专利名称：用于热灌装的容器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热灌装的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)容器，以及用于灌装所述 容器的方法。具体地，该方法应用在使用PET瓶包装超过80°C的产品，该PET瓶没有使用被 称之为“耐热性”的吹塑法制造，其更为普遍地被用字母HR表示。
背景技术：
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)瓶由于其在耐热，轻量化，透明度和感官性能方面 的出色性质被使用于很多方面。这些瓶通过在模具内对塑坯进行双轴拉伸而高生产率地制造。在本说明书中，措词“热灌装”应当被理解为意指液体温度大于环境温度，通常大 于80°C的灌装。措词“冷-灌装”被理解为意指环境温度或低于环境温度的温度。用于冷-灌装瓶的PET瓶的制造采用在模具空腔内吹塑塑坯的方法。通过注塑法 制造的塑坯类似于一种管，其一端被堵塞和另一端形成颈部。在经由红外辐射加热塑坯到 95/120°C后，无定形的PET软化和通过在模具的空腔内吹塑进行变形。在吹塑阶段，由于拉 伸杆和在压力下被引入到塑坯中的空气和由此导致膨胀的共同作用下，塑坯双轴变形。为 了消除PET的热量通过接触使模具被水_冷却，其具有定形瓶的几何形状的效果。因为在 其制造期间该瓶进行了双轴拉伸，所以获得的该瓶被认为是双轴取向的。因而取向的大分 子链导致在环境温度下出色的机械和光学性质。该双轴取向的缺陷源于其可逆的性质和一 旦温度增加该材料寻求回到初始状态；一种被称为形状记忆的现象。因而，尽管这些瓶提供了很多优点，然而当其温度大于60°C时其具有变形的缺陷。 用在高温85/95°C下产品灌装这些瓶将导致这样的变形以至于所述的瓶不适于使用。用于 弥补前述缺陷和允许PET瓶能被热灌装的几种方法已经在现有技术中被记载。用以允许PET瓶用热液体灌装的最普通方法在于使用被称为“耐热性”瓶吹_塑 法的方法，以及使用特定的瓶设计。被称为“耐热性”的方法，其更普遍地用字母HR表示，使得改善瓶的耐热性成为可 能。接着，产生第一 HR方法，被称为一步法，其允许获得80至88°C的灌装温度。第二 HR方 法，称为两步法，其允许液体在88至95°C下被包装。如HR瓶制造方法一样地，其必须采取不同的瓶设计。在包装期间，当所述的瓶在 高温下被塞闭，该瓶必须承受由于液体冷却产生的真空。该冷却导致液体和该瓶中捕获空 气的双重收缩。因而，热灌装瓶包括补偿板，该补偿板能够使得吸收体积上的变化成为可 能，和包括防止该瓶不受控制的变形的多个刚性部件。这些设计需要较大的壁厚和导致该 瓶的重量增大到冷_灌装瓶重量的两倍。HR方法被用于生产用来热灌装的瓶，其也采用塑坯在模具空腔内吹塑，但是其还 具有更多改进和更复杂的工作参数。特别地，与比吹塑冷-灌装容器的情况下相比，该塑坯 在更高温度下被加热。高的吹塑温度使得PET的形状记忆最小化和松驰由于吹塑产生的一些应力成为可能。就一步法HR方法而论，当该瓶与模具壁接触时，其受到热处理。模具壁 的高温影响增加双轴取向的PET链的结晶和因而改善其耐热性。该瓶内的空气循环使得从 PET上释放热量和因而在脱模前固化该瓶的壁成为可能。就两步法HR方法而论，该方法使 得获得更高的耐热性成为可能，但是其代价是连续的更为复杂的步骤。具体地，第一步骤在 于吹塑塑坯，其体积远大于该瓶的体积；这个塑坯，具有高结晶度，然后其通过被加热到高 于玻璃化转变而收缩；该收缩的塑坯最后在相当于该瓶打算制造的尺寸的模具空腔内吹制 成形。该瓶具有高结晶度，其允许在88至95°C之间的温度下灌装。然而，为允许在高温下包装液体的经由热处理的该瓶具有几个缺陷。第一缺陷在于减少该瓶的生产效率，这是因为热定形方法延迟了吹塑周期。HR方 法比普通的吹塑方法更为复杂和因此建设和使用的成本更为高昂。第二缺陷在于重量和因此而带来的这些瓶的成本。如前所述，增加的材料使得承 受容器内产生的真空和高灌装温度成为可能。然而，当前的方法使用了过量的材料，其对于 优良的保存该产品严格来说并非必需。此外，补偿板损坏了容器的外观，使得降低了对消费 者的吸引力。法国专利申请FR2887238提出通过生产适于热灌装的薄壁瓶部分克服前述缺陷。 使用如前所解释的一步法或两步法HR吹塑方法制造这些瓶和因此具有允许热灌装而不会 导致容器收缩的性质。在专利申请FR2887238中提出的瓶具有许多优点，这是因为其不包 括收缩板，和与本领域技术人员所用的容器相比在相等容量下具有减轻的重量，该重量基 本上等于被用来盛装矿泉水的容器的重量。圆柱形的容器，任选地具有增强容器体的凹槽， 其具有如同用于无气矿泉水的容器的轻质基底，但是被增强了。在巳知类型的装罐机上热 灌装这个容器，取决于目标应用，液体被装入和维持在60至95°C的温度下。在高温下塞闭 和冷却之后，该瓶内产生真空，其产生瓶体的显著变形。按照专利申请FR2887238，该方法在 于通过当液体温度低于约40至50°C的转变温度时导致该瓶壁的热收缩减少该瓶的体积。 尽管专利申请FR2887238具有许多优点，但是其仍然具有几个缺陷。第一缺陷在于制造这些瓶的方法为了给予容器足够地耐热性而需要一步法或两 步法HR吹塑方法。如前所解释的那样，这些制造方法是复杂的和因此更加难以利用。这对 于所生产的容器的成本是一个影响。所提出的该方法的第二缺陷在于通过加热使得容器的体积收缩是困难的，考虑到 所述的容器通过使用能够使其更加耐热的HR吹塑方法制造。
发明内容
本发明提出通过按照新的方法制造和热灌装的新容器来克服前述缺陷。按照本发明，该用于热灌装的PET容器使用普通的吹塑方法制造，即通常用来生 产冷-灌装容器的方法。按照本发明，不同于在高温下的模具中吹塑容器的"耐热性" 或"HR"吹塑方法，该容器在“冷”模具中吹制成形。与通常所用的热灌装方法相比，该灌装方法包括附加的步骤。这个步骤是使用高 强度热源收缩容器壁。该容器不同于热灌装容器，区别在于其没有补偿板的几何形状，花瓣状或星形的 基底，轻的重量，低的平均密度和其密度的空间分布。
特别地，本发明使之成为可能，即制造轻重量的容器，其热-填充性并非通过H R 吹塑方法提供而是通过意想不到的几个因素的结合，这些因素包括容器的几何形状，容器 的组成和制造和灌装方法。按照本发明的容器的重量基本上等于这样一种容器的重量，例如用于容纳冷_灌 装液体的瓶。此外，应当指出按照本发明的容器是用来承受压力而不是如在现有技术中提出的 真空。有利地，容器的基底用来承受容器内的正压。本发明也包括热灌装容器的方法，例如PET瓶，其没有使用HR方法制造和其 热_填充性源于瓶的设计和其制造方法的结合。当热灌装液体完全地或部分地被冷却时， 在高强度热源的影响下，该灌装方法另外包括容器的收缩步骤。
具体实施例方式以下通过说明按照不属于HR方法的普通吹塑方法由塑坯制得的热灌装PET瓶的 制造实例，本发明将更好地被理解。由于瓶的几何形状，制造和灌装方法和所用的树脂之间 的意想不到的协同作用，该瓶具有该耐热性。为改善它们的耐热性，现有技术的方法提出增加PET容器的结晶度，不同于现有 技术的方法，本发明提出仅仅使用较低结晶度的容器并不能使其能够承受灌装温度。容器 的耐热性源于结晶度，容器的几何形状和吹塑和灌装方法的结合。本发明是非常有意义的， 这是因为其能够使得避免用于增加容器结晶度的一步或两步法HR制造方法成为可能。这 些方法包括复杂的步骤，其降低生产效率和对于所生产的容器的成本具有很大的影响。如上所指出，本发明详细的实施例描述了 PET瓶，但是并非就是说本发明局限于 这种类型的物体。其它类型的容器，例如，PET或类似树脂制得，也成为本发明的主体。该 瓶包括颈部，通常的圆柱形瓶体和基底。在相同容量下，该瓶的重量类似于用于矿泉水或汽 水的瓶子的重量。与使用HR方法制造的瓶的颈部相比，其颈部减少了厚度。例如，瓶的颈部用于汽 水特别适宜。瓶体通常是圆柱形，小厚度并且可以包括提供刚性的肋。该瓶并不包括热灌装的 PET瓶的特征要素，比如肩部的板，带，凸起。按照本发明的一个优选实施方式，无论如何地， 圆柱形的瓶体包括用于液体部分或完全冷却后除去瓶内真空的收缩区域。该收缩区域优选 是局部的。该灌装方法包括急剧加热所述收缩区域的步骤，其具有消除瓶内真空的效果。在 热量的作用下，该收缩区域收缩和产生该瓶体积的减少。有利地，该瓶包括具有特定特征的基底。不同于现有技术中提出的那些，仅仅具有 高耐压性的基底可以被使用。令人惊讶地，被用于汽水容器的花瓣状类型的基底仅仅在温 度的作用下变形。具有足够耐压性的星形的基底也是适合的。使用没有在模具空腔内后拉伸结晶步骤的普通吹塑方法制造该瓶。为了获得在灌 装温度的作用下不变形的瓶，无论如何地，吹塑方法的特定控制是必需的。这个方法包括加热塑坯到接近于结晶的极限容许温度的第一步骤。有利地，在超 过iio°c下加热塑坯。本领域技术人员已知的用于生产被称为“热定形”瓶的PET等级可以 被使用。这些等级通常是PET的高分子量产品或共聚物。可以由对苯二甲酸和间苯二甲酸获得的PET共聚物是适宜的。塑坯被拉伸和在合适几何形状的模具空腔内被吹制成形，为了消除由接触传递而 来的热量，其壁被冷却，其影响瓶壁的定形。不同于为了增加瓶侧壁的结晶度通常在115至 140°C之间的温度下加热模具的HR方法，本发明使得使用普通的吹塑方法成为可能，该方 法在于使用的模具被冷却或在低于PET玻璃化转变温度(约65°C)下最恰当的回火。形成 瓶基底的模具的一部分有利地在低于20°C下被冷却。令人惊讶地已经发现形成基底的模具部分温度越低，瓶的基底在温度的作用下的 变形越小。这个惊奇的结果与现有方法相反，现有方法在于为增加结晶和松弛聚合物链的 应力而增加模具的温度。该瓶在与用于容纳矿泉水或汽水的瓶相似方式的高生产效率下生产。按照本发明中所描述方法制造和灌装的多层PET瓶有益地被用于容纳对氧敏感 的和热灌装的产品比如果汁。由在温度低于65°C的模具内吹制多层塑坯制造瓶。该瓶的几 何形状类似于本发明所述的单层瓶。该瓶并不包括热灌装PET瓶的特征更素，比如肩部的 板，带，凸起。按照本发明的一个优选实施方式，无论如何地，圆柱形的瓶体包括用于液体部 分或完全冷却后除去瓶内真空的收缩区域。在吹塑该瓶后，或在一个可变的时段之后，单层或多层瓶的热灌装可以快速进行。 直接的灌装是有利的，这是因为干燥的瓶具有更好的热稳定性。然而，基于后勤的理由，该 瓶通常在相对长的存储时间后被灌装，在存储期间空气中的水分和瓶壁中的水分之间产生 了一种平衡。这个吸收的水分轻微地减少了瓶的耐热性。瓶的灌装与热灌装的不同之处在于通过对收缩区域进行收缩的步骤，该步骤使得 除去在冷却后瓶内产生的真空成为可能。灌装通常靠重力进行，热液体直接流入容器。取决于产品，灌装温度在80至95°C 之间。当热液体流入瓶中，容器的壁快速被加热，然而没有瓶的变形被观察到。容器然后 使用塞子被密封。容器中液面上空间内捕获的空气的温度增加对于密封后瓶内轻微压力的 产生有影响。因为基底被用来承受压力，尽管瓶中液体温度高，其没有变形。容器的壁经由产品 的温度持续大约3分钟被灭菌。灭菌操作包括瓶的翻转从而确保塞子和颈部的内表面的灭 菌。接着，该瓶通过在其外壁上喷洒冷水被快速冷却。一旦冷却，容器中包含的液体和 容器中液面上空间收缩，产生瓶中的真空。在负压的影响下，薄厚度的瓶的侧壁通过“塌陷” 而变形。在瓶的设计中，提供通过在负压作用下塌陷变形的柔性区域，和不会变形的更加刚 性的区域是有利的。因而瓶的变形被局限在一个指定的区域。已经发现柔性区域有益地形 成椭圆形或圆形截面的圆柱形几何形状。当瓶中所包含的液体的温度达到低于50°C的温度，该瓶在高温下在收缩区域被加 热。收缩区域的加热通过对收缩区域进行收缩具有减少瓶的体积的作用。由收缩产生的瓶 的体积减少弥补了液体体积的变化和消除了容器内的真空。不同于现有技术所提出的那些，这种加热很难通过辐射进行，这是因为能量的提 供不够快速到能够防止液体的显著再加热。
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收缩步骤在非常短的时间段内需要强烈的能量的供给。已经发现该瓶能够通过火 焰处理被加热，其引起收缩区域的快速和可重复的收缩。当瓶壁在其内表面与冷的液体接 触时，其外表面可以被引入直接与非常高温度火焰在非常短的时间内直接接触。通过热空 气的加热也可以被使用。与现有技术所提出的那些相比，已经发现该瓶必须对称地被加热，否则该瓶失去 其垂直性和最终的几何形状不可被重复。优选，在收缩步骤期间，该瓶在相对于旋转轴的两 个对称布置的热源之前被旋转。有利地，瓶壁和热源之间的距离恒定。收缩步骤之前，收缩区域的几何形状有益地沿着瓶的圆周形成均勻的凸面。相对 于圆柱形，圆锥形或凹面，该凸面具有几个优点。已经发现凸面的收缩稳定了收缩过程和能 够使得最终瓶的几何形状具有高可重现性。当收缩区域不是凸的，在颈部的轴和瓶的基底 之间的垂直度的大的变形有时可以观察到。本发明提出仅仅使用具有较低结晶度的容器并不能使得其能够承受灌装温度。容 器的耐热性源于结晶度，容器的几何形状和吹塑和灌装方法的结合。该瓶包括当颈部结晶 时具有结晶度大于除颈部之外瓶的任何其它部分2%的收缩区域。因此该瓶在收缩区域中 具有致密的或更高结晶的区域。通常在瓶的圆周上分布这个区域，因而在瓶的侧壁中形成 高密度的环。本发明如前所述用于包括非结晶的颈部的瓶。当在高温下灌装时，为避免颈部的 变形，本领域技术人员已知的许多方法用于改善颈部的热稳定性。用于获得它们的方法可 以容易地与本发明结合。然而，与所有的预期相反，已经发现通常被用来包装汽水的较轻的 颈部几何形状可以被成功地用于本发明的范围之内。通过该制造和热灌装方法获得的瓶与通过用于热灌装的已知的瓶的不同之处在 于-低的重量；-不存在补偿板；-耐压基底；-可以减轻重量的颈部；-形成更高结晶的环的收缩区域；和-灌装之后正内压。灌装之后正内压具有许多优点，特别是用于瓶的储存。这是因为，尽管它们的低的 重量，然而由于容器内的正压，这些瓶具有对垂直压缩高抗性。因而增加瓶的堆置高度。在 灌装之后瓶中的正压通过消费者在开启瓶的过程中也是明显的。现有技术中所述的瓶在灌 装之后处于真空下和发现在打开期间它们的水平面降低，然而按照本发明获得的瓶发现其 在打开期间水平面保持恒定或轻微地增加。实例该瓶用于500ml的容量具有24g的重量。基底是花瓣状类型的，瓶体具有上部小 厚度的圆柱形区域，和下部凸的收缩区域。通过在12°C的模具内吹塑在100°C下被加热的 塑坯获得这个瓶。使用基于对苯二甲酸和间苯二甲酸的PET共聚物来模制塑坯(来自M&G Polimeri Italia的Cleartuf P85HF)。该瓶在灌装前储存3天。按照行业中所用的灌装 程序，该瓶被清洗和在85°C下灌装。在冷却该瓶之后，上部的区域在瓶中真空的作用下变形。上部区域的变形产生瓶体积的减少基本上等于3.5%。凸的收缩区域因而通过火焰处 理被加热1至5秒和有利地为3秒。在收缩步骤期间，该瓶在两个正相反地对立的火焰处 理站之前被旋转。收缩之后，瓶中的真空被消除；上部区域恢复其初始的几何形状和该初 始的凸的收缩区域形成圆柱形表面。该瓶包括收缩区域，该收缩区域具有大于34%的结晶 度，然而该瓶的其它区域具有小于或等于32%的结晶度。因此该瓶在收缩区域中具有致密 的或更高结晶的区域。通常在瓶的圆周上分布这个区域，因而形成在瓶的侧壁中形成高密 度的环。
权利要求
一种用于制造和热灌装PET容器的方法，其包括下列步骤；a)提供能够被吹制成形的PET塑坯；b)在模具的空腔内对塑坯进行吹塑以便形成容器；c)从模具的空腔中移除容器；d)用温度大于80℃的液体灌装容器；e)以不漏气的方式密封容器；f)对容器进行灭菌和冷却；和g)收缩容器；其特征在于 在步骤a)中所用的PET塑坯由基于对苯二甲酸的共聚物组成； 在步骤a)中，塑坯的至少一部分是在大于或等于110℃的温度下； 在步骤b)中所用的模具的温度小于或等于65℃；和 在步骤g)中容器在600至1000℃下在容器的至少一部分中被加热持续1至5秒的时间段以便产生收缩和减少容器的体积。
2.如权利要求1所述的方法，其中模具的底部维持在低于20°C的温度。
3.如权利要求2所述的方法，其中模具的底部被维持在1至15°C之间的温度。
4.以前述任何一项权利要求所述方法制造和灌装的一种容器，包括环带，环带通过加 热被收缩，环带位于容器的侧壁且其结晶度比除颈部之外的容器任何其它部分的结晶度至 少大2%。
5.如权利要求4所述的容器，包括花瓣状类型的基底。
6.如权利要求4所述的容器，包括星形类型的基底。
7.如权利要求4至6任何一项所述的容器，不含有补偿板，包括变形区域以便减少容器 的体积2至7%，还包括收缩区域，收缩区域通过加热的收缩使至少以相同比率减少容器的 体积成为可能。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造和热灌装PET容器的方法，其包括下列步骤；a)提供能够被吹制成形的PET塑坯；b)在模具的空腔内对塑坯进行吹塑以便形成容器；c)从模具的空腔中移除容器；d)用温度大于80℃的液体灌装容器；e)以不漏气的方式密封容器；f)对容器进行灭菌和冷却；和g)收缩容器，其特征在于在步骤a)中所用的PET塑坯由基于对苯二甲酸的共聚物组成；在步骤a)中，塑坯的至少一部分处于大于或等于110℃的温度下；在步骤b)中所用的模具的温度小于或等于65℃；和在步骤g)中容器在600至1000℃下在容器的至少一部分中被加热持续1至5秒的时间段以便产生收缩和减少容器的体积。本发明也涉及使用如上所述方法获得一种容器。
文档编号B29C49/48GK101932426SQ200880117817
公开日2010年12月29日 申请日期2008年11月17日 优先权日2007年11月27日
发明者J·托马塞 申请人:艾萨帕克控股公司