【技术实现步骤摘要】
本专利技术所涉及的是一种用来生产可热灌装的抗塌陷的聚酯容器的方法，在这里不需要用变定工艺(Set Process)技术，且具有传统容器的几何外形。过去几年中，用双轴取向的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料做的各种形状的容器(包括小口瓶、大口瓶和罐头盒)的市场需求量日益增加。这些容器中绝大多数只能用来在低温或中温下灌装产品，诸如软饮料，食物油、芥末，网球等。假若聚合物容器能在160～200°F温度下灌装产品的话，则现在由金属容器和玻璃容器占据的二千万件以上的食品包装市场的25%肯定可以用聚合物容器来代替。然而，众所周知，采用传统的注射吹塑，二次加热吹塑及其他工艺生产的PET容器在热灌装和密封时出现两种变形现象。第一种变形为，当容器处于接近或超过PET的玻璃态转变温度(Tg)或软化温度(大约170°F)时，容器由于过分的热收缩而导致变形。产生第二种变形是由于容器热灌装和在接近灌装温度下密封以后容器内部形成了部分真空。由于产品本身及其热空间的气体冷却，使体积收缩，从而形成部分真空，这样就在容器侧壁上产生一个向里的净力，使容器产生皱曲或塌陷。这两种现象使得用传统方法生产的PET容器在提高灌装温度时不能满足商用要求。正如技术上已介绍过的，用二次成形的热处理工艺可以减少热收缩已经知道，把“精加工”的聚合物百分结晶度增加到远远高于非晶态或锭料的(preform)百分数，可以提高PET的变形温度(Tg)。在吹塑的容器中，要达到这一点可通过(1)预先取向工艺(它产生变形诱导的结晶过程)(2)加热的吹塑模中，在稍高于产品工作温度的温度下进行被迫的二次吹塑调节(它产生热诱导...
【技术保护点】
生产用来灌装热产品的高取向的抗热塌陷的聚酯容器的一种方法，上述方法包括下列步骤：ａ）提供一块聚酯锭料，对锭料二次加热，把锭料放在吹塑模腔里，使其扩张并与吹塑模腔配合模塑成包括一个容器扣间产品，容器有一个取向的放端盖的颈口，颈口直径比锭料 直径大得多；ｂ）方法的特征在于：对上述锭料中聚酯的成分、锭料扩张时的拉伸比以及二次加热条件都加以控制，使得容器侧壁及颈口的密度在１．３５０到接近（但低于）１．３７０克／厘米↑［３］的范围内，相应的结晶度为１４～２８％。ｃ）从塑模中取 出中间产品并使容器与中间产品的其余部分分开。
【技术特征摘要】
US 1985-5-3 730,113以及附图中的一些视图，将会更清楚地理解本发明的实质内容。图1A是用传统技术生产的聚酯容器的立视图。图1B是同一个容器在灌装190°F的热产品以后的主视图。图1C是图1中容器的立视图，其中的容器用热变定技术改进后再在190°F灌装，显示出体积减少1%并有回旋形的几何形状，没有传统的真空塌陷。图2是从与本发明相连的一个典型锭料上切取的半个剖面图。图3是一个标准模具的半个剖面图，它限定一个吹塑模腔，在模腔中放有预先吹塑模塑的图2的锭料。图4是用放在图3模腔内的图2的锭料吹塑模塑成的中间产品的半个立视图。图5是聚酯罐头盒的半个立视图，它是沿图4上箭头A的轨迹切开中间产品而得到的。图6是瓶口带有螺纹的瓶子的半个立视图，瓶子是中间产品的一部分，用图3表示的同样的方法成形的。图7是图5罐头盒的半个剖面图，罐头盒灌装190°F的热产品后用两道接缝将其端部封闭，在双锁边后允许5%的体积收缩。图8是从图6的瓶子上切取的半个剖面图，瓶子灌装了190°F的产品以后用一个盖子封闭，在封闭后允许5%的体积收缩。图9是一个曲线图，表示容器典型的侧壁密度测量结果和计算得的百分结晶度，把用前面提到过的Beck等人的专利生产的和用传统的方法生产的大口容器进行对比。图10是类似于图5罐头盒的半个剖面图，它用本发明中提出的图7上的方法密封。在进行灌装和密封时允许的体积收缩小于1%。图11是类似于图10的半个剖面图，但罐头盒是用图8的方法密封，允许的体积收缩小于1%。图12是一个喷淋冷却装置的立式示意图，该装置用来减少热灌装及密封时容器的收缩。图13上曲线表示聚酯密度是拉伸比的函数。图14上曲线表示190°F时聚酯收缩量是拉伸比的函数。图15上曲线表示一定拉伸比下密度同锭料温度的关系。图16上曲线表示在一定的锭料温度和拉伸比下，密度同聚酯共聚体含量的关系。图17上曲线表示用各种方法生产的容器的典型体积收缩量，它是热灌装时温度的函数。图18是从典型锭料上切取的局部放大的剖面图，其中的锭料是叠层结构的锭料。用传统的二次加热或注射吹塑技术生产的聚酯容器表现出过大的热收缩，在190°F下灌装时体积收缩为15～50%。这种容器的一个例子见图1。如前所述，先前技术解决聚酯热变形问题是采取调节加热的吹塑模中的吹塑容器的方法，把聚酯的Tg(即软化温度)提高到稍高于190°F。用增加瓶子侧壁上百分结晶度的热变定工艺达到上述目的。高结晶度聚酯(＞50%结晶度)的Tg超过350℃(即Tg随百分结晶度的增加而增加)。用ASTM1505的方法侧得密度就可以测定结晶度。百分结晶度＝ (ds-da)/(dc-da) ×100其中，ds＝样品密度，克/厘米3da＝1.333克/厘米3(无定形)dc＝1.455克/厘米3(100%晶体)表1图1A，B 图1C颈口密度，克/厘米31.341 1.388颈口横截面缩小，% 1.22 0.08侧壁密度，克/厘米31.357 1.372侧壁横截面缩小，% 10.5 0.52侧壁高度缩小，% 8.8 0.40表1列出图1上述容器的密度与百分收缩率的数据。一般说来，热变定容器在190°F下灌装时体积收缩率低于1%，侧壁密度的测定结果大于1.365克/厘米3，通常高于1.370克/厘米3(分别相当于26%和30%结晶度)。虽然热变定容器在190°F下灌装显示的热变形性是可接受的，但它们对于真空引起的塌陷仍然是敏感的。在刚性容器中，当装入的产品冷却到环境温度时，可显示的典型的真空度超过8-16psi(磅/英寸)(取决于灌装量，产品灌装温度等)。为了防止柔性的聚酯侧壁变形，使用如回旋形的镶板这样一些非传统几何形状的容器，为了控制形变，还常常使用加强肋、轮圈等，并增加侧壁厚度。除了增加成本外，还影响市场销路。此外，先前的热变定容器必须防止热灌装时容器口过分变形，这种变形会影响加盖及密封。例如，某些瓶子使用预结晶的不透明的瓶口以减少变形。此方法虽有效，但明显地增加了成本。其他瓶子保持瓶口透明，就用增加壁厚(相对于传统的非热灌装容器)来减少变形。这些方法都增加成本，从而限制了其使用。下面要指出一种生产可热灌装的聚酯容器的新办法，这种并不否定热变定工艺。图2-6示出的罐头盒，小口瓶和大口瓶是用传统的一层或多层注射模塑或挤塑的锭料生产的，这与前述的Beck等人的专利一致，因此凸边和颈口有高的取向。现在请参看图2，图上示出本发明特别提供的锭料。锭料的横截面是围绕中心轴20的环，锭料包括一个上部22，这是开口端，位于支承突缘24的上面。在图2上更清楚地看到，突缘及颈口22从相应的吹塑模中向外突出。在传统的模塑操作中，一个吹塑管装在颈口22上并与之密封。锭料(用26表示)在突缘24下面有一个筒体部分28，28下面厚度向外增加的部位用30来表示。30下面的部分则由细长的圆筒32组成，32在内、外两个方向上都有一点圆锥形，以便于从注射模中抽出，但其芯体部分的厚度保持不变。锭料26的底部成半球形，厚度往中心方向减少。然而，可以理解到锭料的尺寸是直接由要做的中间产品的大小决定的。虽然专门介绍过注射模塑的锭料26，但应当理解，锭料可以用一个挤塑管来成形。现在参看图18，图上表示具有叠层结构的一个典型锭料的放大横截面。这种锭料有PET材料的外层36和内层38。这两层的里面有相当薄的隔层40，42，隔层可由SARAN这样的材料构成。最后是芯部44，它可由PET或相似的聚合物构成。图3表示一个典型的吹塑模，它被劈成一半，用46表示。吹塑模46有一个或几个吹塑模腔48，模腔形状加工成可塑造出下面一部分的形状为一个罐头盒的中间产品。把锭料26放在模腔48内，支承在突缘24上。传统的适当的吹塑器械包括一根吹塑杆(未示出)，它把压缩气体直接吹进锭料26，使锭料26轴向伸长或拉伸。可以理解，要根据模腔48形状决定锭料26的外形，以达到一个预定的拉伸比。还要控制由内部气体产生的锭料26在模腔48轴向的伸长或拉伸以及锭料的膨胀，以便控制容器及其侧壁的厚度和拉伸比。图4上示出中间产品50，它是吹塑模腔48中的锭料26塑成的。产品50下部是一个罐头盒，包括底部54以及同底部整体相连的盒身或侧壁56，侧壁56到向外突出的突缘58为止。如果想要的话，侧壁56可带垂直方向上可以向里收缩的轮圈60，以适应产品冷却时容器内部体积的减少。轮圈60通过吹塑模46的内部肋62制成。中间产品50的上部用64表示，把它当作连接部分。沿着图4上箭头A所指的线切开中间产品，把连接部分64同容器或罐头盒52分开，然后把切下来的连接部分64重新研磨，用在以后的锭料中。图5上清楚地示出分离以后的容器或罐头盒52，图上凸边58成为用双锁边把端部卷缝到盒身56上的通常的凸边。虽然，可以修改模腔48的形状，使塑成的中间产品(未示出)的下部呈大口瓶形状(如图6所示，用66表示)。大口瓶66有一个封闭侧壁或瓶身70下部的瓶底68。瓶子上部是敞开的，与卷边的凸边58不同，瓶身上端向里形成一个环形凸边72，凸边72再向上轴向延伸形成颈口74，瓶口可以扣上传统的带螺纹的或有突缘的帽盖。如果想要的话，瓶身70可以用类似于肋60的空心肋76来加强。图7上示出的罐头盒52已装上热的产品78并且由端盖80封闭。端盖是金属的或是复合材料的，用传统的带凸边58的双锁边82固定在罐头盒上。图9上示出的大口瓶66已装上热的产品并且用端盖86封闭。端盖86是传统的带罩裙88的罩子，罩裙88同瓶口74连接。显然，罩子86的端板由瓶口74的端部密封面90(图6)密封。如前所述，当图5的罐头盒52和图6的大口瓶66用Beck等人专利中描述的PET锭料制造(用传统方法)时，它们能适应灌装热产品时高的收缩百分数。图7和图8示出在190°F下灌装以后罐头盒及大口瓶的情况。用不是最佳的工艺条件生产的这些容器的总体积收缩率为6-10%，这可与图1示出的用先前的技术生产的这类容器的收缩情况(为15-50%)相对比。性能上的主要改进是由于消除了传统方法生产的容器中大面积的低取向及无定形部位(例如放端盖的瓶口及肩部与侧壁的过渡区)。图13是结晶化聚酯的密度与拉伸比的典型曲线。拉伸比确定如下DRt＝( (Db-Dp)/(Dp) + (Lb-Lp)/(Lp) )×100这里，Db＝瓶子的最大外径Dp＝锭料的最小内径Lb＝瓶口以下的瓶子长度Lp＝瓶口以下的锭料长度根据最终容器的瓶口以及肩部的取向情况，图5和图6所示的总密度(即百分结晶度及Tg)较高的容器(与传统的容器相比)在热灌装时产生的热变形就低(不需要用热结晶及“热变定”)。图13-16表示的各种关系曲线，它是相对于用热变定方法生产的容器中聚酯的最大密度而作出的。这些曲线介绍了工具设计、聚酯成分及工艺条件(全部是非热变定的变量)的作用及相互关系，这些因素影响容器中聚酯的百分结晶度。例如，图13表示变形引起的结晶过程对提高聚酯密度的影响，对典型的聚酯来说，当总的拉伸率大于8/1但小于12/1时，聚酯密度增加到最大，其值略低于1.37克/厘米3。图14表示拉伸比超出最大变形硬化范围后对百分收缩率的负效应。已知在改进密度方面的控制因素是总的拉伸比。例如，轴...
【专利技术属性】
技术研发人员：格拉德J克里恩斯，威尼N科莱特，马丁H贝克，理查德E克拉克，伊尤安L哈里，苏帕严克里施纳库马，布里安H米勒，理查德尼科尔斯，戴维德彼希奥利，露斯D塔希奥，埃利尼M沃索维茨，
申请(专利权)人：大陆石油技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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