Brevet FR3151315A1 — publié le 20250124

TITRE : CONTENANT DE LIQUIDE, PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONSTITUTION D’UN TEL CONTENANT Le contenant pour liquide est sous forme de tube polypropylène operculé avec un film d'aluminium. Dans des modes de réalisation : - l’opercule est en aluminium coextrudé avec une couche de polypropylène, - le tube présente, avant operculage, un épaulement externe à proximité de son embouchure, - le tube est operculé avec une induction magnétique, - le flux d’induction magnétique est limité à la partie de l’opercule en regard de l’embouchure du tube, - le flux d’induction magnétique est plus élevé en regard de la paroi interne de l’embouche du tube qu’en regard de la paroi externe de l’embouchure du tube. CONTENANT DE LIQUIDE, PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONSTITUTION D’UN TEL CONTENANT Domaine technique de l’invention La présente invention vise un contenant de liquide, un procédé et un dispositif de constitution d’un tel contenant. Elle s’applique, en particulier, à la constitution de doses de médicaments et de produits buvables, par exemple des compléments alimentaires ou des boissons énergisantes. Etat de la technique Traditionnellement, les contenants de doses de médicaments liquides étaient des ampoules cylindriques en verre à deux pointes. Leurs avantages comportent leur capacité à contenir une monomatière, c’est-à-dire une matière uniforme, la barrière que le verre représente l’imperméabilité du verre aux gaz comme aux liquides et leur faible coût de revient. Cependant, les ampoules en verre à deux pointes présentent de nombreux inconvénients. Tout d’abord, le verre est un matériau cassant et lourd, qui impose donc des contraintes logistiques importantes. De plus, une fois ouvertes par rupture de l’une de leurs pointes, ces ampoules peuvent provoquer des coupures de la peau de l’utilisateur. Il y a aussi des risques, lors de l’ouverture par rupture d’une pointe, que des débris de verres accompagnent le liquide et soient avalés par l’utilisateur, avec des risques de coupure dans son appareil digestif. Le verre ne permet pas, non plus, de réaliser une impression, ou décor, autre que monochrome et de faible résolution. Une évolution de cette ampoule à deux pointes est l’ampoule « bouteille » cylindrique en verre à une seule pointe. Cette ampoule présente les mêmes inconvénients que l’ampoule à deux pointes. De plus, sa fabrication est plus onéreuse que celle de l’ampoule à deux pointes. Des flacons en matière synthétique ont aussi été utilisés. Ce sont des contenant unidose en matière synthétique obturés par bouchon vissé. Ces flacons ont pour avantages qu’ils sont robustes et non cassants, qu’ils peuvent être remplis unitairement et qu’ils peuvent être décorés en quadrichromie par pose d’étiquette. En revanche, leur matière synthétique ne constitue pas une barrière pour les atomes ou molécules, ce qui peut entraîner une détérioration de leur contenu, voire la formation de molécules indésirables ou dangereuses, par exemple par oxydation ou pénétration d’atomes ou de molécules provenant de la colle ou des colorants de l’étiquette. De plus, ces flacons ne sont pas stérilisables et leur coût de revient est élevé. Les « Unicadose » ® ont pour avantages d’être robustes et stérilisable, mais avec des risques de déformation et de fuite. Elles ont les principaux inconvénients suivants. Leur matériau ne constitue pas une barrière pour les atomes ou molécules, notamment dans leur zone sécable, particulièrement fine (de l’ordre de quelques centièmes de millimètres d’épaisseur) qui aggrave la porosité à l'oxygène. Leur étanchéité étant obtenue par emboitement, elles présentent des risques de fuite et de présence de liquide dans la partie assemblée. Leur coût de revient est élevé. Leur sécabilité n’est pas maitrisée car l’épaisseur de matière réduite au niveau de l'ouverture varie avec l'usure du moule. Leur remplissage est collectif ou semi collectif, impliquant un dosage très hétérogène avec un risque important de remplissage non-conforme. Leur décor est nécessairement monochrome. Les sticks ® sont des contenants en aluminium souple. Ils présentent les avantages d’être robustes, à remplissage unitaire. Ils peuvent être décorés en quadrichromie et leur parois constituent des barrière pour les atomes et molécules, notamment l’oxygène. Cependant, ils ont de nombreux inconvénients. Ils ne sont pas stérilisables, ce qui impose l’utilisation de conservateurs. Ils ont une faible contenance et leur ouverture est difficile pour un utilisateur moyen. La présente invention concerne la fabrication de contenants pour liquides, par exemple des compléments alimentaires liquide en monodose (dose unitairement consommée), qui répond à tout ou partie des critères suivants : - robuste, - stérilisable, - décorable, - facile à ouvrir par un utilisateur quelconque, - économique, - dont le dosage est fiable, et - dont plus de 90 % de la surface constitue une barrière pour les atomes et les molécules, notamment l’oxygène. Selon un premier aspect, la présente invention vise un contenant sous forme de tube polypropylène operculé avec un film d'aluminium. Pour assurer la qualité de l'assemblage de ces matériaux, et assurer l'étanchéité parfaite du contenant, malgré le stress thermique et mécanique dû au procédé de stérilisation, tout en permettant l'ouverture sans outils pour le consommateur, et en respectant les contraintes de cadences de production, l'utilisation de tête thermique directe est impossible. En effet, sur un contenant rempli, la chaleur nécessaire à la fusion des matériaux se propage à toutes les parties à proximité du poinçon. La dilatation de la chambre d'air résiduelle au dessus du liquide qui en résulte crée une augmentation de la pression dans le tube qui, à son tour, génère une poussée sur l'opercule lors de la chauffe. Lors du retrait du poinçon de la tête, alors que le polypropylène est encore en fusion, cette poussée génère un décollement de l'opercule. L'étanchéité ne peut donc pas être obtenue. Selon des modes de réalisation de l’invention, on met en œuvre une tête de scellement par induction. Avec cette technologie, l'opercule devient la partie chaude du procédé. Le champ d'induction est dirigé en priorité vers les parties en contact en périphérie de l'opercule afin de réduire la déperdition de chaleur. Cela a pour effet de limiter l'échauffement de la chambre d'air résiduelle. Pour réaliser cette induction périphérique, on prévoit un élément perturbant le champ magnétique, par exemple en graphite positionné sur la partie centrale de l’opercule. Préférentiellement, l’opercule est en aluminium coextrudé avec une couche de polypropylène, ce qui améliore l’adhérence de l’opercule sur le tube de polypropylène. Dans des modes de réalisation, une fois la fusion et donc l'assemblage réalisé, l'induction est arrêtée et le poinçon de la tête reste en pression jusqu'au refroidissement du polypropylène. Celui-ci n'étant plus en fusion lors du retrait du poinçon, et la pression de l'air étant quasi nulle, rien ne vient perturber la liaison et l'étanchéité obtenue est maitrisé. De plus, l'utilisation de cette technologie permet une cadence plus élevée et s'affranchit de la gestion de la température (préchauffage, refroidissement et maîtrise de l'échauffement tout au long de la production). La gestion des valeurs des paramètres de puissance et de temps des phases, alliée à un refroidissement par air lors des phases de repos pendant le cycle, permet de garantir la reproductivité des opérations pendant toute la durée de la production avec une précision très élevé. Un autre risque lié au thermoscellement est que la diffusion de la matière en fusion lors du scellement n'est pas maîtrisée. Cela crée des excédants de matière à l'extérieur des génératrices du tube, cylindrique ou conique, qui peuvent remonter sur l'opercule. Cela génère une augmentation significative du diamètre extérieur du tube, un résultat grossier et de grosses difficultés pour l'ouverture du contenant par le consommateur. Cette difficulté très hétérogène ne peut être résolue avec l'utilisation du thermoscellement classique. Selon un autre aspect de l’invention, éventuellement complémentaire au premier, on diminue la quantité de matière en périphérie du tube dans la zone de scellement pour que l'excédant de matière en fusion restant dans le périmètre extérieur des génératrices du tube. Dans des modes de réalisation de chacun des aspects de l’invention, on oriente le flux magnétique d'induction pour que la fusion se fasse de manière préférentielle sur la partie de l’opercule en regard du périmètre intérieur du tube. La matière en fusion sur laquelle s’applique la pression est don plus molle sur la paroi intérieure du tube que sur sa paroi extérieure, si bien que cette matière se rétracte vers le centre de l’opercule. Or, seul l'opercule étant chaud, aucune fusion du tube ne peut se produire hors de la zone de contact des deux parties. L'ensemble de ces mesures nous permet d'augmenter la surface de contact entre le tube et l'opercule pour une meilleure étanchéité sans dégrader la facilité d'utilisation de l'opercule lors de l'ouverture manuelle par un utilisateur. Selon un troisième aspect, éventuellement complémentaire aux l’un et/ou l’autre des deux premiers aspects, pour le décor, on met en œuvre une étiquette IML (acronyme de « In Moule Labelling » pour étiquetage en moule). Cette étiquette permet l'obtention d’un décor en quadrichromie. L'utilisation de tube en polypropylène "cristal", donc sans aditif, est un avantage qualitatif indéniable pour le marché visé. Dans des modes de réalisation, l’étiquette est constituée d’un matériau, ou support, "barrière", c’est-à-dire ne permettant pas le passage d’oxygène dans son épaisseur. Cette caractéristique résoudre le problème des contenants en polypropylène qui sont relativement poreux pour l’oxygène. On note que l'utilisation d'autres matériaux courants tels que le PET (polyéthylène), qui peut avoir de meilleures propriétés barrière, est incompatible avec le traitement thermique de stérilisation. Préférentiellement, le monodose objet de l’invention est un tube relativement long et étroit, dont la dimension parallèle à l’axe de symétrie de rotation est, par exemple, supérieure à cinq fois le diamètre. Cependant, pour maintenir l'étiquette IML dans le moule lors de l'injection de la matière, il n’est connu que de charger cette dernière d'une charge électrostatique pour l'obliger à se coller aux parois du moule. Mais, le diamètre du tube étant très faible, les parois opposées de la cavité du moule sont très proches et viennent perturber la répartition homogène de l'étiquette. Cette technologie ne peut donc être utilisée. Selon un quatrième aspect de l’invention, on maintient l'étiquette en place dans le moule à l'aide de venturi (aspiration d'air) à travers des ouvertures du moule externe. Dans des modes de réalisation, l'étiquette ne faisant pas la totalité de la circonférence du tube. Le dispositif d’aspiration d’air est alors configuré pour être suffisamment large pour permettre le passage de l'air et un effet de d'aspiration suffisant sans pour autant autoriser l'aspiration de matière injectée dans le moule, qui viendrait obturer le dispositif en cas d'absence ou de défaut d'intégrité de l'étiquette lors de l'injection. Préférentiellement, le diamètre des canaux d’aspiration est compris entre 5 à 15 microns. Préférentiellement, le dispositif d’aspiration comporte au moins deux canaux par moule, positionnés à proximité des extrémités de la pièce à mouler. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques de l’invention ressortiront de la description qui va suivre, faite dans un but explicatif et nullement limitatif en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement et en vue de dessus, une unité de fabrication objet de l’invention, représente, en vue de dessus, la température sur la surface circulaire d’un opercule pendant la fermeture d’un contenant, représente un chronogramme d’activation d’un composant d’échauffement d’un opercule pendant la fermeture d’un contenant, représente une vue de côté et une vue de dessus d’un exemple de contenant objet de l’invention, représente, en vue en coupe référencée en , le contenant illustré en , représente un détail de la référencé en , représente, en coupe, une partie de fond du contenant illustré en figures 4 à 6, et représente, en coupe, une partie d’embouchure, avant operculage, du contenant illustré en figures 4 à 7. Dans toute la description, on utilise les termes suivants : - « Monodose » : un contenant unidose en matière synthétique. - « Remplissage unitaire » : action de remplir le monodose de façon unitaire, en maitrisant la quantité de liquide insérée dans le monodose. - « Remplissage collectif » : action de remplir des monodoses de façon collective. - « Stérilisation » : traitement thermique d'une température supérieure à 100°C et d'une durée comprise entre 12 à 30 min. - « Tyndallisation » : traitement thermique d'une température inférieure à 100°C (généralement 70°C) d'une durée de 60 mm reproduite 3 fois à 24 h d'intervalle (Utilisé pour les matières premières thermosensible). - « Barrière » : terme utilisé pour qualifier l’absence de porosité à l'oxygène des matériaux. Exemples On décrit, ci-dessous, la fabrication de monodoses de 15 ml en Polypropylène de grade pharmaceutique operculé à l'aide d'un opercule en aluminium co-extrudé avec une couche de polypropylène. La première des difficultés réside dans la qualité de l'assemblage de ces matériaux. Celui-ci doit assurer l'étanchéité parfaite du contenant, malgré le stress dû au procédé de stérilisation, tout en permettant l'ouverture sans outil pour le consommateur, le tout en respectant les contraintes de cadences de production. L'utilisation de tête thermique directe est impossible sur un contenant rempli car la chaleur nécessaire à la fusion des matériaux se propage à toutes les parties à proximité du poinçon. L’échauffement de la chambre d'air résiduelle qui en résulte provoque une augmentation de la pression dans le tube qui, à son tour, génère une poussée sur l'opercule lors de la chauffe. Lors du retrait du poinçon de la tête, alors que le polypropylène est encore en fusion, cette poussée génère un décollement de l'opercule. L'étanchéité ne peut donc pas être obtenue. Dans le mode réalisation détaillé ici, on utilise une tête de scellage par induction. Avec cette technologie, l'opercule devient la partie chaude du procédé. Le champ d'induction est dirigé en priorité vers les parties en contact en périphérie de l'opercule en regard de l’épaisseur du tube à son embouchure, afin de réduire la déperdition de chaleur. Cela a pour effet de limiter l'échauffement de la chambre d'air. De plus, une fois la fusion et donc l'assemblage réalisé, l'induction est arrêtée et le poinçon de la tête reste en pression jusqu'au refroidissement du polypropylène. Celui-ci n'étant plus en fusion lors du retrait du poinçon, et la pression de l'air étant quasi nulle, rien ne vient perturber la liaison et l'étanchéité obtenue est maitrisé. De plus, l'utilisation de cette technologie permet une cadence plus élevée et s'affranchit de la gestion de la température (préchauffage, refroidissement et maîtrise de l'échauffement tout au long de la production). La gestion des valeurs des paramètres de puissance et de temps des phases, allié à un refroidissement par air lors des phases de repos pendant le cycle, permet de garantir la reproductivité des opérations pendant toute la durée de la production avec une précision très élevé. Un autre risque lié au thermoscellage est aussi que la diffusion de la matière en fusion lors du scellage pourrait ne pas être maîtrisée. Cela aurait pour effet de créer des excédants de matière à l'extérieur des génératrices du tube cylindrique ou conique, ces excédents pouvant remonter sur l'opercule. Cela génèrerait une augmentation significative du diamètre extérieur du tube, un résultat grossier, un risque de coupure des lèvres du consommateur, et d’importantes difficultés pour l'ouverture du contenant par le consommateur. Ces risques ne peuvent être évités avec l'utilisation du thermoscellage classique. Dans le contenant détaillé ici, outre l'utilisation de l'induction, on réduit la quantité de matière en périphérie du tube, comme illustré en : le diamètre intérieur du tube est, avant operculage, identique sur toute la longueur du tube, y compris son embouchure mais le diamètre extérieur du tube est réduit à proximité de l’embouchure. Dans la , la réduction du diamètre externe est de 0,5 millimètre, l’épaisseur du tube passant de 1,00 millimètre à 0,75 millimètres sur le dernier demi-millimètre du tube précédant son extrémité ouverte. Dans d’autres modes de réalisation, la réduction du diamètre à l’embouchure est progressive, par exemple sous forme d’un cône formant, en coupe, un biseau sur chaque bord du tube ou discontinue, sous la forme de plus d’un épaulement tel que celui représenté en . Cette réduction de diamètre du tube à son embouchure permet d’absorber l'excédant de matière en fusion tout en restant dans le périmètre extérieur des génératrices du tube cylindrique ou conique. Préférentiellement, le flux d'induction est orienté pour que la fusion se fasse de manière préférentielle sur l’opercule en regard de la paroi interne du tube, la partie de l’opercule en regard de la paroi externe du tube recevant un flux d’induction plus faible et s’échauffant donc moins. Seul l'opercule étant chaud, aucune fusion du tube ne peut se produire hors de la zone de contact des deux parties. Le polypropylène est donc plus mou sur la paroi interne de l’embouchure du tube et se trouve donc poussé vers l’intérieur du tube, tandis que la paroi externe de l’embouchure du tube, plus rigide, ne se déforme pas au-delà des génératrices du tube. L'ensemble de ces mesures permet d'augmenter la surface de contact entre le tube et l'opercule pour une meilleure étanchéité sans dégrader la facilité d'utilisation de l'opercule lors de l'ouverture. Enfin, l'utilisation de cette technologie réduit les encombrements et nous permets la multiplication des postes sur l'équipement industriel. Les figures 2 et 3 représentent la diffusion de l'énergie thermique sur la surface de l'opercule et dans le temps. On observe, en , une durée de refroidissement, alors que la tête d’induction reste en contact avec l’opercule sans induire de flux magnétique, plus élevée que la durée d’induction. Pour le décor, le contenant comporte préférentiellement une étiquette IML (« In Moule Labelling »), ce qui permet l'obtention d’un décor en quadrichromie. Grâce à ce type d’étiquette, le tube peut être moulé en polypropylène "cristal", donc sans aditif, ce qui constitue un avantage qualitatif important. Cette étiquette IML permet, puisque fabriquée avec un support "barrière", de résoudre le problème des contenants en polypropylène qui sont relativement poreux. Cependant, afin de résoudre les problèmes d'operculage, le tube est relativement long (plus de 100 millimètres) et étroit (moins de 17 millimètres). Préférentiellement, on met en œuvre un moule qui maintient l'étiquette à l'aide de venturi (aspiration d'air). L'étiquette ne faisant pas la totalité de la circonférence du tube, le canal annulaire de ce venturi doit être suffisamment large pour permettre le passage de l'air et un effet de d'aspiration suffisant, sans pour autant autoriser l'aspiration de matière qui viendrait obturer ce canal en cas d'absence ou de défaut d'intégrité de l'étiquette lors de l'injection. Préférentiellement, la dimension de ce canal est comprise entre 5 à 15 microns. Au moins deux canaux d’aspiration venturi sont disposés sur chaque moule externe, à proximité des extrémités de ce moule. On donne, ci-dessous, des spécifications techniques possibles pour l’étiquette IML : matériau barrière, film de polypropylène coulé (CPP) multicouches (Polypropylène/Éthylène-alcool vinylique EVOH/ Polypropylène), d’une épaisseur comprise entre 50 microns et 80 microns, par exemple de 65 microns. Dans des modes de réalisation le procédé de constitution de contenant de conditionnement d’un liquide sans conservateur comporte : - la fabrication d’un contenant en matière synthétique muni d’une étiquette IML, - le remplissage de ce contenant, - le scellement de ce contenant rempli (notamment par induction et plus particulièrement par induction périphérique) et - la stérilisation du contenu (notamment par autoclave). Dans l’unité de fabrication représentée en , les tubes vides sont chargés en vrac par un opérateur à l’entrée de la ligne (à gauche) et les tubes remplis, scellés et rangés sur un support de multitudes de tubes sont réceptionnés par cet opérateur en sortie (à droite). La ligne de production comporte : - l’alimentation automatique des tubes vides (dévracage, regroupement sur un convoyeur motorisé avec aspiration, positionnement dans des godets de conditionnement), - conditionnement, - operculage, - mise sur un support pour la stérilisation. Objet de l’invention L’invention vise notamment un contenant pour liquide sous forme de tube polypropylène operculé avec un film d'aluminium. Dans des modes de réalisation : - l’opercule est en aluminium coextrudé avec une couche de polypropylène, - le tube présente, avant operculage, un épaulement externe à proximité de son embouchure, - le tube est operculé avec une induction magnétique, - le flux d’induction magnétique est limité à la partie de l’opercule en regard de l’embouchure du tube, - le flux d’induction magnétique est plus élevé en regard de la paroi interne de l’embouche du tube qu’en regard de la paroi externe de l’embouchure du tube, - une fois la fusion et l'assemblage de l’opercule et du tube réalisés, la tête d’induction reste en pression sur l’opercule jusqu'au refroidissement du polypropylène en dessous d’une température prédéterminée, - l’opercule est refroidi par air, - le contenant comporte une étiquette IML (acronyme de « In Moule Labelling » pour étiquetage en moule), - l’étiquette est en matériau barrière ne permettant pas le passage d’oxygène dans son épaisseur, - pendant le moulage du tube, l’étiquette est maintenue en position par aspiration à travers le moule externe, - le diamètre des canaux d’aspiration est compris entre 5 à 15 microns, - l’étiquette est un film de polypropylène coulé (CPP), - l’étiquette est multicouches, avec deux couches de polypropylène entourant une couche d’Éthylène-alcool vinylique (EVOH), - l’étiquette possède une épaisseur comprise entre 50 et 80 microns. Contenant pour liquide sous forme de tube polypropylène operculé avec un film d'aluminium. Contenant selon la revendication 1, dans lequel l’opercule est en aluminium coextrudé avec une couche de polypropylène. Contenant selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le tube présente, avant operculage, un épaulement externe à proximité de son embouchure. Contenant selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le tube est operculé avec une induction magnétique. Contenant selon la revendication 4, dans lequel le flux d’induction magnétique est limité à la partie de l’opercule en regard de l’embouchure du tube. Contenant selon l’une des revendications 4 ou 5, dans lequel le flux d’induction magnétique est plus élevé en regard de la paroi interne de l’embouche du tube qu’en regard de la paroi externe de l’embouchure du tube. Contenant selon l’une des revendications 3 à 6, dans lequel, une fois la fusion et l'assemblage de l’opercule et du tube réalisés, la tête d’induction reste en pression sur l’opercule jusqu'au refroidissement du polypropylène en dessous d’une température prédéterminée. Contenant selon la revendication 7, dans lequel l’opercule est refroidi par air. Contenant selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte une étiquette IML (acronyme de « In Moule Labelling » pour étiquetage en moule). Contenant selon la revendication 9, dans lequel l’étiquette est en matériau barrière ne permettant pas le passage d’oxygène dans son épaisseur. Contenant selon l’une des revendications 9 ou 10, dans lequel, pendant le moulage du tube, l’étiquette est maintenue en position par aspiration à travers le moule externe. Contenant selon la revendication 11, dans lequel le diamètre des canaux d’aspiration est compris entre 5 à 15 microns.