撕退式填充聚苯乙烯容器盖的制作方法

专利名称：：撕退式填充聚苯乙烯容器盖的制作方法
技术领域：
：本发明涉及撕退式(tearback)热成型聚苯乙烯盖，所述盖具有特定数量的填料和撕退部构造。填料的量和撕退部构造的组合可以改进填充聚苯乙烯盖的易撕裂性，从而使用时盖不需要预先刻痕。
背景技术：
：撕退式聚苯乙烯盖在饮食服务应用中被普遍使用，尤其是作为热饮杯子的盖。例如，美国专利Nos.4,460,103、5,490,609和5,699,927(它们的公开内容通过引用的方式整体结合于本文中)公开了各种类型的撕退式盖。另外公知的是撕退式聚苯乙烯盖的易撕裂性可以通过将盖设计成使撕退部定向在挤压方向上来改进。美国专利No.5，613，619(其公开内容通过引用的方式整体结合于本文中)公开了这一特征。最近，用于热饮杯子的聚苯乙烯盖的制造商已经开始研究将填料掺入盖中以减少这种盖的制造成本。过去，用于热饮应用的聚苯乙烯盖不含相当数量的填料。这主要是由于两个原因。首先，聚苯乙烯在传统上已经是低成本的原料，并且因为此几乎没有动机要将填料加入配方中。另外，热饮杯子的盖应用中使用的聚苯乙烯通常是耐冲击聚苯乙烯("HIPS")。HIPS符合食品和药物管理局(FDA)的规定并且由于其低脆性而呈现出良好的热成型性。由于公知的是填料会增大聚苯乙烯的脆性，因此不希望加有填料的HIPS失去低脆性，这是因为低脆性这一性质是热成型热饮杯子盖应用中选择使用HIPS的原因。本发明的发明人已经意外地发现当盖的撕退部定向在聚苯乙烯的挤压方向上且撕退式盖包括两组撕裂压痕和拉片部时，可以在特定范围内添加填料以提供可适当撕开的填充HIPS容器盖。
发明内容在一个重要方面，提供了一种填充容器盖。所述盖由基本上包括至少10%至约15%填料的HIPS成分制备。所述盖包括由切入盖外径限定的边缘的左凹口和右凹口限定的撕退部和两组撕裂压痕，其中所述撕裂压痕包括1至4个热成型在盖中的凹槽。两组撕裂压痕定向在挤压片材的加工方向上。左凹口和右凹口与1至4个凹槽中的至少一个基本对准。所述填料可以特别包括碳酸钧。在重要的形式中，所述填充HIPS盖在不需要对盖预先刻痕的情况下呈现出极好的易撕裂性。本发明的更多方面和优点将在以下的论述中变得容易明白。尽管说明书以特别指出和清楚要求了本发明的保护范围的权利要求结尾，但是相信通过以下结合附图进行的描述将对本发明有更好的理解，其中图1是本发明的填充HIPS容器盖的顶视图；图2是本发明的填充HIPS容器盖的侧视图；图3示出了2个本发明的填充HIPS盖的堆叠。具体实施方式下面参考附图对本发明进行详细描述。这种描述只是为了例示的目的，并不以任何方式限制本发明。本发明精神和范围内的、所附权利要求阐述的许多修改对本领域技术人员来说将是容易明白的。如果没有另外指出，"密耳"和类似术语是指千分之一英寸并且尺寸以英寸出现。另外，caliper是材料的厚度并用密耳表示。在本发明的详细描述中，文中引用的任何专利或非专利文献以及文中包含的公开内容意欲并以引用的方式结合于此。所有的数值范围和数量都理解为由术语"约"修饰，这将具有预期的含义，即所有这些范围或数量都近似或基本上是所指值。数值范围或数量大于或小于的表示也理解为包括近似或基本上等于所给数值范围或数量的值。本发明涉及不预先刻痕的填充聚苯乙烯容器盖。聚苯乙烯包括耐沖击聚苯乙烯或"HIPS"(如本领域普通技术人员公知的术语)。重要的是，HIPS成分中填料的量是制备盖的HIPS成分重量的至少10%至约15%。更重要的是，发现盖上限定盖撕退部的区域必须定向在将HIPS成分挤压成片状的方向上。也就是说，为了在此包括本发明，撕退部必须与制备盖的挤压HIPS片材的加工方向对准。本发明人意外地发现由至少10%至约15%填充挤压HIPS片材热成型的且包括文中撕退部设计的盖与具有O至少于10%填料的盖相比呈现出改进的易撕裂性。尤其，发现具有至少10%至约15%填料的盖比具有少于至少10%填料的盖容易撕退得多。这种改进的易撕裂性对于热饮杯盖是理想的特征，如果需要较小的力来撕裂盖的话，那么使用者在打开撕退部时将不太可能施加太大的力在盖上。这反过来又减小了热饮从容器中'减出的可能性。另外，本发明的发明人发现使用者打开盖时，含有少于至少10%填料的盖变得更容易脱离容器边缘。使用中，因为热饮可能'减到消费者身上，所以非常不希望出现这种脱离。因此，本发明的盖提供了优于现有技术中发现的那些盖的改进型盖。如所提及的，本发明盖中的填料的量必须是挤压片材中HIPS量的至少10%至约15%。按照成分总重量测定，填料的量可以是成分重量的至少10%、11%、12%、13%、14%或15%。已经发现填料的量大于约15%直到高达约25%也可以提供良好的易撕裂性。但是，对于这些较大的量，盖表现出更倾向于脱离容器边缘。因此，本发明提出一种由HIPS成分的挤压片材制备的HIPS盖，其中HIPS成分具有至少10%至约15%成分重量的填料，不多也不少。在不受理论限制的情况下，相信填料的量较小时，HIPS树脂紧紧地保持在一起。当在一定量范围内添加填料时，HIPS树脂的聚合物链一定程度地断开(releasedsomewhat)，这样就使得更容易在撕裂作用下分开聚合物链。填料的量较大时，相信盖会变得更脆并且更不容易挠曲。因此，盖在撕裂过程中不挠曲，并因此将更可能在使用过程中脱离容器边缘。因此，尽管HIPS树脂的量可以减少到填料水平超过15%，但是由于使用过程中盖失效的可能性较高，目前不希望使用这种较高的填料水平。在本发明中HIPS用作基础聚合物。HIPS通常是包括弹性聚合物的苯乙烯聚合物，其中弹性聚合物分配在苯乙烯聚合物的基体中。众所周知弹性聚合物用于改进基础聚苯乙烯树脂的沖击强度。弹性聚合物可以通过接枝共聚或者机械混合弹性体与苯乙烯聚合物而被掺入苯乙烯聚合物，从而使用本领域熟知的方法，例如美国专利No.4,049,595(其公开内容通过引用的方式整体结合于本文中)中公开的方法形成耐冲击聚苯乙烯。HIPS还可以包括聚苯乙烯和聚丁二烯或聚异戊二烯的混合物，该混合物呈现出优于标准聚苯乙烯的改进的抗冲击性。Total960E(TotalPetrochemicals)和Chevron-PhillipsEB6755(Chevron-Phillips)是适合用于本发明盖的商用HIPS树脂。适合在本发明中使用的材料的一些例子包括适合用于食品接触应用的任何填料。尽管矿物填料例如碳酸钩是优选的，但是在此可以适当地使用颜料和其它食品安全材料。也可以使用食品安全填料的混合物。为了提供HIPS树脂成分，可以制备母料，其中填料以高水平与少量树脂混合。母料中可以含有大于约50%的填料。所述母料将在基础树脂中"稀释"，以提供期望的填料最终浓度。为了提高母料中这么大量的填料的掺入，可以使用混合和加工助剂。例如，填料可以先涂上一层表面活性剂或类似加工助剂，以改进其在基础HIPS树脂中的分散能力。除了使用表面活性剂，也可以使用相容剂以改进填料与HIPS的混合或相容性。本发明的填充HIPS成分中可以加入添加剂。适合的添加剂可以包括例如抗氧剂、染料、耐火材料、脱模剂、着色剂和设计成改进聚合物的可加工性或该热塑性产品的性质的其它材料。这些添加剂可以直接添加到母料中。存在添加剂时，填料的总量与成分总重量相关。例如，含有83%的HIPS、15%的填料以及2%的作为添加剂的着色剂时，该成分形成的盖将落入本发明的范围内。添加剂是着色剂时，为了使食品服务产品具有任何期望的颜色可以利用不同的着色剂。着色剂可以是浓色母料或母料的形式，如本领域普通技术人员将公认的。适合的着色剂可以是二氧化钛，它用于制造白色的最终产品。其它着色剂包括例如碳黑，它用于制造黑色的产口口0根据本发明制造的盖是热成型的。通过在模具中形成热塑性材料的热连续片材，由此该连续片材具有模具的形状，从而将热塑性塑料成形或模制成各种有用产品的热成型工艺在本领域是众所周知的。用于这种工艺的市场上可买到的机器设计成使得如本发明中的填充HIPS连续片材被给送通过一烘炉并被加热至合适的热成型温度。作为选择，连续片材可以直接来自挤压机并且可以借助一系列辊子达到适当的热成型温度，所述辊子可以根据情况被加热或冷却。两种情况下，热成型台都包括具有预期盖形状的模具。连续片材可以覆盖在模具上或者真空形成于空腔以得到期望的形状。本发明的盖由连续片材形成，所述连续片材而后可以在切割台上切成或分成单个热成型盖。重要的是，盖的撕退部在切割过程中不刻痕，在盖制备过程的任何其它时间也不刻痕。盖不预先刻痕的事实是与现有技术的撕退式盖显著不同的地方，现有技术的撕退式盖为了提供可以在使用中适当撕开的撕退部，在切割过程中通常包括划线步骤。切割过程产生的边角料可以用作再磨研材料而在盖形成过程的给料(feedstock)中使用。现在参见图1,盖10成圆形，并具有基本上平的中心盖部12和向下悬垂且向外弯曲的环形边缘14。如已注意到的，对于盖10重要的是紧紧地装配在容器(未图示)上以防止盖10在使用中脱落。填料水平小于10%或大于约15%时，已经发现盖更可能在撕退过程中脱离容器。盖10包括撕退压痕组20和25，其中每个组20和25都包括定向在闭锁部30两侧的凹槽22a、22b和22c以及27a、27b和27c。每个7组20和25可以单独包括1、2、3或4个凹槽，尽管图1中示出每个组20和25中有3个凹槽。边缘14包括与之成连接关系的拉片50。拉片50的两侧包括凹口60a和60b。拉片50的左侧和右侧，即侧边52a和52b分别与凹口60a和60b基本对准。凹口60a与至少一个凹槽22a、22b或22c基本对准，凹口60b与至少一个撕退凹槽27a、27b或27c基本对准。如在此4吏用的，"基本对准"是指拉动拉片50以打开撕退部50时，在撕退部50的两侧将出现单撕裂线。使用者打开撕退部50后这些线可能稍微扭曲，但是当拉片侧边52a和52b与凹口60a和60b基本对准，凹口60a与凹槽22a、22b或22c之一基本对准，并且凹口60b与凹槽27a、27b或27c之一基本对准时，撕退部对于从撕退部50饮取的使用者来说将是舒适的。闭锁部30可以具有形成于盖表面的高起的突起35，该高起的突起35可以具有与之相连的闭锁元件37a和37b。闭锁部35通过使用适当的模具(未图示)对挤压HIPS片材(未图示)热成型而形成于盖10的表面上。闭锁部35在铰链38处铰接。撕退部40可以通过以下方式闭锁在开启位置将闭锁部35插入具有接合元件75a和75b的凹陷70内，从而闭锁部35的闭锁元件37a和37b与形成于凹陷70的相对侧壁上的接合元件75a和75b接合。如前面所提到的，已经意外地发现如果凹槽22a、22b、22c、27a、27b和27c定向在挤压HIPS片材的加工方向上，那么撕退部40的易撕裂性将得到很大地改进。使用中，本发明的填充HIPS盖IO在符合本发明的填料范围内具有一定挠性，以4更当闭锁部35插入凹陷70时，闭锁元件37a和37b被推过对应的接合元件75a和75b。由于每个第一闭锁元件37a和37b接合其相应的第二闭锁元件75a和75b，因此撕退部40随后闭锁在开启位置。为了"解开"撕退部40，使用者在撕退部40上施加向上的力(例如通过向上拉动拉片)以使闭锁元件37a和37b脱离接合元件75a和75b。撕退部40而后可以座在容器(未图示)的边缘上大致形成密封，从而在使用中饮料更不可能从容器中溅出。更特别的是，闭锁部35挠曲，由此允许闭锁元件37a和37b更容易被推过接合元件75a和75b，从而将撕退部40闭锁在开启位置。另夕卜，撕退部40被闭锁之后，闭锁元件37a和37b阻止其脱离接合元件75a和75b。解开撕退部40之后，闭锁部35，尤其是其上部，基本上返回到其原始构造。可以设置通气孔90，以允许容器(未图示)中的热液体(未图示)通气。图2示出了盖10的侧视图。容器接合部95a和95b由巻边外径(beadouterdiameter)IOO和边缘内径105限定。图2中还可以看到凹坑115a和115b。图3示出了盖10a和10b的堆叠。盖应当可以叠方文以允许方《更地使用。在图3中可以看到厚度120。一方面，该厚度小于约2.54mm。另一方面，该厚度大于约O.lmm并小于约0.64mm。再一方面，该厚度大于约0.76mm并小于约2.03mm。例子给出以下例子，以便向本领域普通技术人员提供本发明是如何实施以及有关过程和方法是如何构成、使用和计算的完整的公开内容和描述，并且以下例子意欲仅仅是本发明的示例，并不意欲限制发明人所认为的发明的范围。已经努力确保相关数值(例如数量、温度等)的准确度，但是一些错误和偏差应当被考虑。如果没有另外指出，部分是重量部分，温度是按照说明的或是环境温度，并且压力是大气压或者接近大气压。例1:多种填料水平的测试盖由填充HIPS树脂制成以提供具有文中所示构造的盖。所用树脂由Chevron-Phillips生产，并包括EB6085和EA3300的混合物。如下所述对填料的量进行了测试。在记录的样品中不含着色剂，由此提供透明的盖。形成各撕退部组的凹槽的深度也作为变量进行了试验。盖子如图1的示意图中所示形成。表l:被测试的原型盖<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>观测结果10%和15。/。CaC03制成的样品与其它CaC03量制成的样品相比具有最好的性能。由较深的撕退肋材制成的盖与由浅撕退肋材制成的盖相比具有略好的性能。结果尺寸所有盖在2.427克的总平均重量的3%范围内。所有盖在3.318英寸的总平均BOD(巻边外径)的0.002英寸范围内。不含CaC03的样品的RID(边缘内径)比含有CaC03的变型平均大0.005英寸至0.007英寸。表2:盖尺寸和重量<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>盖装配测试:盖装配测试是使用盖装配测试装置进行的，该测试装置设计用于确定在杯子倾斜时盖的装配是否足以防止泄漏。测试期间，含有20。/。CaC03的12个被测试盖中有一个漏了2滴。(参见表3)撕裂拉片测试主观上观察到所有盖都具有令人满意的略难的抗撕退性。每个填充有10%和15%CaC03的盖都在盖不脱离容器边缘的情况下被撕退。17%的填充有20%和25%CaC03的盖在撕退操作工程中脱离容器。令不含填充CaC03的盖到目前为止具有最差的性能，有92%的盖在槲退操作过程中脱落。除了不含CaC03，该变型的平均RID比其它变型大0.005英寸至0.007英寸。较大的RID可能导致差的撕退性能。大体上，制成有较深撕退凹槽的盖与具有较浅撕退凹槽的盖相比表现出略好的性能。在被测试的具有较深凹槽的盖中75%在撕退过程中保持在杯子上，相比具有较浅凹槽的盖中66%在撕退过程中保持在杯子上。不含CaC03制成的盖不计入总数时，96%的具有较深凹槽的盖在撕退过程中保持在杯子上，相比具有较浅凹槽的盖中88%在撕退过程中保持在杯子上。表3:盖测试性能<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>例2:所添加的填料的测试数据盖尺寸对0。/。CaC03和15。/。CaC03时含有着色剂的盖进行了测试。配方如下55%-EB602523%-EA330015%-CaC037%褐色着色剂着色剂和CaC03的母料用EA3300制备，而后将该母料在EB6025中稀释。观测结果不含CaC03的盖的重量比含有CaC03的盖小约5%。两个试验变型的平均BOD(巻边外径)彼此之间在0.001英寸的范围内。不含CaCC)3的样品的RID(限制内径)比含有CaC03的变型小0.004英寸。表4:盖尺寸和重量填料参数重量(克)BOD(英寸)RID(英寸)不含CaC032.3243.3183.26415%CaC032.4383.3193.268盖装配测试盖装配测试是使用室内盖装配测试装置进行的，该测试装置设计用于确定杯子倾斜时盖的装配是否足以防止泄漏。撕裂拉片测试主观上观察到所有盖都具有良好的略难的抗撕退性。由含有15。/。CaC03的HIPS制备的盖呈现出最好的总体撕退性能。但是，16个由不含CaC03的HIPS制备的盖中有3个在撕退操作过程中脱离杯子。表5:盖测试性能CaCO;j的量。/n盖装配测试(%通过)盖适当在(%通过)第一次偿试时被锁定的撕退盖(%通过)主观装配不含9481100良好15%8810094良好当用在装热咖啡的容器上时，填充有15。/。CaC03的盖的撕退部在带有撕退凹槽的整个区域被连续撕退。盖放在热咖啡上时比放在空杯子上时更好撕裂。不含CaC03的盖上的盖拉片不在带有撕退凹槽的整个区域被撕退。主观上，盖很好地装配在被测试的杯子上。尽管已经结合一个方面对本发明进行了描述，但是在所附权利要求的范围内进行修改对本领域技术人员来说将是容易明白的。权利要求1.一种由耐冲击聚苯乙烯树脂成分的挤压片材制成的容器盖，其中所述成分基本上包括至少10％至高达约15％的填料，其中所述盖包括a)由以下限定的撕退部i)由盖的外径限定的向下定向的环形边缘；ii)与所述边缘成连接关系的拉片，所述拉片限定有用于使用者的抓握位置，其中所述拉片具有左侧和右侧；iii)分别与拉片的左侧和右侧基本上对准地切入所述边缘的左凹口和右凹口；以及iv)限定撕退部的左侧和右侧的两组撕裂压痕，其中每个组都单独包括1至4个热成型在盖中的凹槽，其中两个组都定向在挤压片材的加工方向上，并且其中左凹口和右凹口分别与撕退部的左侧和右侧的1至4个凹槽中的至少一个基本对准，并且其中盖的撕退部在使用之前不预先刻痕。2.如权利要求1所述的容器盖，其中每个组都单独包括2或3个凹槽。3.如权利要求1所述的容器盖，具有与撕退部相连的锁定接合部，从而允许撕退部在使用过程固定在开启位置。4.如权利要求l所述的容器盖，其中所述填料基本上由碳酸4丐组成。全文摘要本发明涉及一种撕退式热成型耐冲击聚苯乙烯盖，其具有至少10％至约15％的填料和撕退部的特定构造。尤其，所述撕退式盖包括由两组撕退压痕限定的撕退部和切入由盖外径限定的边缘的左凹口和右凹口。填料的量和撕退构造的组合改进了填充聚苯乙烯盖的易撕裂性。文档编号B65D47/36GK101259886SQ20081008345公开日2008年9月10日申请日期2008年3月5日优先权日2007年3月6日发明者J·E·拉什,T·特兰申请人:迪克西消费产品有限公司