具有外阻气涂层的塑料容器制造技术

一种镀覆塑料容器提供了低的空气和蒸气渗透性。一种镀覆塑料容器的方法和系统包括通过等离子辅助式真空蒸气淀积法将一个无机氧化物薄层施加到容器的外表面上。例如，涂层可包括二氧化硅，它与容器的外表面结合在一起。此涂层是柔软的，而且无论容器内压如何或容器设有内压，都可以镀覆上此涂层。涂层牢固地粘附在容器上，并且即使在涂层被划伤、破裂、弯曲和／或拉伸时，在加压之后也具有增强的阻气效果。另外，阻气性能的提高将基本上不受容器灌装的影响。还披露了一种回收镀覆的塑料容器的方法和一种用镀覆容器封装饮料的方法和系统。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是1997年3月14日提交的美国专利申请08/818,342的部分继续申请，第08/818,342号申请的全部内容特意被引入本文以供参考。本专利技术涉及隔离性能得到加强的密封塑料容器和生产这种容器的方法及该涂层。通过给容器外表面镀覆无机物涂层而获得了加强的隔离性能。与现有技术的涂层相比，所述涂层显示出了加强的粘附性。另外，本专利技术也涉及镀覆塑料容器的回收和在该容器中封装饮料。塑料容器目前涵括了食品和饮料业中的大部分并且具有扩展趋势。塑料容器与传统的玻璃容器和金属容器相比具有许多优点，它们比较轻、价格便宜、不易破裂、透明且易于加工和搬运。但是，塑料容器至少具有一个明显的缺点，而这个缺点限制了塑料容器不能被广泛接受且尤其是不能在要求更严的食品应用方面被接受。这个缺点就是所有塑料容器都多多少少地易于渗透水、氧气、二氧化碳气、其它气体和水气。在许多应用场合中，可用塑料的渗透速率大到足以明显限制所储存食品或饮料的有效保存期或者完全阻碍了塑料容器的使用的程度。人们已经认识到，在某些时候可以通过将玻璃状或金属状的涂层镀覆到塑料容器上和通过金属化塑料容器来获得集中了塑料容器和许多传统容器的优点的容器结构。例如，金属化薯条袋已经在市场上应用了一段时间。但是在许多应用场合中，包装的透明度是很重要的，而对这些应用场合来说，金属化涂层是不可接受的。在塑料容器上获得耐用的玻璃状涂层而又不改变容器的外观已被证明是更困难的。为将玻璃状涂层镀覆到随后被制成柔软的塑料容器的塑料薄膜上，人们已经研究出了许多种方法。但是，人们只开发出了较少的几种允许将玻璃状涂层镀覆到预成型的刚性较大的塑料容器如PET瓶(在美国，这种瓶子通常被用于储存充气饮料)上的方法，而目前尚未研究出允许将玻璃状涂层镀覆到塑料容器外表面上的方法，其中所述容器十分耐用，足以承受容器的加压作用并能够在加压下保持对于气体和蒸气的增强的防渗性能，同时不影响容器的回收性能。密封的饮料容器目前在全世界占有很大市场。目前可用的塑料具有高到足以限制在许多供应市场使用塑料容器的渗透速率。这样的密封容器包括用于充气饮料和无碳酸气饮料的塑料瓶。塑料瓶是由各种聚合物制成的，其中占统治地位的材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，它尤其是用于充气饮料，但是所有这些聚合物都显示了不同程度的对气体和蒸气的渗透性，这限制了容器所装饮料的有效保存期。例如，充气饮料瓶的有效保存期受到了CO2损失的限制(有效保存期一般被定义为损失17％的饮料初始碳酸气成分所需的时间)。由于表面/体积比的作用，当瓶子尺寸减小时，损失率增高。许多市场应用需要小容器，这严重限制了在这种场合中使用塑料瓶。因此，需要一种碳酸气存留性强的容器。对于未充碳酸气的饮料也有相似的限制，同样当瓶子尺寸减小时，考虑到氧气和/水蒸气的扩散，限制更大。应该认识到，扩散是指渗入容器或瓶子和渗出瓶子或容器。阻止二氧化碳气渗出、氧气、水蒸气及其它气体的渗出的不渗透性程度(在此被称为“阻透性”)在高室温下变得更加重要了。阻透性强的外涂层可以改善封装在塑料瓶中的饮料的质量并延长这种瓶子的货架期，由此使小瓶子成为一种可行的使用方式，而这在降低分销成本和更灵活的市场调配方面又表现出了许多优越性。当某些聚合物如PET接触到灌瓶设备所用的瓶子输送机的润滑剂或洗涤剂、溶剂或其它材料时，它们也易于应力开裂。这样的开裂通常被称为“环境应力开裂”，并且可能因泄漏限制了瓶子的寿命，而这可能损坏邻近物品。可承受由应力开裂引发的化学物质作用的防渗的塑料瓶外表面防止了对邻近物品的损坏并且在某些市场中将延长塑料瓶的货架期，这是很理想的。对货架期和饮料质量的另一个限制就是UV辐射，它可能影响饮料的味道、颜色或其它性能。在长期日晒的情况下，这是特别重要的。具有UV吸收性能的外涂层可以提高饮料质量并使塑料瓶在这种情况下更有用。还希望象PET这样的塑料容器是可以回收的。但是，现有技术中的增强防渗涂层通常是有机的且它们比较厚，因此它们可能污染回收的塑料制品。加入回收塑料中的有机涂层材料不能制造出适用于饮料或食品的容器，因为饮料和食品可能接触有机涂层材料并被污染。另外，较厚的涂层在回收塑料的过程中形成了较大的颗粒并可能有损于所形成的回收塑料制品的外观和性能。尤其是，在回收塑料中的较大的涂层颗粒可能使否则透明的塑料变得浑浊。对于象饮料容器和食品容器这样的容器来说，浑浊的塑料通常是不理想的。最后，在瓶子外表面上镀覆涂层的成本必须不明显增加原包装的成本，其中所述瓶子具有一个将明显延长瓶中饮料的有效保存期的和/或明显减少瓶中饮料的产品腐坏的和/或明显减少了因UV辐射而引起的产品变质的和/或实际上消除了环境应力开裂和/或提供了特殊色彩的阻气层。这是取消了许多获得其它阻气涂层的方法的依据，因为塑料瓶是本身成本低廉并大批量生产的物品。可装备性实际上是指涂层的成本必须使整个包装成本的增加最少或者不增加成本，而成本实际上可是较低的。塑料瓶外表面上的涂层必须能够挠曲。当瓶子被用于密封容器时，无论塑料基材何时受到拉伸，涂层最好都应能够在两个轴向上拉伸。此外，涂层最好在大部分容器表面上是连续的。在饮料是充气饮料的情况下，粘附性是很重要的，这是因为瓶中的二氧化碳气对涂层施加了整个或部分的瓶内压力。此压力可升高到6巴以上，它对涂层/塑料界面施加了很大的力。涂层也必须耐划伤、一般的搬运、气候老化(雨、日晒天气等)，并且涂层必须在整个瓶子使用期内保持其阻气性。有几种等离子加强方法，它们给一些产品(在某些情况下包括瓶子)镀覆上一个无机物外层。许多方法的目标是提供十分不同的镀覆性能，这些性能远比高阻气性瓶子涂层简单。这些方法的目的例如是耐磨损能力，其中涂层的连续性不是重要的因素，这是因为涂层可以保护微观空隙。其它方法的目标是装饰性或反光性能，某些方法单纯地是为了保护搬运。通常基材是不能弯曲且不能拉伸的，而且产品本身的价格高于塑料瓶的价格，所以成本不是设计的初衷。在某些情况下，某些基材允许涂层温度明显高于PET(最常用的塑料瓶材料)所允许的温度。这样的方法通常不提供涂层连续性、粘附性、获得良好的阻气涂层所需的柔软性，而且它们没有解决上述的与良好的阻气涂层有关的其它问题。现有技术也存在于瓶子的阻气处理方面，但是没有一种可商业应用的耐压涂覆瓶，这是因为上述方法缺少上述的理想特征且不能提供在瓶内压力高的情况下具有足够的粘附性、连续性和/或柔软性的涂层，或者不能提供避免回收问题的涂层，或者不能保证制造可用涂层所需的低成本。授予埃里希和普莱斯特尔的US专利5,565,248描述了一种镀覆容器内部的方法。但是，外涂层需要比内涂层更强的粘附性，这是因为瓶内压力作用在外涂层上，而内涂层在使用中不受相同搬运和/或磨损的影响。因此和由于其它原因，从外面涂覆瓶子与从里面涂覆瓶子是不一样的，因此本专利技术是明显不一样的。为使象PET瓶这样的塑料容器用作经济实用的且用于商品如饮料和食品的容器，必须比较便宜地高速大量制造瓶子。因此，一种镀覆塑料容器的方法和系统必须是经济的且能够在高速和大量的情况下工作。许多现有技术的给物品镀覆上阻气涂层的系统是批量生产的或者是缓慢、低效率的。因此，需要一种塑料容器，它覆盖有一个有效的阻气涂层而且它能够有效地回收利用，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造具有阻气涂层的镀覆塑料容器的系统，它包括：一个能够在其中维持真空状态的真空室；一个用于将塑料容器体送入真空室并将镀覆塑料容器取出真空室的容器输送机构，每个塑料容器体具有一个外表面和一个限定出一个内腔的内表面；一个在真 空室内用于使塑料容器体穿过真空室的传送机构；以及至少一个设置在真空室内的且用于在容器体穿过真空室时将涂层蒸气供给容器体的外表面的涂层蒸气源；所述的至少一个涂层蒸气源和传送机构建造布置在真空室内，从而来自该至少一个涂层蒸气源的涂层蒸气 在容器的外表面上沉积了一薄薄的涂层，薄涂层包括一种无机氧化物并与容器体的外表面粘接在一起，所形成的镀覆塑料容器在于６０ｐｓｉｇ的压力下盛装密封于内腔中的加压流体时具有一个至少是无涂层容器的阻气性能的１．２５倍的阻气层，其中无涂层容器的阻气性能是指其于６０ｐｓｉｇ压力下装有密封于内腔中的加压流体时的阻气性能。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔治普莱斯特，马克普尔，霍斯特埃里克，赫伯特皮克尔，海茵茨胡美勒，
申请(专利权)人：可口可乐公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]