portion latérale 6 présente un matériau plastique non expansé par manque d'espace. La différence entre le premier écartement 14 et le second écartement 15 est déterminée par le taux d'expansion souhaité. Le second écartement 15 est compris entre 1.2 et 1.8 fois le premier écartement 14. Ainsi, la présente invention propose un bouchon 100 allégé nécessitant moins de matière première qu'un bouchon traditionnel tout en présentant les mêmes propriétés. Par ailleurs, l'invention propose également un procédé pour la fabrication de tels bouchons qui est simple et rapide à mettre en oeuvre. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation 35 décrit ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons. REVENDICATIONS1. Bouchon (100) pour flacon destiné à contenir un fluide, 5 caractérisé en ce que le bouchon (100) comprend au moins une portion d'obturation (2) et une portion latérale (6) destinée à être fixée sur le flacon, la portion d'obturation (2) comprenant selon une direction sensiblement perpendiculaire à la portion latérale (6) une première région (3) formée en matériau plastique non expansé, une seconde région (4) formée en matériau 10 plastique expansé et une troisième région (5) formée en matériau plastique non expansé, la seconde région (4) étant disposée entre la première région (3) et la troisième région (5). 2. Bouchon (100) selon la revendication 1, dans lequel le bouchon 15 (100) est obtenu à partir d'une formulation comprenant au moins une polyoléfine à base de propylène et au moins un agent d'expansion dans une proportion de composants actifs comprise entre 0.3% et 2.5% en poids. 3. Bouchon (100) selon la revendication 2, dans lequel la 20 formulation comprend un indice de fluidité compris entre 20 et 50 g/10min de sorte que la portion d'obturation (2) présente une résistance élevée aux chocs. de sorte que la portion d'obturation présente une résistance aux chocs de 3,5 à 10 kJ/m2 en choc izod entaillé à 23°C. 25 4. Bouchon (100) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le matériau de la portion d'obturation (2) comprend un taux d'expansion compris entre 30 et 70%. 5. Bouchon (100) selon l'une des revendications 1 à 4, dans 30 lequel la portion d'obturation 2 présente une épaisseur comprise entre 1.3 et 1.7 mm de sorte à présenter un module apparent de flexion de 800 à 1500 MPa. 6. Bouchon (100) selon l'une des revendications 1 à 5, dans 35 lequel la portion d'obturation (2) comprend un orifice (7) destiné au passage du fluide, le bouchon (100) comportant en outre une portion de fermeture (9) agencée pour fermer l'orifice (7). 7. Bouchon (100) selon la revendication 6, dans lequel la portion de fermeture (9) est rattachée à la portion d'obturation (2) par une portion charnière (8). 8. Bouchon (100) selon la revendication 7, dans lequel la portion charnière (8) est constituée du matériau plastique non expansé. 9. Bouchon (100) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel 10 la portion d'obturation (2) comprend une face orientée du coté de la portion latérale (6) et à partir de laquelle s'étend en saillie au moins un élément de renfort (11) constitué du matériau plastique non expansé. 10. Procédé de fabrication d'un bouchon (100), caractérisé en ce 15 qu'il comprend les étapes consistant à - a) Fournir une formulation dépourvue de charge minérales et comprenant au moins un agent d'expansion, - b) Fournir un moule à injection (200) comprenant une partie fixe (12) et une partie mobile (13), 20 - c) Positionner la partie mobile (13) sur la partie fixe (12) de sorte à créer un premier écartement (14), - d) Injecter la formulation dans le moule à injection (200) de sorte à remplir le premier écartement (14), et - e) Déplacer la partie mobile (13) du moule à injection (200) dans 25 une direction d'ouverture (16) par rapport à la partie fixe (12) du moule à injection (200)de sorte à former un second écartement (15) supérieur au premier écartement (14) afin que l'agent d'expansion génère l'expansion de la formulation dans une direction perpendiculaire à la direction d'ouverture (16) du moule à injection (200) jusqu'à remplir la totalité du second écartement (15). 30 11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel le rapport entre le second écartement (15) et le premier écartement (14) est compris entre 1.2 et 1.8. 35