涂覆和固化一次性容器的系统、设备和方法

专利名称：涂覆和固化一次性容器的系统、设备和方法
技术领域：
本发明涉及一次性容器。更特别地，本发明涉及用于涂覆和固化 模制的一次性泡沫容器的系统、设备和方法，其中所述容器由热塑性 颗粒制成并且涂覆有例如乳胶涂层的涂层。所述容器可用于容纳含油 和/或脂肪成分的液体或食物，例如预烹制的含脂肪的食物，例如方便 面、汤、炸鸡和调味汁。
背景技术：
用热塑性颗粒模制的泡沫容器例如杯子、碗等的制造方法是公知
的。最常用的热塑性颗粒是可膨胀的聚苯乙烯(EPS)颗粒。
通常，用碳氢化合物例如戊烷作为发泡剂浸渍聚苯乙烯珠粒或颗 粒，所述发泡剂在所述聚苯乙烯的软化点以下起泡并且导致所述颗粒 在受热时膨胀。
用浸渍后的聚苯乙烯颗粒形成模制的容器，通常按照两个步骤完 成。首先，浸渍后的颗粒被预膨胀至每立方英尺约2-12磅的密度。其 次，所述预膨胀的颗粒在封闭的模具中加热，以进一步膨胀所述预膨 胀的颗粒，使所述珠粒融合在一起形成具有模具的形状的泡沫塑料制 品例如容器，该容器例如是杯子、碗。
用于制造泡沫容器的可膨胀的聚苯乙烯颗粒通常通过水悬浮聚合 方法制备，这样可产出可被筛分至相对精确颗粒尺寸的颗粒。通常， 用于制造容器例如杯子的原始颗粒直径为约0.008至约0.02英寸。使 用具有约0.03英寸直径的珠粒制造杯子是已知的。
尽管严格控制珠粒的尺寸，但一直困扰容器工业的一个问题是， 在一段时间之后，容器尤其是由EPS颗粒制成的容器易泄漏。也就是 说，液体尤其是热的液体，例如咖啡、水、油和/或脂肪，渗透到融合 的聚苯乙烯珠粒周围并泄漏到容器的外表面上。通常，这将导致持所
述容器的人不安全和/或导致在容器的外表面上出现污渍。公知的是， 抗泄漏性取决于温度。也就是说，热的液体和食物比冷的物质更易于 渗透到融合的珠粒周围。
近年来已经开发出多种方法，以减少容纳冷的或热的液体和/或预 烹制食物的容器的泄漏。
一种方法是对容器的侧壁进行涂覆，例如在
2004年12月16日提交的标题为"涂覆有乳胶涂层的一次性容器"的美 国专利申请号No. 11/014648中所公开的，其中所述容器优选地由可膨 胀的热塑性颗粒例如可膨胀的聚苯乙烯(EPS)颗粒制成。
用于在基片上施加涂层的许多设备都是公知的。例如，2004年11 月25日公开的标题为"混合和施加多成分涂层合成物的方法和设备" 的美国专利申请2004/0234698 Al公开了 一种用于在汽车基片上施加 多成分涂层的系统。所述涂覆设备是气动的虹吸管进给喷涂枪。
2004年4月15日公开的并且标题为"用于形成带有涂层的物体的 浸涂、喷涂和流动涂覆方法"的美国专利申请2004/0071885 Al公开了 一种用通过吹塑法制造的带涂层的初加工产品来制造带有涂层的容器 的设备和方法，其中所述带有涂层的容器优选地包括聚乙烯对苯二曱 酸酯。所述涂层由热塑性环氧树脂的水合分散体构成。所述方法包括 干燥/固化所述涂层。所述涂覆和干燥可以通过多个道次完成，从而通
过每个涂覆层提高涂覆性能。
2004年2月12日公开的并且标题为"沉积和固化涂层成分的系统 和方法"的美国专利申请2004/0028818 Al公开了 一种连接到多种材料 的涂覆系统，其适合于在一个或多个基片的表面上形成涂层。适当的 喷涂系统可包括任意类型的喷嘴或喷枪，例如空气的、无空气的 (airless )、热的、超声的或液压力喷嘴或喷枪。适当的固化源包括加 热设备、辐射设备、微波设备、等离子设备和它们的组合。例如，可 能希望将辐射热能与紫外线(UV)辐射或红外线(IR)辐射结合起来， 以固化所述涂层。所述基片可以是带材、薄膜、片材或巻材。
1980年6月3日授权的美国专利No.4，206，249公开了一种对于液 体不可渗透性很高的纸质容器的制造方法。其教给的内容涉及将包含
预聚合物的可聚合的溶液喷涂到纸质容器的壁面和用紫外线照射所述 被涂覆的壁以将预聚合物固定到其壁面上的步骤。这样形成了不透液
体，例如水、牛奶、软饮料、油等的涂层。该专利在第2栏第45-62 行教导了一种方法，其中所述容器的内壁表面衬有热塑性薄膜。所述 热塑性薄膜首先层压到坯料上，然后由所述坯料形成容器。可聚合的 溶液在容器壁上的喷涂是通过热熔无空气喷涂法进行的，这是因为传 统的空气喷涂法或无空气喷涂法是不合适的。热熔无空气喷涂设备可 以是由美国Nordson Corporation制造和出售的那种。
现有技术没有公开一种用于涂覆和固化由热塑性树脂例如可膨胀 的聚苯乙烯制成的容器的系统，包括没有公开设备和方法，所述容器 用于容纳液体和食物，例如咖啡、汤、炖菜、预烹制的食物和调味汁。

发明内容
本发明已经满足了上述需求。
一种用于涂覆和固化容器的系统包括用于保存所述容器的备料 站；包括喷嘴装置的用于在所述容器的壁上喷涂涂层的喷涂装置；用 于千燥所述容器的壁上的涂覆层的固化装置；和以顺序方式从所述备 料站向所述喷涂装置以及从所述喷涂装置向所述固化装置定位所述容 器的定位装置。
一种用于涂覆和固化容器的方法包括a)在备料站中保存所述容 器；b)在所述容器的壁上施加涂层，c)干燥所述容器壁上的所述涂 层；和d)在步骤b)和c)中对所述容器进行顺序定位。
一种用于涂覆和固化容器的设备包括在所述容器的壁上施加涂 层的喷涂装置；用于干燥所述容器的壁上的涂层的固化装置；包括用 于保持所述容器的保持装置的可旋转装置；和在所述喷涂装置和固化 装置附近顺序定位所述容器的控制装置。所述保持装置优选地与容器 备料站关联使用，并且包括用于从备料站中抓取所述容器的真空装置 和将所述容器沿其纵轴旋转以在所述容器的壁上涂覆均匀的涂层的自 旋装置。优选地，所述涂层被涂覆到所述容器的内壁上。
本发明的一些实施例包括相对于所述固化装置定位的旋转装置，
从而携带所述容器的该旋转装置的一部分进入所述固化装置，从而所 述容器从备料站输送至喷涂装置并且进入固化装置。
本发明的一些实施例包括旋转装置，该装置旋转从而所述容器1)
从备料站输送至喷涂装置；2)从所述喷涂装置输送至预干燥装置；3) 从所述预干燥装置输送到输送装置上；和4)用所述输送装置输送到 固化装置，以干燥和固化所述容器的壁上的涂层。
本发明的一些实施例包括搬运装置，其将所述容器带离所述涂覆 和固化系统，以将所述容器包装和/或装袋以便于运输和/或贮存。
所述容器可在蒸汽模具中由可膨胀的热塑性颗粒形成，例如在前 述2004年12月16日提交的标题为"涂覆有乳胶涂层的一次性容器" 的美国专利申请No. 11/014648中公开的乳胶涂层的涂层，可被涂覆到 所述容器的表面的至少一部分上。该容器是相对不可渗透的，从而基 本上减少或消除了渗漏和在容器的表面上形成的污渍。
如果所述涂层是乳胶涂层，那么该乳胶涂层可从包括下述材料的 组中进行选择甲基丙烯酸甲脂和苯乙烯共聚物的乳胶，丙烯酸甲酯 和苯乙烯共聚物的乳胶，丙烯酸和苯乙烯共聚物的乳胶，和丁二烯和 苯乙烯共聚物的乳胶。
所述涂层的厚度可为约0.10密耳(mil)(每平方厘米杯子表面的 干涂层重量为0.27 mg)至约5.0密耳(每平方厘米杯子表面的干涂层 重量为13.4 mg)，并且优选地为约0.9密耳(每平方厘米杯子表面的 干涂层重量为2.5 mg)。所述涂层可涂覆到所述容器的整个内和/或外 表面和或其一部分上。
所述容器可由热塑性树脂珠粒例如可膨胀的热塑性树脂珠粒制 成，并且在一些实施例中，所述可膨胀的热塑性树脂是可膨胀的聚苯 乙烯(EPS)。
本发明的一些实施例涉及一种模制的热塑性容器，其对渗漏和/ 或污渍具有改进的抗性并且具有绝缘特性。
本发明的一些实施例涉及一种涂层，其可涂覆到模制的热塑性容 器的内和/或外表面上。
本发明的其它实施例涉及一种在模制的热塑性容器的表面上涂覆 涂层并干燥所述涂层的方法。
还有一些实施例涉及一种涂覆涂层、固化所述涂层和将所述容器
输送到容器包装/装袋系统的系统。
本发明的再一些实施例涉及改进用于固化和涂覆容器的生产率的 系统和方法。


图1是示出了本发明的喷涂和固化系统和设备的第一实施例的示 意性的正^f见图。
图2是示出了本发听的喷涂和固化系统和设备的第二实施例的示 意性的正视图。
具体实施例方式
在图1和图2中，例如杯子、碗等容器10由热塑性颗粒模制而成， 其中所述热塑性颗粒是由任意适当的热塑性均聚物或共聚物制成的可 膨胀的热塑性颗粒。
特别适用的是由乙烯基芳香族单体衍生出的均聚物，所述单体包 括苯乙烯、异丙基苯乙烯、a-甲基苯乙烯、核(nuclear)甲基苯乙 烯、氯苯乙烯、叔丁基苯乙烯等；以及通过至少一种乙烯基芳香族单 体与例如二乙烯基笨、丁二烯、甲基丙酸烷基酯、丙稀基烷基酯、丙 稀腈和马来酸酐的单体共聚而制备的共聚物，其中乙烯基芳香族单体 以共聚物的至少50%重量百分比存在。
优选的是苯乙烯聚合物，特别是聚苯乙烯。然而可以使用其它适 当的聚合物，例如聚烯烃(如聚乙烯、聚丙烯)、聚碳酸酯、聚苯氧基 脂及其混合物。如果所述热塑性颗粒是可膨胀的，则它们优选的是可 膨胀的聚苯乙烯(EPS)颗粒。
所述颗粒可以是珠粒(beads )、细粒(granules)或其它便于膨 胀和模制操作的颗粒的形式。以水悬浮方法聚合的颗粒基本上为球形，
并且优选地用于模制本发明的泡沫容器。将这些颗粒筛分以使它们的
直径为约0.008至约0.02英寸。
可膨胀的热塑性颗粒可使用任意的传统方法浸渍适当的发泡剂。 例如，所述浸渍可通过在聚合物的聚合过程中将发泡剂添加到水悬浮 液中实现，或可替换地将聚合物颗粒再悬浮于含水介质中然后结合D. Alelio的美国专利No. 2,983,692中教导的发泡剂实现。
可以将任何气态材料或者当加热时将产生气体的材料用作发泡 剂。常规的发泡剂包括在分子中含有4-6个碳原子的脂族烃，例如丁 烷、戊烷、己烷以及卣代烃，例如，CFC和HCFC，这些发泡剂在低 于所选聚合物的软化点的温度起泡。也可以使用脂族烃发泡剂的混合 物。
可选择地，如转让给NOVA Chemicals (International) S.A.公司 的美国专利Nos. 6,127,439; 6,160,027; 6，242，540中教导的那样，可 以将水与这些脂族烃发泡剂共混或者可以将水用作唯一的发泡剂。在 上述专利中使用了保水剂。用作发泡剂的水的重量百分比可以为 1-20%。美国专利Nos. 6,127,439; 6,160,027; 6,242,540教导的内容以 它们的全文在此引入作为参考。
通常使浸渍的热塑性颗粒预先膨胀至约2-12磅/立方英尺的密度。 通常，通过借助于任何常规的加热介质例如蒸汽、热空气、热水或辐 射热将浸渍的珠粒加热，来进行该预先膨胀的步骤。在Rodman的美 国专利No. 3,023,175中教导了 一种被普遍接受的用于使浸渍的热塑性 颗粒预先膨胀的方法。
如转让给NOVA Chemicals Inc公司的Arch等人的序列号为 No.l0/021，716的美国专利申请中所教导的那样，浸渍的热塑性颗粒可 以是发泡的蜂窝状聚合物颗粒，该专利的教导内容以其全文结合于此 作为参考。该发泡的蜂窝状颗粒优选是这样的聚苯乙烯其被预先膨 胀至约12.5-34.3磅/立方英尺的密度，并且基于聚合物的重量其含有 小于6.0%的重量百分比，优选为约2，0 wt。/o至约5.0 wt%，并且更优 选地约2.5 wt。/。至约3.5 wt。/。的挥发性发泡剂含量。
所述预膨胀的颗粒("预膨胀料，，)以常规的方式在密闭模具中加 热，以进一步膨胀所述颗粒，并且形成本发明的泡沫模制的容器。
图1示出了对容器10如图所示为杯子进行涂覆和固化的系统20。 系统20包括备料站22、容器分配机构23、涂覆站24、由预干燥站26a 和干燥站26b构成的固化站26以及保持和输送杯子10穿过所述系统 20的数个站和操作工位的可旋转的设备28，在这里将对其进行更详细 的讨论。
仍参照图1，可旋转的设备28包括转轮30，其在其水平轴上如转 轮30左边的箭头31所示，沿顺时针方向旋转，以将杯子10与涂覆站 24和固化站26联系起来。转轮30包括在其外周边周围的多个容器保 持装置，其中的一些以附图标记32表示。每个容器保持装置32包括 旋转平台34，所述旋转平台34通过销36固定到转轮30的外表面38 上。
旋转平台34优选地具有与例如图1中的杯子10的底部相同的形 状，杯子10的底部是圆形的，并且旋转平台34具有与杯子10的底部 相同的直径或尺寸。同样，每个旋转平台34包含真空装置，在图1 中以标记35示意性地表示，其可选择性地操作，当旋转平台34被定 位在备料站22附近时施加抽吸力，以便在杯子10通过重力作用从分 配机构23落到容器保持装置32的平台34上之后保持杯子10，并且 间断地在干燥站26b中释放杯子10,其更多的内容将在下文中讨论。
每个旋转平台34被构造并且布置为按照箭头37所示的顺时针方 向旋转或自旋。每个平台34将每秒旋转大约23转。旋转平台34的这 种旋转将与转轮30的旋转同步，从而杯子10可与涂覆站24相联系， 从而均匀的涂层可被涂覆到杯子10的内壁表面上。将该涂层涂覆在杯 子10的内壁表面上大约需要0.15秒。
杯子10的内表面上的涂层的厚度可为约0.10密耳(mil)(每平 方厘米杯子表面的干涂层重量为0.27 mg)至约5.0密耳(每平方厘米 杯子表面的干涂层重量为13.4mg)，并且优选地为约0.9密耳(每平 方厘米杯子表面的干涂层重量为2.5 mg)。所述涂层可涂覆到所述容器的整个内和/或外表面和/或其一部分上。优选地，在图1的实施例
中，所迷涂层被涂覆到杯子10的整个内壁表面上。
涂覆站24由具有在杯子10的内表面上涂覆涂层的喷嘴41和用于 容纳涂料的储料箱42的喷涂系统40构成。储料箱42具有入口导管 43和出口导管45，如图1中所示。在连续的杯子10的涂覆循环过程 中，随着它们绕转轮30的外周的旋转以及进出所述紧相邻的涂覆站 24，入口导管43将涂料输送至喷嘴41，并且出口导管45将涂料返回 到储料箱42。喷嘴41如图1所示，引导其喷雾进入杯子IO。然而， 可提供额外的喷嘴，其中涂料可涂覆到容器10的外表面壁上，或喷嘴 41可被定位以引导其喷雾到杯子10的外壁上。
喷嘴装置40可以是购自Nordson Corporation的无空气喷涂装 置。由Nordson Corporation提供的这种喷涂装置的一个实例公开于 前述Suzuki等人的美国专利4,206,249中。在该例子中，优选的是所 述无空气喷涂装置在室温下涂覆涂料，而不是在美国专利4,206,249 中教导的在提高的温度下涂覆。应当理解，在根据本发明的教导涂覆 涂料时，可对4，206，249专利的喷涂装置进行微小的修改。
涂覆率可被定义为"容器的每单位表面积上涂覆的涂料的干重"。 如此处所述，涂覆率可从约0.27毫克至约13.4亳克涂料干重/平方厘 米杯子表面。涂覆率越高，涂层越厚，污渍抗性越好，并且用于杯子 10的壁表面上的涂层的干燥时间就越长。
仍参照图l,固化站26由预千燥站26a和干燥站26b组成。预干 燥站26a由向杯子10的内壁上引导热空气流以预干燥所述涂层的热空 气枪44组成，干燥站26b由图1的底部所示的传送带装置46和干燥 室48组成。而且，如果涂料涂覆到容器10的外壁上，则热空气枪44 可定位成预干燥该外壁涂层。同样，可以提供不止一个热空气枪。
热空气枪44可以是购自Leister Company的名为Hotwind S Hot Air Blower的那种类型，其用于在环境温度至约80°C ，优选地为90。C 之间的温度范围内，当杯子10沿箭头37所示的顺时针方向持续自旋 时，引导热空气流到杯子10的表面壁上。在杯子10被传送到传送带
装置46上并且被送入千燥室48之前，预千燥和预固化所述涂层的热 空气流作用到杯子IO的壁表面上。
干燥室48可在大气压和约7(TC至约199'C之间，优选地约85°C 至约95。C之间的温度范围内，并且最优选地卯。C的温度下操作约30 秒至约90秒的一段时间。优选地，杯子IO传送穿过室48的持续时间 为约45秒至约70秒。
在干燥站26b,容器保持装置32的平台34的真空装置35关闭以 释放杯子10，从而它们可自由地落到在图1的下部部分示出的传送带 装置46上。尽管没有示出，传送带46优选地由两条以相同速度运动 的水平间隔的传送带构成。杯子10从转轮30上释放并落到传送带装 置46上，杯子IO将倾向于向上枢转，从而杯子10的嘴部将指向上， 并且在该位置处，杯子IO在重力作用下自由地落到所述两个间隔开的 传送带之间，从而杯子10的边缘被所述两个间隔的传送带支撑，所述 传送带然后将杯子10传送穿过干燥室48。
从干燥室48出来之后，所述杯子被传送穿过容器搬运站52。容 器处理系统52可包括用于将杯子10传送到包装线的传送带。
转轮30被旋转并依次转换位置进入备料站22、涂覆站24、固化 站26和容器搬运站52，以涂覆和千燥杯子IO。这种定位将结合每个 容器保持装置32的真空装置35的操作和每个容器保持装置的平台34 的旋转来执行。用于实现这一 目的的控制装置53将由本领域公知的装 置构成，其将通过本领域的技术人员公知的适当的电子装置或可编程 的装置自动地操作。
通过由标记53处示出的控制装置来传送单个杯子10穿过图1的 系统的方法将包括以下步骤
在备料站22中
转轮30被停止，从而容器保持装置32被转换位置成与杯子分配 装置23对准。该相应的容器保持装置32的平台34中的真空装置35 被激活，并且分配机构23释放杯子10。被光敏装置(未示出)控制 的分配机构23在它检测到容器保持装置32时被激活。在涂覆站24紧前的某个位置上，平台34被激活以沿箭头37所示的方向旋转杯子 10。
在涂覆站24中
当平台34和杯子10旋转时，喷嘴40通过光敏装置(未示出)操 作以将涂料涂覆到杯子IO的表面上。所述喷涂周期是预先设定的，例 如，如上文所述的约0.15秒。容器保持装置32以及杯子IO在该站内 的持续时间应当不少于所述喷涂时间。
在预干燥站26a中
转轮30旋转以将容器保持装置32送入预干燥站26a。随着旋转 平台34持续旋转，热空气枪44通过光敏装置(未示出)自动地操作 并且定时地引导干燥空气流进入杯子10。尽管在图1中只示出了一个 热空气枪44，但应当可以理解，如果需要的话，也可绕转轮30布置 数个这种空气枪44。
在干燥站26b中
转轮30旋转并且将杯子10转位到传送带装置46的正上方。此时， 旋转平台34的旋转和真空装置35的操作同时中断，并且杯子10被释 放到传送带装置46上，该传送带装置46传送杯子10穿过固化室48。
图2描绘了本发明的另一个实施例。图2描绘了用于涂覆和固化 容器58即如图所示的杯子的系统56。系统56以与图1中的系统20 相类似的方式包括备料站60、容器分配机构61、涂覆站62、固化站 64以及保持和输送杯子58穿过所述系统56的数个站和操作工位的可 旋转的设备66。
可旋转的设备66包括在其水平轴上如在图2中转轮68的右上方 箭头70所示沿顺时针方向旋转以将杯子58与涂覆站62、固化站64 以及杯子搬运站72联系起来的转轮68。转轮68包括绕其外周的多个 容器保持装置74。每个容器保持装置74由旋转平台76构成，所述旋 转平台76通过销78固定到转轮68的外表面80上。
旋转平台76优选地具有与该例子中的杯子58的底部相同的形状， 即圆形，并且可与杯子58的底部具有相对地相同的直径或尺寸。同样，每个旋转平台76包含真空装置77，其中一个在图2中示意性地示出， 其可选择性地操作，当容器保持装置74被定位在备料站60附近时施 加抽吸力，以便当杯子58通过重力作用从分配机构61落到旋转平台 76上之后保持杯子58,并且当它接近杯子搬运站72释放杯子58时关 断抽吸力，其更多的内容将在下文中讨论。
每个旋转平台76被构造并且布置为按照箭头82所示的顺时针方 向旋转。每个平台76将每秒旋转大约23转。旋转平台76的这种旋转 将与转轮68的旋转同步，从而杯子58可与涂覆站62相关联，从而使 均勻的涂层被涂覆到杯子58的内壁面上。该涂层在杯子10的内壁面 的这种涂覆将大约需要0.15秒。
杯子58的内表面上的涂层的厚度可为约0.10密耳(mil)(每平 方厘米杯子表面的干涂层重量为0.27 mg)至约5.0密耳(每平方厘米 杯子表面的干涂层重量为13.4mg)，并且优选地为约0.9密耳(每平 方厘米杯子表面的干涂层重量为2.5 mg)。所述涂层可涂覆到所述杯 子58的整个内表面和/或其一部分上。优选地，所述涂层被涂覆到杯 子58的整个内表面上。
涂覆站62由具有在杯子58的内表面上涂覆涂料的喷嘴86的喷涂 系统84构成。尽管未在图2中示出，喷涂系统84可包括与图1的实 施例中所示的类似的储料箱。
喷涂系统84优选地是可从Nordson Corporation购买的、与本文 中图1中的实施例的教导类似的无空气喷涂装置。同样，喷涂系统84 的涂覆率将与图l的喷涂系统40的类似。
仍参照图2，固化站64由干燥装置88构成，其中转轮68旋转并 携带杯子58进出所述千燥装置88。干燥装置88可以是定制的炉子， 其在约90。C的温度范围内向杯子58供给热空气，以干燥和/或固化杯 子58上的涂层。杯子58旋转离开千燥装置88并且通过吸力传送进入 杯子搬运站72。
优选地，干燥装置88在大气压和从约70。C至约199°C，优选地从 约85。C至约95。C的温度范围内，并且最优选地在90。C的温度下操作
约45秒至约70秒的一段时间。优选地，杯子58传送穿过干燥装置 88的持续时间为约45秒至约70秒。
随着每个容器保持装置74接近容器搬运站72,容器保持装置74 的平台76中的真空供给源被关断，以允许杯子58从转轮68上释放并 被送入容器搬运站72中，所述容器搬运站72然后将杯子58从本发明 的涂覆和固化系统56中带至后续搬运站，例如容器包装站。
转轮68旋转并顺次地转位进入备料站60、涂覆站62、固化站64 和容器搬运站72,以涂覆和固化杯子58。杯子58的这种定位将通过 使用如标记89处示出的控制装置，结合每个容器保持装置74的真空 装置的操作和每个容器保持装置74的平台76的旋转，以类似于图1 的方式实现。用于实现该目的的控制装置89与图1的实施例中教导的 相类似。
使用控制装置89传送单个杯子58穿过图2的系统的方法将包括 下面的步骤
在备料站60中
转轮68停止旋转，从而容器保持装置74被转位成与容器分配装 置61对准。该相应的容器保持装置的旋转平台76中的真空被激活， 并且分配机构61释放杯子58。杯子由光敏装置(未示出)控制的分 配机构61在它检测到容器保持装置74时被激活。在喷涂站62之紧前 的某个位置上，旋转平台76被激活，以沿箭头82所示的方向旋转杯 子58。
在涂覆站62中
在旋转平台76和杯子58旋转的同时，喷涂系统84通过光敏装置 (未示出)操作，以在杯子58的内表面上涂覆一层涂料。喷涂时间被 预先设定为预定的时间，例如约0.15秒。带有杯子58的旋转平台76 在该站中的持续时间应当不少于所述喷涂时间。
在固化站64:
转轮68旋转以将旋转平台76送入固化站64。此时，带有杯子58 的旋转平台中断旋转，同时转轮68旋转，以将旋转平台和杯子58转位到杯子搬运站72。
在图1和图2的实施例中，喷涂系统24, 62在可以是16盎司的 杯子IO， 58的内表面上涂覆涂层的生产率为约50-600杯子/分钟。显 而易见的是，可使用数个喷涂系统实现所述杯子的理想的生产率。
在本发明中，可在杯子10和58上涂覆任意适当的涂料成分。然 而，如果要涂覆乳胶涂料成分，则该涂料与前述2004年12月16日提 交的标题为"涂覆有乳胶涂料的一次性容器"的美国专利申请序列号 No. 11/014648中公开的类似，其中所述容器优选地由可膨胀的热塑性 颗粒例如可膨胀的聚苯乙烯(EPS)颗粒制成，该文件以其全文结合 于此作为参考。
在该例子中，所述乳胶涂料成分可以是对形成所述容器的热塑性 颗粒无害的类型。也就是说，用在本发明中的乳胶涂料将不具有任何 会溶解所述热塑性颗粒尤其是聚苯乙烯颗粒或与之反应的化学物质。 例如，大部分基于溶剂的聚合物涂料在本发明中是不可行的。
"乳胶"可被定义为聚合物颗粒在含水介质例如水中的胶状的扩散 体。以重量计的物相比(聚合物相与含水相之比)为40:60至60:40。 在乳胶涂料工业中，更常用的术语为"固体含量"。此处所用的"固体含 量，，指的是在乳胶涂料中的干物质，其包括聚合物、乳化剂、无机盐等。 固体含量的典型范围为40-60 wt%。该测量结果是将乳胶涂料样本在 IOO'C至140。C之间的温度下千燥为稳定质量而获得的。固体含量接下 来被表示为干物质与样本总质量的百分比。
用于本发明的乳胶可以包含表面活性剂和/或其它微量成分。所述 通常用于稳定目的的表面活性剂可以是任一种公知的用在乳胶涂料中 的表面活性剂，例如辛基磺酸钠、癸基磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十 四烷基硫酸钠、十六烷基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、支化的烷基硫酸 钠、十二烷基乙氧基化钠(2EO)、十二烷醇乙氧基化物(5EO)、十 二烷醇乙氧基化物(7EO)、十二烷醇乙氧基化物(8EO)等。
特别适用于本发明的乳胶涂料的聚合物可以选自以下一组物质的 单体的均聚物丁二烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸辛酯、乙酸乙烯酯、氯乙 烯、偏二氯乙烯、新戊酸乙烯酯、新癸酸乙烯酯、丙烯腈、甲基丙烯
腈、丙烯酰胺、苯乙烯、a-甲基苯乙烯、曱基丙烯酸甲酯、甲基丙烯 酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、曱基丙烯酸异丁酯；或者两种或更多种 以上的上述单体的共聚物，或者两种或更多种以上单体或与以下官能 单体的共聚物，所述官能单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、 富马酸、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、曱基丙烯酸二乙基氨基 乙酯、甲基丙烯酸叔丁基氨基乙酯、丙烯酰胺、二甲基间-异丙烯基节 基异氰酸酯、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基曱基丙烯酰胺、N-(异丁 氧基甲基)丙烯酰胺、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、 苯乙烯磺酸钠。
所述乳胶涂料可以包括单体的聚合物，所述单体选自由丙蜂酸脂 如丙烯酸乙酯、曱基丙烯酸脂如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸如甲基丙烯 酸构成的组；或这些单体与乙酸乙烯酯或苯乙烯共聚形成的共聚物。
优选的乳胶涂料是甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯共聚物的乳胶、丙烯 酸甲酯和苯乙烯共聚物的乳胶，丙烯酸和苯乙烯共聚物的乳胶，和丁 二烯和苯乙烯共聚物的乳胶。
该乳胶涂料的分子量可以从约100至约1百万单位(500至约2 亿g/mo1)。该乳胶涂料的分子多分散度(poly-disperisity)可以限定 为从非常窄至非常宽的范围，即，约1.0至约20。
尤其适用于本发明的乳胶涂料的类型由固体颗粒形式的聚合物和 水组成。初始的聚合物固体含量可以为约48-50 wt%,其可被调节以 改变其粘度，从而工艺设备例如喷涂系统可充分地处理所述涂料在所 述容器上的涂覆。
在被涂覆到容器表面之前的乳胶的固体含量大致取决于用于将所 迷乳胶涂到容器上的工艺。在本发明中，优选的是，使用喷涂法将涂 料涂覆到容器上。在该例子中，固体含量的范围为基于乳胶重量的约 40-47%。
杯子10,58可以是通过具有内壳层和外壳层的常规杯子成型机制
造的热塑性容器如聚苯乙烯杯子。常规的杯子成型机是由
Autonational B.V.生产的Cup Production MODEL 6-VLC-125型机器 或是由Master Machine & Tool Co.生产的MODEL M10型的制杯机。
根据本发明的教导，在杯子IO, 58形成之后，它们通过适当的装 置分别送入图1和2中的本发明的涂覆和固化系统20， 56的备料站 22， 60中，如图1和2中所示，涂料被均匀地涂覆到杯子10， 58的 内表面上。可以预计，在一些例子中，可优选地将涂料涂到杯子10， 58的内表面和外表面上。同样优选地，所述涂料基本上涂覆到杯子10， 58的整个表面上；然而，在一些例子中，它可以优选地将涂料涂覆到 杯子的表面的一部分上。
在图1中，在涂料被涂覆到杯子10的一个或多个表面上之后，杯 子10通过传送带装置46送入可以是干燥室或干燥炉的固化室48。在 图2中，在涂料被涂覆到杯子58上之后，杯子被旋转进入固化室88， 固化室88可以是干燥室或干燥炉。该炉可以是传统的炉并且加热介质 可以是热空气、辐射热或热加真空。典型的干燥炉可从Blue M Electric Company, Blue Island, Illinois获得。干燥时间取决于干燥温度、涂料 的固体含量和涂料厚度。例如，如果涂料为1.5密耳，干燥温度将为 约90。C并且干燥时间为约60秒。典型地，对于固体含量为约8-47 wt% 的涂料来说，干燥温度将在约50。C至约100。C的范围内，并且干燥时 间可以为约5秒至约3000秒。固化室也可以是辐射装置、微波装置、 等离子装置或它们的组合。
如本文所述，图1和图2的杯子10， 58的一个或多个表面上的其 可能是乳胶涂料的涂料，厚度可以为约0.10密耳(mil)(每平方厘米 杯子表面的干涂层重量为0.27 mg)至约5.0密耳(每平方厘米杯子表 面的干涂层重量为13.4 mg)，并且优选地为约0.9密耳(每平方厘米 杯子表面的干涂层重量为2.5 mg)。所述涂层厚度可在所述容器的基 本整个内和/或外表面和/或其一部分上延伸。
所述涂料被涂覆到杯子10,58的内表面和外表面的一部分上或基 本上至少其中一个表面上，以形成涂层；优选地涂覆到内表面上；并且更优选地涂覆到内表面和外表面上。
所述涂料被涂覆到外表面上以用于防止渗漏和/或标记和印刷的
目的。可以理解，杯子10， 58同时具有侧壁和底部部分，并且所述"内 表面"和"外表面"通常是指杯子10, 58的侧壁和底部部分。
尽管本发明已经以其特定实施例的方式加以特别地阐述，但对于 本领域的技术人员来说，显然，可以在不偏离由所附权利要求限定的 本发明的情况下对本发明作出多种变化和细化。例如，可在杯子IO， 58的一个或多个表面上涂覆一层或多层不同类型的涂料。同样地，所 述容器可由不可膨胀的热塑性树脂制成并且所述喷涂装置可包括多个 喷嘴。
权利要求
1. 一种用于涂覆和固化具有内表面和外表面的一次性容器的系统，所述系统包括:用于保存所述容器的备料站；用于在所述一次性容器的表面上涂覆涂料成分的涂覆站；和位于所述涂覆站下游、用于预干燥和固化所述一次性容器的所述表面上的所述涂料成分的固化站；和用于从所述备料站到所述涂覆站和从所述涂覆站到所述固化站以顺序方式定位所述容器的定位装置。
2. 根据权利要求l所述的系统，还包括容器搬运站，其中该容器 搬运站包括用于将所述容器从所述用于涂覆和固化所述一次性容器的 所述系统中带走以进一步处理的容器搬运装置。
3. 根据权利要求l所述的系统，其中所述涂覆站包括喷涂系统，其包括用于均匀地将所述涂料成分涂覆到所述一次性 容器的所述表面上的喷嘴装置。
4. 根据权利要求3所述的系统，其中所述喷涂系统还包括用于保 存所述涂料成分并且与所述喷嘴装置连通以向所述喷嘴装置供给所述 涂料成分的储料箱。
5，根据权利要求2所述的系统，其中所述定位装置包括具有旋转 轴线的转轮，所述固化站定位在所述定位装置下游并沿垂直于所述定 位装置的旋转轴线的方向延伸。
6. 根据权利要求2所述的系统，其中所述定位装置可在所述固化 站内旋转。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中所述容器搬运装置被定位在 相对于所述定位装置的径向方向上，并且靠近所述容器备料站。
8，根据权利要求2所述的系统，其中所述定位装置包括多个容器 保持装置。
9.根据权利要求8所述的系统，其中每个所述容器保持装置包括 可选择性地操作以保持和释放所述容器的真空装置，和用于选择性地 旋转所述容器从而使所述涂料被均匀地分布到所述容器的所述表面上 的旋转装置。
10. 根据权利要求1所述的系统，还包括用于将所述容器相对于所述备料站、所述涂覆站和所述固化站以顺序方式定位的控制装置。
11. 一种用于将容器相对于多个站定位的设备，包括多个容器保持装置，所述容器保持装置具有可选择性地操作以保 持和释放所述容器的真空装置和用于选择性地旋转所述容器的旋转装 置。
12. 根据权利要求11所述的设备，其中所述设备包括转轮，并且 所述多个站至少包括用于在所述容器的至少内表面上涂覆涂料的涂覆 站和用于固化所述容器的所述内表面上的所述涂料的固化站。
13. 根据权利要求12所述的设备，其中所述多个容器保持装置在 所述转轮周边的周围定位，并且所述设备还包括与所述涂覆站和所述 固化站相关联用于定位所述容器的控制装置。
14. 一种涂覆和固化容器的方法，包括a) 在备料站中保存所述容器；b) 在所述容器的表面上涂覆一个涂料层；c) 干燥所述容器上的所述涂料层；d) 在步骤b)和步骤c)中按顺序定位所述容器。
15. —种涂覆和固化容器的方法，包括a) 在备料站中保存所述容器；b) 旋转所述容器，以将所述容器相对于涂覆站定位；c) 在所述容器的表面上涂覆均勻的涂料层；d) 旋转所述容器，以将所述容器相对于固化站定位；e) 固化所述容器的所述表面上的所述涂料。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述旋转步骤包括所述容 器相对于所述涂覆站和所述固化站的旋转和所述容器相对于所述容器 的轴线的旋转同时进行，从而所述涂料层被均匀地涂覆到所述容器的所述表面上。
17. —种根据权利要求15所述的方法涂覆的容器。
18. 根据权利要求l所述的系统，其中所述涂料成分是乳胶涂料， 其包括选自下面一组单体的均聚物丁二烯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸 异丁酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸曱酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸辛酯、 乙酸乙烯酯、氯乙烯、偏二氯乙烯、新戊酸乙烯酯、新癸酸乙烯酯、 丙烯腈、曱基丙烯腈、丙烯酰胺、苯乙烯、cc-甲基苯乙烯、甲基丙烯 酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸异丁酯。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中所述乳胶涂料由选自下面 一组聚合物中的聚合物构成，所述聚合物包括两种或更多种所述单体 的共聚物，和两种或更多种所述单体或与下列官能单体的共聚物，所 述官能单体包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、富马酸、丙烯酸羟 乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、甲基丙烯酸 叔丁基氨基乙酯、丙烯酰胺、二甲基间-异丙烯基苄基异氰酸酯、N-羟曱基丙烯酰胺、N-羟甲基甲基丙烯酰胺、N-(异丁氧基甲基)丙烯 酰胺、丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、苯乙烯磺酸钠。
20. 根据权利要求18所述的系统，其中所述乳胶涂料包括选自下 面一组单体的聚合物，其中所述一组单体包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸；和所述单体与乙酸乙烯酯或苯乙烯共聚形成的共聚物。
21. 根据权利要求20所述的系统，其中所述乳胶涂料选自如下一 组乳胶曱基丙烯酸甲脂和苯乙烯共聚物的乳胶、丙烯酸甲酯和苯乙 烯共聚物的乳胶、丙烯酸和苯乙烯共聚物的乳胶和丁二烯和苯乙烯共 聚物的乳胶。
22. 根据权利要求21所述的系统，其中所述乳胶涂料是丙烯酸甲 酯和苯乙烯共聚物的乳胶。
23. 根据权利要求22所述的系统，所述乳胶涂层具有约0.10密 耳至约5.0密耳的厚度。
24. 根据权利要求21所述的系统，其中当所述乳胶涂料被稀释时 具有约40-47 wt。/。的固体含量。
25. 根据权利要求18所述的系统，其中所述乳胶涂料由固体相和 水相构成，所述固体相为基于所述乳胶涂料重量的约50wt%。
26. 根据权利要求15所述的方法，所述步骤还包括 将所述涂料涂覆到所述容器的所述内表面上。
27. 根据权利要求15所述的方法，所述步骤还包括 将所述涂料涂覆到所述容器的所述外表面上。
28. 根据权利要求15所述的方法，其中所述涂料选自下面一组乳 胶涂料甲基丙烯酸甲脂和苯乙烯共聚物的乳胶、丙烯酸曱酯和苯乙 烯共聚物的乳胶、丙烯酸和苯乙烯共聚物的乳胶和丁二烯和苯乙烯共 聚物的乳胶的组的乳胶涂料。
29. 根据权利要求28所述的方法，其中所述乳胶涂料是丙烯酸甲 脂和苯乙烯共聚物的乳胶。
30. 根据权利要求28所述的方法，其中所迷乳胶涂料通过喷涂法 涂覆到所述容器上。
全文摘要
本发明公开了一种涂覆和固化一次性容器例如杯子的系统、设备和方法，其中所述容器由热塑性颗粒例如可膨胀的聚苯乙烯颗粒(EPS)构成，并且涂有例如乳胶涂料涂层。所述系统包括备料站、涂覆站、固化站和容器搬运站。包括转轮的设备用于将所述容器定位到所述多个站中。所述转轮包括多个容器保持装置，其中所述容器保持装置包括可选择地操作以相对于所述站保持和释放所述容器的真空装置和可选择地旋转所述容器以均匀地涂覆和/或干燥所述容器上的涂料并且增加涂覆和/或干燥所述容器的生产率的可旋转的平台。
文档编号B05B13/02GK101378842SQ200680026535
公开日2009年3月4日 申请日期2006年7月7日 优先权日2005年7月22日
发明者D·A·考恩, D·皮斯帕宁, 唐建生 申请人:诺瓦化学公司