Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les besoins en matériaux barrières aux gaz vont croissants dans le domaine de l’emballage. Les contraintes de recyclage, de marketing, de poids et de coût, amènent au développement de solutions innovantes pour remplacer les emballages en verre ou métal. Les solutions sont multiples et doivent répondre avant tout à un cahier des charges aussi diversifié que les applications possibles afin de minimiser le « coût barrière ». Parmi les emballages barrière à base polymère, la solution multicouche reste la plus employée.
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The need for gas-barrier materials are increasing in the packaging sector. Constraints of recycling, marketing, weight and cost have led to the development of innovative solutions to replace glass or metal packaging. The solutions are multiple and must, most importantly, meet specifications which are as diverse as the possible applications in order to minimize the "barrier cost". Amongst polymer-based barrier packaging, the multilayer solution remains the most widely used.
Auteur(s)
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Stéphane CROS : Ingénieur de Recherche à l’Institut national de l’Énergie solaire - Laboratoire des Composants systèmes, CEA/ DRT/ LITEN
INTRODUCTION
Les besoins en matériaux barrières aux gaz, essentiellement l’eau et l’oxygène, vont croissants dans le domaine de l’emballage ou de la protection du contenant en général (figure en fin d’introduction). Ce processus est lié à l’augmentation de la demande dans des domaines aussi divers que l’alimentaire, le packaging médical ou encore l’optoélectronique.
Les contraintes de recyclage, de marketing (transparence), de poids et de coût, amènent au développement de solutions innovantes visant à remplacer les emballages en verre ou métal aux capacités barrières très élevées.
Si les technologies utilisées sont multiples, de la voie multicouche à celle du dépôt plasma, de l’insertion de scavengers à celle de nanocharges, du mélange polymère au dépôt polymère, celles‐ci doivent répondre avant tout à un cahier des charges aussi diversifié que les applications possibles (figure ci-dessous et tableau en fin d’introduction) afin de minimiser le « coût barrière ».
En terme d’emballage barrière à base polymère, la solution multicouche reste la plus employée. Toutefois, les exigences de domaines comme celui de l’embouteillage à base PET (polyéthylènetéréphtalate), ont permis le développement commercial de techniques comme le dépôt de surface, largement utilisé aujourd’hui (dernier tableau).
D’autres technologies, telles que l’insertion de scavengers, les nanocomposites ou encore les mélanges polymères sont également sur une rampe ascendante.
Ce document, bien que traitant de l’emballage barrière, s’attardera peu sur les résines barrières et les structures multicouches, déjà décrites dans d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur, mais apportera un complément d’information et une vue globale des technologies barrières.
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Amélioration intrinsèque des propriétés barrières4. Amélioration extrinsèque des propriétés barrières
Outre les techniques consistant à réaliser des structures sandwich où, typiquement, une fine couche de polymère barrière est incorporée au centre de la structure, il est également possible d’améliorer les capacités barrières par le dépôt de couches externes ou internes.
Les dépôts en question peuvent être organiques ou inorganiques.
4.1 Dépôt de couches extérieures organiques
Il existe une variété de dépôts organiques applicables par spray.
HAUT DE PAGE
Bairocade ® est une famille de spray à base d’époxy-amine applicable directement sur des préformes habituelles de PET permettant d’améliorer les propriétés barrières à O2 et CO2 , (figure 7) avec une bonne résistance à l’humidité (figure 8). La société SIPA développe également une technique de dépôt par dip-coating (trempage), appelée smart-coat pour des substrats PET ou polypropylène.
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Mise en œuvre
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Bairocade®
Après avoir été soufflées, les bouteilles en PET sont préparées pour le dépôt par passage dans un flux d’air ionisé, puis chargées électriquement avant le dépôt électrostatique.
La réticulation thermique qui suit dure de 3 à 4 minutes à 65 oC sur PET pour une barrière CO2 et de 6 à 8 minutes à 65 oC pour l’oxygène.
Des vitesses de 45 000 bouteilles par heure sont affichées par le fabricant. L’intégration d’un tel système est possible dans une ligne d’embouteillage classique.
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SIPA®
Après soufflage, les bouteilles sont trempée et séchées dans un four infra-rouge. Un second revêtement est appliqué et réticulé par UV.
Des vitesses de 12 000 à 36 000 bouteilles/h sont avancées.
La...
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Amélioration extrinsèque des propriétés barrières
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CRANK (J.), PARK (G.S.) - Diffusion in polymers. - Academic Press, London and New-York (1968).
-
(2) - FIRON (M.), TROUSLARD (P.), CROS (S.) - * - CEA/DRT/LITEN/LCS, Dépôt de brevet français no 06/01320.
-
(3) - BURROWS (P.E.), GRAFF (G.L.) et al - Displays. - 22, 65 (2001).
-
(4) - CROS (S.), FIRON (M.), LENFANT (S.), TROUSLARD (P.), BECK (L.B.) - * - NIM B 251, 257-260 (2006).
-
(5) - BUJAS, ROKO (S.) - General Atomic. - Brevet USA 6804989.
-
(6) - HIGGINS (L.M.) - * - III, Ph. D., H3MA Consulting, LLC, Austin, Texas USA, Advancing microelectronics, Volume 30, No 4 (2003).
-
(7)...
ANNEXES
(liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE
Kuraray au sujet du SEPTONÒ http://septon.info/en/septon/list/pmc.html http://www.kuraray.de/division4/septon.html
DuPont http://www.dupont.com/industrial-polymers/plastics/functions/ com_blends.html
DuPont sur les polymères recyclés http://www.dupont.com/industrial-polymers/plastics/functions/com_recycle.html
Groupe Total (Atofina est devenu Arkema) http://www.total.com/fr/group/activities/chemicals/?IdMarque=232
Mitsui Chemicals America Inc. au sujet de ADMERÒ http://www.mitsuichemicals.com/adm_cha.htm
JSR Corporation au sujet des TPE (Thermoplastic Elastomer) https://www.jsr.co.jp/jsr_e/products/tpe/...
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