用于产品保持容器的封堵件的制作方法
【专利说明】
[0001 ] 在先申请
[0002] 本申请要求享有于2013年2月8日提交的题为"用于产品保持容器的封 堵件（CLOSUREFORAPRODUCT-RETAININGCONTAINER) " 的美国临时专利申请编号 No. 61/762, 569的优先权，其全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及：用于产品保持容器的封堵件；用于制造一种产品保持容器封堵件的 方法；可通过本发明方法获得的封堵件；以及本发明的封堵件用于密封地封闭产品保持容 器的用途。
【背景技术】
[0004] 关于以从容器（尤其是带有限定分送入口的圆颈的容器）分送的方式销售的众多 产品，提出了许多种结构用于针对入口的容器塞子或者封堵装置，几个例子包括例如旋盖、 塞子、软木塞、及冠形盖等。通常，诸如醋、植物油、实验室液体、清洁剂、蜂蜜、调味品、香料、 酒精饮料等产品，对用于这些产品的容器所使用封堵装置的类型及结构提出了类似的要 求。然而，瓶装售卖的葡萄酒代表了对于瓶封堵技术要求最多的产品。为最好地满足这些 需求，大多数葡萄酒瓶封堵件或塞子用被称作"软木"的天然材料制造。
[0005] 虽然天然软木仍然是用于葡萄酒封堵件的主要材料，但主要由于高品质天然软木 材料的紧缺，并且发现"软木腐败"（一种与天然软木材料相关联的现象）导致葡萄酒变质 的问题，使得近年来合成葡萄酒封堵件逐渐流行。另外，合成封堵件具有这样的优点，通过 封堵件技术，可设计、控制以及微调合成封堵件的材料含量以及物理特性，以满足全世界所 生产的多种不同类型葡萄酒对于封堵件的不同要求。
[0006] 在葡萄酒产业中，瓶封堵件都面临的理论难题之一是该封堵件插入瓶中的方式。 通常，将封堵件置于位于瓶口上方的叉钳夹持部件之中。该夹持部件包括多个分开且独立 的卡爪件，该卡爪件在周向围绕该封堵部件，并可彼此相对移动从而将该封堵部件压缩至 明显小于其初始直径的直径。一旦该封堵部件被完全压缩，柱塞使封堵装置从爪直接移动 进入瓶颈，在该瓶颈处，封堵部件能够膨胀从而与瓶颈的内径和入口接合，由此将瓶及其内 容物密封。
[0007] 鉴于卡爪件通常彼此独立并且是可各自移动，从而使得封堵部件能够被压缩至明 显减小的直径，每个卡爪件包括锐边，当封堵部件被完全压缩时，该锐边与该封堵部件直接 接合。经常在封堵部件的外表面形成划线，当该封堵部件膨胀从而与瓶颈接合时，划线导致 无法形成完全、无泄漏的密封。例如，如果装瓶设备的卡爪件没有精确调整时或者发生磨损 时，这种情况就会发生。由此，会发生产品、特别是液体产品从容器中泄漏。
[0008] 因此，通常期望的是，合成瓶塞能够承受此常规的装瓶及密封方法。此外，在装瓶 过程中，许多软木密封部件也会出现破损，导致泄漏或腐败的葡萄酒。
[0009] 葡萄酒产业中的另一问题是，葡萄酒塞子能否承受在葡萄酒产品装瓶及密封后的 储存过程中可能产生的压力。在较热的月份中，由于葡萄酒的自然膨胀而产生压力，这可能 导致瓶塞被从瓶中顶出。因此，通常希望的是，用于葡萄酒产品的瓶塞能够以牢固、紧密、摩 擦方式与瓶颈接合，从而抵抗所产生的这种压力。
[0010] 葡萄酒产业中的一个更深入的问题是，通常期望的是，即便不能在塞子插入瓶颈 之后立即实现塞子与瓶颈的密封接合，也能够很快地实现这种接合。在常规的葡萄酒加工 中，如以上所述，将塞子压缩并插入到瓶颈中，以使塞子能在适当的位置膨胀并将瓶密封。 无论用何种方法，由于在塞子插入瓶颈中之后，许多加工机使该瓶向其一侧倾斜或者使颈 部向下；期望的是，在插入瓶子之后立即发生这种膨胀，以允许瓶子以这种位置长期保存。 如果塞子不能够迅速膨胀为以牢固、紧密、摩擦方式接触瓶颈壁并与其接合，会发生葡萄酒 泄漏。
[0011] 进一步，期望的是，用合理的拔出力可以将该封堵件从瓶子取出。虽然实际的拔出 力覆盖较宽的范围，但通常所接受的常规拔出力往往低于100镑（445牛顿）。
[0012] 在开发具有商业前景的塞子或封堵件时，需要注意在牢固密封与提供合理拔出力 从瓶子取出封堵件之间取得平衡。由于据信这两个特性彼此为直接的对立关系，因此需要 注意取得平衡，以使得该塞子或封堵件能够牢固地密封产品特别是瓶装葡萄酒，能防止或 至少减少泄漏和输气，与此同时，该塞子或封堵件能够从瓶子取出而无需过大的拔出力。
[0013] 此外，通常期望的是，该封堵件的氧渗透率低。太多的氧会导致葡萄酒过早腐败。 事实上，经过一段时期后可能发生氧化，导致饮料不能饮用。因此，期望的是有效阻止氧进 入瓶子或减少进入瓶子的氧，从而延长产品的货架期以及将其保鲜。因此，任何具有商业前 景的葡萄酒塞子或封堵件应通常具有较低的传氧速率（OTR)。
[0014] 除上述方面以外，由于经济和环境的原因，还期望的是减少合成封堵件的总材料 量，特别是合成材料的量。由于封堵件的尺寸决定于瓶颈尺寸，因此理论上可通过减小封堵 件、特别是芯件（其通常为包含填充有空气或气体的孔穴的泡沫材料形式）的密度来减少 材料的量。然而，减小芯件的密度通常会增大该芯件乃至合成封堵件的变形，这反过来导致 密封能力劣化，从而增大泄漏。为免于此，可以考虑更厚的和/或更密实的外层或皮层，以 及，在芯件中结合有更坚硬和/或更密实的中央部件。然而，这两种方法均会增加材料的总 量，从而减弱甚至消除通过减小芯部密度所带来的优点。还可通过利用填料来减少合成材 料的量。还已知在合成基体中结合有天然或合成纤维的封堵件。例如，US6, 085, 923说明 了由合成弹性体制成的塞子，该合成弹性体在弹性体中含有纤维状填塞物、或纵向取向的 一个以上的纤维部。据介绍，其中的纤维是为了增强塞子以及塞体，可是诸如氧气传输和渗 透性的性能是不均匀的。与合成封堵件相同，能够控制结合有填料特别是天然填料的封堵 件的性能会是有益的。在这种封堵件中获得均匀的性能将是特别有益的。另外，同样有益 的是，在工业化规模生产中能够确保实现这种封堵件的期望性能，例如，使其适于用作本文 所述的葡萄酒瓶的封堵件，而各封堵件之间不存在明显偏差。
[0015] 除了以上方面以外，通常期望的是，合成封堵件在外观上尽可能与天然软木封堵 件相似。圆柱形软木塞封堵件通常在纵断面和平坦端均具有不规则的外观，例如，在颜色、 结构和轮廓方面表现出天然产生的不规则性。已经开发了使合成封堵件具有与天然软木塞 相似物理外观的方法，例如，通过掺混颜料以在封堵件的外部、沿着柱轴产生条纹效果，或 者使合成封堵件的平坦终端具有与天然软木塞相似的物理外观。
[0016] 软木塞产业产生大量软木粉末，来自软木塞加工的最终阶段，或来自已有的软木 塞产品。这种软木粉末通常被认为是废品，并且在产业处理中被投入锅炉中燃烧。将该软 木粉末转化为高价值的复合产品将是有益的。将软木粉末和软木颗粒与聚合物结合成复合 物是已知的。然而，将软木粉末结合到合成基体中会不利于该合成基体的加工和性能。复 合物包含大量软木粉末时，例如，基于该复合物的总重量，软木粉末超过约50重量份，这样 的复合物的性能如硬度、密度和渗透性往往会使其不适用作葡萄酒瓶用封堵件。另外，为了 改善性能，通常需要交联剂。然而，当用在与食品类接触的产品中时，这些交联剂会导致食 品安全的问题。另一方面，包含软木颗粒的复合物通常具有这样的缺点，即基体中分布的软 木颗粒会影响甚至主导该复合物的机械性能和渗透性能，使这些性能在整个复合物中不均 匀。为了制成有用的葡萄酒瓶用封堵件，期望的是在整个封堵件中具有均匀的性能。此外， 相比于软木粉末，从软木颗粒中更难除去卤代苯甲醚，特别是三氯苯甲醚（TCA)和其他会 导致感官问题的苯甲醚，如三溴苯甲醚（TBA)、四氯苯甲醚（TeCA)和五氯苯甲醚（PCA)，因 此包含软木颗粒的封堵件存在所谓软木腐败的问题。前面已经说明了在合成基体中结合软 木材料的封堵件。例如，FR2 799 183说明了由软木颗粒和软木粉末在聚氨酯基体中的混 合物构成的合成封堵件。据介绍，该软木颗粒和粉末的混合物对封堵件的均匀性是必要的。 然而，由于存在包含软木或聚氨酯的不同"区域"，这种封堵件的性能整体上通常并不均匀。 此外，由于包含较大的软木颗粒导致基体脆弱，因此这种封堵件可能崩裂甚至破碎。另外， 通常，将软木产品结合进聚氨酯基体中的封堵件制备方法包括：将软木产品与聚氨酯单体、 低聚物或预聚物组合，并进行原位聚合。然而，残余单体和诸如二聚体、三聚体和其他低聚 物的低分子量化合物残留在基体和/或软木材料中。这些残余单体和低分子量化合物与关 于食品安全的考虑相违背，因为它们会转移至与该封堵件接触的食品中。能够尽可能地克 服这些问题对于封堵件是有益的。
[0017] 此外，通常期望在葡萄酒瓶塞的表面上设置诸如字母和装饰物的装饰性标记（例 如，葡萄酒庄的饰章或标志）。天然软木塞通常通过常被称为"火烙印"的方法进行标记，即 采用热的烙印工具。或者，天然软木塞还可通过施加颜料或染料进行标识。由于食品安全 方面的担忧，用颜料或染料标识天然软木塞通常仅在不与葡萄酒直接接触的软木塞弯曲柱 面上进行。另一方面，通常仅通过火烙印的方法在天然软木塞的平坦终端面上进行标识，因 为该方法不会产生食品安全方面的问题。
[0018] 对合成封堵件进行标识也是已知的。通常，使用准许间接接触食品的、特定的染料 或颜料，通过喷墨或胶版印刷的方法，对合成封堵件进行标识。由于这种颜料和染料通常不 准直接接触食品，因此，通常，用颜料或染料对合成封堵件进行的标记仅在不与葡萄酒直接 接触的软木塞弯曲柱面上进行。这种标记可以位于最外层上，或者位于被外层（优选为基 本透明）覆盖的内表面上。在合成封堵件的平坦终端面上进行标记的方法，通常仅仅已知 用于注塑成型的封堵件，此处，在封堵件的成型过程中，通过在平坦终端面上设置突起的部 分从而进行标记。
[0019] 存在对通过挤出特别是共挤出方法制造的合成封堵件的平坦终端面进行标记的 方法。由于激光标记可以避免直接接触食物，因此其是理论上可行的方法。然而，该方法固 有慢速处理的特点，并且，由于该方法需要使用特殊激光染料添加剂因而成本较高。另外， 还担心合成封堵件平坦终端面的激光标记会不利地改变该芯件的泡沫结构，结果，这会对 该封堵件的敏感气体渗透性能产生不利影响。
[0020] 另一方法涉及通过热量和/或压力传导的方法施加装饰层，特别是装饰性塑料 层。这种方法可获得合成封堵件的永久性标识，而不会产生与食品安全相关的问题，并且不 会对合成封堵件特别是共挤出合成封堵件的气体渗透和/或机械性能产生负面影响。
[0021] 因此，需要这样一种合成封堵件或塞子，其特别地包含上述特征的至少之一，所述 合成封堵件或塞子具有与天然软木封堵件的至少一个方面相似的物理外观和/或触觉特 性，特别地，该封堵件的其他性能方面仅仅有最轻程度的减弱，特别是没有受损甚至还有改 善，所述其他性能例如包括OTR、泄漏、插入和取出的容易程度、压缩性和压缩回复性能、与 食品的相容性。
[0022] 其他以及更为具体的要求，一部分是明显而常见的，一部分将在下文描述。
【发明内容】
[0023] 从以下详细的
【发明内容】
明显可见，本发明的合成封堵件可以用作用于任何所需产 品的瓶封堵件或瓶塞。然而，由于上述原因，葡萄酒产品对瓶封堵件提出了最苛刻的标准。 因而，为了清楚地展示本发明合成封堵件的通用性，以下公开内容聚焦于本发明合成封堵 件用于装葡萄酒的瓶子的封堵件或塞子时的适用性和使用性能。然而，以下讨论仅为了示 例性目的而非旨在限定本发明。
[0024] 上文已经讨论，葡萄酒用瓶封堵件或瓶塞必须能够发挥许多独立且独特的功能。 一个主要功能是其承受储存过程中由于温度变化所产生压力的能力，以及防止葡萄酒从瓶 中渗漏或泄漏的能力。此外，还必须建立紧密的密封，以防止环境条件和瓶内部之间发生不 期望的气体交换，从而防止任何不期望的氧化或者气体从葡萄酒向大气中渗透。另外，葡萄 酒产业中所采用的独特的上塞处理也对瓶封堵件产生实质上的限制，需要能够高度压缩的 瓶封堵件，具有高的、迅速的压缩回复能力，并且能够抵抗由瓶封堵设备的夹持卡爪引起的 负面影响。
[0025] 虽然现有技术中已经生产了合成产品，以尝试满足葡萄酒产业中对可采用的替代 瓶封堵件的需求，然而，在一个或多个葡萄酒产品用瓶封堵件通常所需的方面中，经常发现 这种现有技术体系存在不足。然而，通过采用本发明，可减弱甚至消除现有技术中的许多缺 点，并可获得有效、易于采用、大规模生产的合成封堵件。
[0026] 在本发明中，通过获得一种用于产品保持容器的合成封堵件、以及一种制造这种 合成封堵件的方法，可减弱甚至克服现有技术中的许多缺点，其中该合成封堵件构造为插 入并牢固地保持在形成所述容器颈部的入口中。
[0027] 本发明的一个方面中，提供一种产品保持容器用合成封堵件，其构造为插入并牢 固地保持在形成所述容器的颈部的入口中，所述封堵件至少包括
[0028] a)芯件，包含至少一种热塑性聚合物，以及
[0029] b)至少一层外周层，其至少部分地围绕并紧密粘接至所述芯件的至少一个表面， 所述外周层包含至少一种热塑性聚合物，其中
[0030] 所述合成封堵件通过挤出形成，以及
[0031] 所述芯件和所述外周层中的至少之一包含多个孔穴，以及，其中，所述合成封堵件 包含软木粉末。
[0032] 根据本发明封堵件的一个方面，所述封堵件包括芯件，并且不包括外周层。在此方 面中，软木粉末包含在所述芯件中。此方面特别有益于降低单个封堵件的成本，并且简化生 产。
[0033] 根据本发明的另一方面，