专利名称：用于在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的塑料制剂和方法
用于在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的塑料制剂和方
法本发明涉及根据权利要求1的前序的用于在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶 的塑料制剂。此外，本发明还涉及在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的方法。目前使用的大量塑料瓶和类似的塑料容器采取拉伸吹塑过程制备。在该方法中， 所谓的预成型体通常在其一个纵向端具有伸长的管状形状，其具有底并在另一纵向端具有 包括模压螺纹部分等的颈区，所述预成型体被插入吹塑模具的模腔中并利用超压吹入的介 质使其膨胀。此处，利用经颈口插入的拉伸心轴在轴向方向额外拉伸预成型体。拉伸/吹 塑过程之后，从吹塑模具中移除所形成的塑料瓶。在拉伸吹塑过程之前，利用独立的的注射成型方法或塑料流动成型法制备单层或 多层预成型体。在所谓的单阶段拉伸吹塑过程中，在制备和拉伸之后立即将预成型体膨胀 成塑料容器。但是，通常采取在空间和时间上与拉伸吹塑过程分离的两阶段方法制备塑料 容器，并暂时储存以备后用。在随后的拉伸吹塑过程中，再次加热预成型体以由其制备塑料 瓶。以这种方式，注塑和拉伸吹塑这两个过程可分别进行并最优化。在拉伸吹塑过程中， 通过例如红外辐射使预成型体达到所需温度，并在成型过程中利用拉伸杆在轴向方向上拉 伸，并在模具中通过超压径向模制。用于在拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的原料主要是聚丙烯或PET (聚对苯二甲酸乙 二醇酯)。聚丙烯和PET已被多次测试，且其特性长期为人们所知。但是，由于其硬度低，聚 丙烯具有相对弱的最大负荷特性。取向聚丙烯的蠕变特性也很差。由于常规使用的PET且由于其大范围的应用，而采取两阶段方法制备的塑料瓶在 回收物料(recycling stream)方面产生重大难题。用作例如奶瓶、用于配制化妆品或用于 储存洗涤剂的立型塑料容器在回收时被分离，因为不希望它们与食品直接接触。然而，由于 PET的密度，不能在浮沉过程(floating-sinking process)中分离这些瓶。因此，出于技术和经济原因，希望采用匹配该特定问题的其他塑料，例如可在拉伸 吹塑过程中加工的HDPE(高密度聚乙烯)。HDPE即使在低壁厚下也具有相对高的硬度。在注射吹塑过程中和在单阶段拉伸吹塑过程中，使用HDPE作为原料(其在制备塑 料瓶的挤出吹塑过程中已知)已被普遍实践。在通常具有高拉伸比的两阶段拉伸吹塑过程 中，迄今尚未使用HDPE，这是因为HDPE弱的拉伸收缩(stretch compaction)不能制备任何 瓶，或导致具有过于显著的波动过程或不均勻壁厚轮廓的塑料瓶。这些问题也基本出现在 用HDPE的注射吹塑过程和单阶段拉伸吹塑过程中。但是，可以用在膨胀过程中扩张极小的 预成型体进行处理，以解决壁厚不稳定的问题。因此，在注射吹塑过程和单阶段拉伸吹塑过 程中所使用的预成型体已经具有与制备的瓶的长度差别极小的长度。因此，纵向拉伸比仅 为1至1. 8。直径拉伸比为1到至多2. 2。拉伸吹塑中的材料分布通常受所用原料的粘度的影响。但是，那些可在拉伸吹塑 过程中易于加工的粘性原料通常具有对于注塑过程来说过高的粘度。然而，适用于两阶段 拉伸吹塑过程的原料必须满足用于制备预成型体的注塑过程的需要，并且满足从预成型体 制备塑料瓶的拉伸吹塑过程的需要。
因此，本发明的一个目的是制备适用于两阶段拉伸吹塑过程的基于HDPE的塑料 制剂。该HDPE制剂将允许无摩擦的注塑过程，而没有熔体破裂(melt rupture)，另一方面， 在拉伸吹塑过程中能够产生足够的拉伸收缩。此外，提出两阶段拉伸吹塑过程以加工根据 本发明所要求保护的塑料制剂。根据本发明通过具有权利要求1列出的特征的塑料制剂实现这些目的。也通过具 有独立方法权利要求中列出的方法步骤的用于制备塑料瓶的两阶段拉伸吹塑过程实现本 发明。改进的、有利的和优选的发明形式(version)是相应的从属权利要求的主题。根据本发明所要求保护的用于在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的塑料制剂 至少60%基于HDPE (高密度聚乙烯)，该HDPE具有0. 941g/cm3至0. 965g/cm3的密度和根 据ISO 1133在190°C /2. 16kg下的0. 1至0. 9g/10min的第一熔融指数，HDPE包括具有同 样根据ISO 1133测得的在1900C /21. 6kg下的5g/10min至50g/10min的第二熔融指数的 单峰或多峰HDPE。该塑料制剂优选具有在190°C /2. 16kg下的约0. 3g/10min的第一熔融 指数和在190°C /21. 6kg下的30g/10min的第二熔融指数以及双峰分布。基于双峰或多峰HDPE的塑料基材一方面被优化用于注塑过程(或用于流动成型 过程)，另一方面也适用于拉伸吹塑过程。具有选定密度的HDPE可在注塑过程中大量加工 而没有问题。在此，在注塑过程中特别是低分子量HDPE的粘度防止熔体破裂。较高分子 量的HDPE主要构成拉伸吹塑过程中获得的塑料的足够的拉伸收缩的原因。利用基于多峰 HDPE的塑料制剂可达到的收缩值(shrinkage value)大致对应于注塑不久之后的PET的收 缩值。这使得能够在注塑过程中使用PET加工的注塑模具。类似物应用于拉伸吹塑过程， 其中用于PET加工的现有吹塑模具也可继续使用。因此，原材料从PET转变为基于HDPE的 塑料制剂不会必然导致工具投资。根据本发明的HDPE制剂也可以在两阶段拉伸吹塑过程 中制备塑料瓶，并且这样做能利用HDPE的优点，例如其相对于由PET制备的PET塑料瓶的 高水蒸气阻隔(water vapor barrier)。根据本发明的HDPE制剂的塑料瓶在较低的瓶重量 下具有与PET瓶相当的强度值。较低的重量意味着使用较少的原材料、较少的石油消耗、资 源保护以及CO2排放的减少。这使得使用根据本发明的HDPE塑料制剂无论从经济学角度还 是从生态学角度来说均是有利的。基本基于双峰或多峰HDPE制备的塑料制剂具有0. 941g/ cm3至0. 965g/cm3的密度。以这种方式，由该塑料制剂制备的塑料瓶由于其密度可非常易 于例如用浮动下沉法从PET流中分出。出于经济原因，可向塑料制剂中加入至多40%的碳酸钙以降低所需的塑料的量。本发明的一个实施方案具有至少90 %的HDPE。出于经济原因，该塑料制剂实施方 案也可包含至多10 %的碳酸钙和/或滑石和/或适合在吹塑过程中作为填料的聚合物混合 物。加入这种类型的填料仅以非常有限的程度改变密度和流变特性，使得完全不需要调整 加工参数或仅以微小程度调整加工参数。在两阶段拉伸吹塑方法中制备的塑料瓶可达到的 强度值仅受以指定量加入的填料的微弱影响。对于制备不透明塑料瓶而言，可向塑料制剂中加入0. 至4%的基于氧化钛和/ 或氧化锌的染料。根据本发明的塑料制剂中使用的HDPE包含具有在190°C /2. 16kg下的第一熔融 指数为0. lg/10min至0. 9g/10min的双峰或多峰HDPE0此外，其特征在于根据ISO 1133 测得的190°C /21. 6kg下的第二熔融指数为5g/10min至50g/10min。塑料制剂优选具有约0. 3g/10min 的 190°C /2. 16kg 下的第一熔融指数和 30g/10min 的 190°C /21. 6kg 下的第二
熔融指数以及双峰分布。基于HDPE的塑料基材一方面被优化用于注塑过程(或用于流动成型过程)，另一 方面也适用于拉伸吹塑过程。在此，在注塑过程中特别是低分子量HDPE的粘度防止熔体破 裂。具有较大分子量的HDPE主要构成拉伸吹塑过程中获得的塑料的足够的拉伸收缩的原 因。利用基于多峰HDPE的塑料制剂可达到的收缩值大致相当于注塑不久之后的PET的收 缩值。这使得能够在注塑过程中使用PET加工注塑模具。类似物应用于拉伸吹塑过程，其 中用于PET加工的现有吹塑模具也可继续使用。因此，原材料从PET转变为基于HDPE的塑 料制剂不会必然导致工具投资。在根据本发明的用于在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的方法中，首先利用注 塑过程或流动成型过程由塑料制剂制备预成型体，并且在时间和/或空间上分离的第二过 程步骤中，利用拉伸吹塑过程由预成型体制备塑料瓶。其中，预成型体被轴向和径向拉伸。 在根据本发明的方法中，加工塑料制剂，该塑料制剂基于至少60%的HDPE，其具有0. 941g/ cm3 至 0. 965g/cm3 的密度和根据 ISO 1133 的 0. 1 至 0. 9g/10min 的 190°C /2. 16kg 下的熔 融指数。该方法的其他实施方案需要根据上述使用的改进方案(developments)改性的塑 料制剂。使用根据本发明的HDPE塑料制剂使得可以进行“正常的”两阶段拉伸吹塑过程， 其中由原材料制备的预成型体被轴向拉伸和径向拉伸至足够的程度，从而赋予制备的塑料 瓶所需的强度值。为了避免塑料制剂在制备预成型体时在注塑模具中过高的注入压力和过长的停 留时间，以直径为2mm至5mm的注入点制备预成型体。热通道中的注入压力为200巴至2000 巴。在一个实施方案中，以2. Imm至2. 9mm的平均壁厚制备预成型体。在该壁厚下，可 在拉伸吹塑过程中使预成型体非常迅速地和均勻地达到所需的加工温度，且可达到所需的 高加工速度，而不会负面影响尺寸稳定性或强度方面的质量。本发明的一个实施方案需要预成型体加热到115°C至135°C的温度，以在拉伸吹 塑过程中进行加工。特别地，低温对于HDPE来说是固有非典型的。然而，特殊的HDPE塑料 制剂允许这些温度范围，在该温度范围中HDPE的流动行为特别规则，并因此可以以所需质 量膨胀或更复杂形状的塑料容器。在此，可以将预成型体加热至约125°C的加工温度以在吹 塑模具中进一步加工。例如通过红外辐射进行加热。为了使制备的塑料瓶达到尽可能高的最大负荷值，一个方法实施方案需要在拉伸 吹塑过程中以1. 8至3. 2的纵向拉伸比轴向拉伸预成型体，从而获得高强度。在没有拉伸收缩的情况下，瓶的较少拉伸区域会具有非常厚的壁，且瓶的非常显 著拉伸的区域会具有非常薄的壁。所选HDPE的拉伸收缩能够大大减少这种效果，并将材料 从瓶的厚处(thick site)牵引至角部和边缘。具有1至3的宽深比的椭圆HDPE瓶因此变 得可能；这使得能够制备明显更加椭圆的瓶，例如用于化妆品应用或用于洗涤剂的塑料瓶。轴向拉伸速度选定为0. 8m/s至2m/s，从而一方面实现对于制备过程来说尽可能 短的周期时间，另一方面保证拉伸杆不会轴向穿透加热至加工温度的预成型体。
为了使制备的塑料瓶在圆周方向上也具有足够的强度，在本发明的一个实施方案 中，在拉伸吹塑过程中试图以2. 4至3. 6的直径拉伸比径向拉伸预成型体。在拉伸吹塑过程中，有利地以1巴至5巴的预吹压力和5巴至15巴的主吹压力进 行实际的吹塑过程。这允许快速的制备周期，同时谨慎处理原材料。在拉伸吹塑过程中预成型体膨胀并被轴向拉伸，使得膨胀的圆瓶具有小于 士0. 5mm的壁厚偏差。在该小偏差幅度下，塑料瓶的壁厚可进一步优化，而不会低于允许的 最低壁厚(该最低壁厚对于HDPE瓶的所需轴向强度和径向强度来说是必需的)。减少原材 料的使用意味着较少的石油消耗、资源保护以及(X)2排放的减少。这使得使用根据本发明 的HDPE塑料制剂和针对该目的优化的两阶段拉伸吹塑过程无论从经济学角度还是生态学 角度来说都是可取的。
权利要求
1.一种用于在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的塑料制剂，其中首先利用注塑过程 或流动成型过程由所述塑料制剂制备预成型体，并在时间和/或空间上分离的第二过程步 骤中，利用拉伸吹塑过程由所述预成型体制备塑料瓶，所述预成型体被轴向和径向拉伸，其 特征在于，所述塑料制剂具有至少60 %的HDPE (高密度聚乙烯)，所述HDPE具有0. 941g/cm3 至 0. 965g/cm3 的密度和根据 ISO 1133 的 0. 1 至 0. 9g/10min 的 190°C /2. 16kg 下的第一熔 融指数，所述HDPE包含具有根据ISO 1133的5g/10min至50g/10min的190°C /21. 6kg下 的第二熔融指数的单峰或多峰HDPE。
2.根据权利要求1所述的塑料制剂，其中所述塑料制剂包含0%至40%的碳酸钙作为 填料。
3.根据权利要求1所述的塑料制剂，其中所述HDPE的比例为至少90%。
4.根据权利要求3所述的塑料制剂，其中所述塑料制剂包含0%至10%的碳酸钙和/ 或滑石和/或适用于所述吹塑过程的聚合物混合物作为填料。
5.根据上述权利要求中任一项所述的塑料制剂，其中所述塑料制剂包含0%至4%的 基于氧化钛和/或硫化锌的染料。
6.根据上述权利要求中任一项所述的塑料制剂，其中所述塑料制剂具有第一熔融指数 为在190°C /2. 16kg下的约0. 3g/10min和第二熔融指数为在190°C /21. 6kg下的30g/10min 以及双峰分布的HDPE。
7.—种在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的方法，其中首先利用注塑过程或流动成 型法由塑料制剂制备预成型体，并在空间和/或时间上分离的第二方法步骤中，利用拉伸 吹塑过程由所述预成型体制备塑料瓶，所述预成型体被轴向和径向拉伸，其特征在于，加工 根据权利要求1至6中任一项所述的基于至少双峰HDPE的塑料制剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其中以直径为2mm至5mm的注入点制备所述预成型体 且热通道中的注入压力为200巴至2000巴。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中以2.Imm至2. 9mm的平均壁厚制备所述预成 型体。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中将所述预成型体加热至115°C至 135°C的温度，用以在所述拉伸吹塑过程中加工。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中在所述拉伸吹塑过程中以1.8至 3. 2的纵向拉伸比轴向拉伸所述预成型体。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中所述轴向拉伸速度为0.8m/s至2m/s ο
13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其中在所述拉伸吹塑过程中以2.4至 3. 6的直径拉伸比径向拉伸所述预成型体。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的方法，其中在所述拉伸吹塑过程中所述预成 型体膨胀并被轴向拉伸，使得膨胀瓶在其除了角和边缘以外的周边具有小于+0. 5mm的壁厚偏差。
全文摘要
本发明涉及用于在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的塑料制剂，包含至少60％的HDPE(高密度聚乙烯)，其具有0.941g/cm3至0.965g/cm3的密度和根据ISO 1133的0.1至0.9g/10min的190℃/2.16kg下的熔融指数，其中HDPE包含具有根据ISO 1133的5g/10min至50g/10min的190℃/21.6kg下的第二熔融指数的单峰或多峰HDPE。本发明还涉及在两阶段拉伸吹塑过程中制备塑料瓶的方法，其中使用根据本发明的塑料制剂。
文档编号B29C49/12GK102105526SQ200980128772
公开日2011年6月22日 申请日期2009年7月15日 优先权日2008年7月24日
发明者罗伯特·西格尔 申请人:阿尔温莱纳股份有限两合公司阿尔普拉工厂