Контейнер со стенками из вспениваемого материала и способ его изготовления
Изобретение относится к полимерным контейнерам для напитков. Описывается способ изготовления контейнера со стенками из вспененного материала, включающий инжекционное формование преформы из расплава полиэтилентерефталата (ПЭТФ), содержащего нереакционноспособный по отношению к ПЭТФ газ, при парциальном давлении, достаточном для перехода растворенного газа из полимера в газовую фазу, в которой он образует микропористую пенную структуру. Далее преформу охлаждают до температуры ниже температуры размягчения полимера, повторно нагревают преформу до температуры выше температуры размягчения полимера и осуществляют выдувное формование преформы для изготовления контейнера. Полученный контейнер предотвращает диффузию диоксида углерода между слоями и имеет низкие термоизоляционные свойства. 2 н. и 5 з.п. ф-лы.
ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
Настоящая заявка испрашивает приоритет Предварительной Патентной Заявки США, серийный номер 60/545049, от 17 февраля 2004 г., и Непредварительной Патентной Заявки США, серийный номер 11/015360 от 17 декабря 2004 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
В общем, настоящее изобретение относится к полимерному контейнеру, имеющему стенки из вспениваемого материала. Более конкретно, настоящее изобретение относится к контейнеру, по существу, состоящему из микропористой пены, микропоры которой содержат нереакционноспособный газ, например диоксид углерода; а также к способу изготовления указанного контейнера.
ОБОСНОВАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Ориентированные по двум осям одно- и многослойные бутылки могут быть изготовлены из полимерных материалов, таких как, например, полиэтилентерефталат, (ПЭТ) при помощи способа с применением горячих преформ (предварительных заготовок), в котором однослойную или многослойную преформу нагревают до нужной температуры, при которой производят ее ориентировку, а затем вытягивают и выдувают ее до полного заполнения окружающей полости изложницы. Преформа может быть изготовлена в соответствии с любым традиционным способом, таким как, например, экструзия преформы, включающей один или множество слоев полимера, или инжекцией последующих слоев полимера на предварительно сформованную инжекционным способом преформу. Обычно для изготовления контейнеров для напитков используют множественные слои, которые позволяют предотвратить диффузию, что не обеспечивают однослойные контейнеры.
В известном уровне техники в данной области различные слои полимеров, составляющие многослойные контейнеры, обычно находятся в тесном контакте друг с другом, что способствует передаче тепловой энергии через стенки контейнеров. В результате охлажденное содержимое контейнера быстро нагревается до температуры окружающей среды. Соответственно, для придания контейнерам термоизоляционных свойств такие контейнеры часто заключают в оболочку, например в оболочку из вспененного полистирола.
Таким образом, желательно изготовить усовершенствованный обладающий как свойствами предотвращения диффузии диоксида углерода, так и термоизоляционными свойствами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с настоящим изобретением неожиданно был найден способ изготовления контейнера с вышеуказанными свойствами. Указанный способ включает операции:
инжекционного формования полимерной преформы, внутри стенок которой заключен нереакционноспособный газ,
охлаждения преформы до температуры, находящейся ниже температуры размягчения полимера,
повторного нагревания преформы до температуры, находящейся выше температуры размягчения полимера,
выдувного формования преформы с целью изготовления контейнера, по существу, состоящего из микропористого вспененного полимера, содержащего нереакционноспособный газ, заключенный внутри пор микропористой пены.
Контейнер, изготавливаемый в соответствии с настоящим изобретением, особенно пригоден для упаковки газированных напитков.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ПРИМЕРА РЕАЛИЗАЦИИ
Настоящее изобретение относится к способу изготовления контейнера, включающему
инжекционное формование полимерной преформы, внутри стенок которой заключен нереакционноспособный газ,
охлаждение преформы до температуры, находящейся ниже температуры размягчения полимера,
повторное нагревание преформы до температуры, находящейся выше температуры размягчения полимера,
выдувное формование преформы с целью изготовления контейнера, по существу, состоящего из микропористого вспененного полимера, содержащего нереакционноспособный газ, заключенный внутри пор микропористой пены.
Подходящие полимеры, из которых может быть изготовлен контейнер, включают:
полиэтилентерефталат (ПЭТ) и другие сложные полиэфиры, полипропилен, эфиры акрилонитриловой кислоты, винилхлориды, полиолефины, полиамиды и подобные им соединения, их производные, смеси и сополимеры, могут также использоваться и другие полимеры. Предпочтительным полимером является ПЭТ.
Хлопьевидный полимер плавят в традиционном пластифицирующем шнековом экструдере, получая на выходе из экструдера однородный поток горячего расплава полимера. Обычно температура потока полимерного расплава, выпускаемого из экструдера, находится в диапазоне приблизительно от 225°С до 325°С. Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что температура потока полимерного расплава определяется несколькими факторами, включая тип используемого хлопьевидного полимера, энергии, подводимой к шнеку экструдера и т.д. Например, ПЭТ традиционно экструдируют при температуре, значения которой находятся в диапазоне приблизительно от 260°С до 290°С. Нереакционноспособный газ вводят под давлением в зону смешивания экструдера, где производят тщательное перемешивание, в результате чего газ заполняет пустоты микропор в толще полимерного материала. Под термином «нереакционноспособный газ», используемым в настоящем описании, понимают газ, по существу. инертный в отношении полимера. Предпочтительные нереакционноспособные газы включают диоксид углерода, азот и аргон, а также смеси указанных газов друг с другом или с другими газами.
В соответствии с настоящим изобретением экструдат подвергают инжекционному формованию, в результате чего получают полимерную преформу, внутри стенок которой заключен нереакционноспособный газ. Способы и аппараты для инжекционного формования полимерной преформы хорошо известны из уровня техники.
Хорошо известно, что плотность аморфного ПЭТ составляет 1,335 г/см3. Также известно, что плотность ПЭТ, находящегося в расплавленном состоянии, составляет приблизительно 1,200 г/см3. Таким образом, если полость, в которую инжектируется преформа, полностью заполнить расплавленным ПЭТ, а затем позволить ему охладиться, то полученная преформа не будет иметь нужной массы, а также будет обнаруживать множество серьезных дефектов, таких как утяжки. Публикации, посвященные литьевому формованию под давлением, соответствующие существующему уровню техники, сообщают, что для компенсации разности плотностей аморфного и расплавленного ПЭТ после заполнения полости изложницы и по мере охлаждения материала к изделию следует добавлять небольшое количество полимерного материала. Это называется уплотняющим давлением (packing pressure). Таким образом, для того, чтобы преформа, изготовляемая при помощи инжекционного формования, была полностью наполнена и правильно сформована, необходимо добавить приблизительно на десять процентов больше материала при проведении операции уплотняющего давления во время цикла инжекционного формования. Указанную операцию уплотняющего давления при проведении инжекционного формования также применяют и для других полимерных материалов, отличных от ПЭТ.
Однако в соответствии с настоящим изобретением полимерную преформу изготавливают при помощи инжекционного формования и одновременно вспенивают с применением нереакционноспособного газа. Вовлечение газа в толщу материала производят во время инжекции. В отличие от инжекционного формования, выполняемого в соответствии с существующим уровнем техники, при котором во время проведения операции уплотняющего давления вводят дополнительное количество полимерного материала, в настоящем изобретении применяют минимальное уплотняющее давление. Пока полимерный материал находится в расплавленном состоянии парциального давления нереакционноспособного газа достаточно для перехода растворенного газа из полимера в газовую фазу, в которой он образует микропористую пенную структуру. Таким образом, преформа, изготовленная способом, предлагаемым в соответствии с настоящим изобретением, имеет такую же форму и геометрию, как и полимерные преформы, изготавливаемые в соответствии с традиционными операциями инжекционного формования, в которых применяют способ уплотняющего давления, но при этом она имеет меньшую массу.
По завершении операции инжекционного формования преформу охлаждают до температуры ниже температуры размягчения полимера. Например, температура размягчения ПЭТ составляет приблизительно 70°С. Таким образом, заключенный внутри нереакционноспособный газ остается внутри стенок полимерной преформы. Указанная операция охлаждения очень важна для осуществления способа, предлагаемого в соответствии с настоящим изобретением, поскольку она кондиционирует полимер и сохраняет нужные свойства полимера для успешного изготовления контейнера, получаемого выдувным формованием. Указанная операция охлаждения также необходима при использовании таких полимеров, как сложные полиэфиры, которые не могут быть подвергнуты выдувному формованию непосредственно из экструдированной заготовки. Указанная операция охлаждения может быть осуществлена при помощи любого традиционного способа, применяемого в технике формования полимеров, такого как, например, пропускание струи охлаждающего газа над поверхностью преформы или охлаждение преформы путем охлаждения самой изложницы во время нахождения преформы в ней.
После этого преформу повторно нагревают до температуры, находящейся выше температуры размягчения полимера. Указанная операция нагревания может быть осуществлена при помощи хорошо известных средств, таких как, например, воздействие на преформу потока горячего газа, воздействие пламенем, воздействие энергии инфракрасного излучения, проведение преформы через традиционную печь или подобным способом. Для проведения последующей операции выдувного формования ПЭТ обычно нагревают до температуры, на двадцать - двадцать пять градусов превышающей температуру его размягчения. Если ПЭТ нагревают до температуры, намного превышающей температуру его стеклования, или выдерживают его при температуре, превышающей температуру его размягчения, в течение слишком длительного периода времени, то ПЭТ начинает кристаллизоваться и становится белым, что нежелательно. К тому же, если преформу нагревают до температуры, находящейся выше температуры, при которой механические свойства материала еще могут выдерживать повышающееся давление содержащегося в микропорах нереакционноспособного газа, то микропоры начинают расширяться, искажая преформу, что также нежелательно.
Наконец, преформу подвергают выдувному формованию с целью изготовления контейнера, по существу, состоящего из микропористого вспененного полимера, содержащего нереакционноспособный газ, заключенный внутри пор микропористой пены. Способы и аппаратура, применяемые для выдувного формования контейнера из полимерной преформы, хорошо известны.
Кроме предпочтительных газов, микропоры могут содержать другие газы, обычно применяемые в способах изготовления микропористых пенных структур. Предпочтительно нереакционноспособный газ включает диоксид углерода в концентрации, составляющей, по меньшей мере, 10 мас.% от общей массы нереакционноспособного газа. Такой уровень концентраций диоксида углерода создает адекватное парциальное давление, способное сдерживать диффузию диоксида углерода из газированного напитка, находящегося внутри контейнера, изготовленного в соответствии с настоящим изобретением, в окружающую атмосферу. Кроме того, микропористая пена действует как эффективный теплоизолятор, который замедляет перенос тепловой энергии из атмосферы в газированный напиток, находящийся внутри контейнера.
СРАВНЕНИЕ
В соответствии со стандартными процедурами из полимера на основе ПЭТ марки KoSa 2201 была изготовлена традиционная преформа. Давление уплотнения составляло приблизительно 375 бар, его действие длилось приблизительно 11,0 секунд. Период охлаждения составлял приблизительно 15,0 секунд, измерено на аппарате Arburg 420C. Масса преформы составляла приблизительно 24,1 граммов. После охлаждения преформу вновь нагревали и подвергали выдувному формованию на выдувной формовочной машине Sidel SB02/3, в результате чего получали приемлемую бутылку. Максимальная температура поверхности преформы (измеренная инфракрасным пирометром, поставляемым вместе с Sidel SB02/3), которая могла быть достигнута до того, как степень кристаллизации преформы достигала неприемлемого уровня, составляла приблизительно 115°С.
ПРИМЕР
Преформу изготавливали в соответствии с настоящим изобретением, используя тот же полимер, вводя надкритический нереакционноспособный газообразный азот. Внешнее давление снижали приблизительно до 308 бар и выдерживали при этом давлении только приблизительно 0,5 секунд. Период охлаждения увеличивали приблизительно до 25,0 секунд. Преформа получалась эстетически приемлемой и не имела каких-либо физических недостатков. Масса преформы составляла 21,85 граммов. Преформу вновь нагревали на идентичной выдувной формовочной машине; максимальная температура, при которой преформа может быть без искажения подвергнута выдувному формованию в нагревательной системе выдувной формовочной машины до достижения выдувной формы, составляла приблизительно 104°С; температуру измеряли в той же точке преформы.
Исходя из изложенного выше описания специалист в данной области техники может легко понять существенные характеристики настоящего изобретения, и, не отступая от основной идеи и области применения изобретения, он может произвести различные изменения и модификации с целью приспособления изобретения к различным областям и условиям применения.
1. Способ изготовления контейнера со стенками из вспениваемого материала, включающий следующие операции:
инжекционное формование преформы из полимера, выбираемого из группы сложных полиэфиров, полипропилена, эфиров акрилонитриловой кислоты, винилхлоридов, полиолефинов, полиамидов, их смесей и сополимеров, внутри стенок которой заключен нереакционноспособный по отношению к полимеру газ, включающий диоксид углерода, азот, аргон или их смеси, из расплава указанного полимера, содержащего вовлеченный в него нереакционноспособный газ при парциальном давлении, достаточном для перехода растворенного газа из полимера в газовую фазу, в которой он образует микропористую пенную структуру;
охлаждение преформы до температуры ниже температуры размягчения полимера;
повторное нагревание преформы до температуры выше температуры размягчения полимера;
и выдувное формование преформы для изготовления контейнера, по существу состоящего из микропористого вспененного полимера, содержащего нереакционноспособный газ, заключенный внутри пор микропористой пены.
2. Способ изготовления контейнера со стенками из вспениваемого материала по п.1, в котором полимер включает полиэтилентерефталат.
3. Способ изготовления контейнера со стенками из вспениваемого материала по п.1, в котором нереакционноспособный газ включает диоксид углерода.
4. Способ изготовления контейнера со стенками из вспениваемого материала по п.1, в котором нереакционноспособный газ включает диоксид углерода в концентрации, составляющей, по меньшей мере, 10 мас.%.
5. Способ изготовления контейнера со стенками из вспениваемого материала, включающий следующие операции:
инжекционное формование преформы из полиэтилентерефталата, внутри стенок которой заключен нереакционноспособный по отношению к полиэтилентерефталату газ, включающий диоксид углерода, азот, аргон или их смеси, из расплава указанного полимера, содержащего вовлеченный в него нереакционноспособный газ при парциальном давлении, достаточном для перехода растворенного газа из полимера в газовую фазу, в которой он образует микропористую пенную структуру;
охлаждение преформы до температуры ниже температуры размягчения полимера;
повторное нагревание преформы до температуры выше температуры размягчения полимера;
и выдувное формование преформы для изготовления контейнера из полиэтилентерефталата, по существу состоящего из микропористого вспененного полимера, содержащего нереакционноспособный газ, заключенный внутри пор микропористой пены.
6. Способ изготовления контейнера со стенками из вспениваемого материала по п.5, в котором нереакционноспособный газ включает диоксид углерода.
7. Способ изготовления контейнера со стенками из вспениваемого материала по п.1, в котором нереакционноспособный газ включает диоксид углерода в концентрации, составляющей, по меньшей мере, 10 мас.%.
