塑料预制件生产方法和装置制造方法

塑料预制件生产方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及塑料预制件生产方法，其包括，第一步，利用原材料生产塑料预制件，第二步，为塑料预制件涂上一个外层，该外层与塑料预制件之间紧密结合，并且该外层不溶于pH值为3-10的水溶液，在pH值小于3和/或大于10的水溶液中能够充分溶解。
【专利说明】塑料预制件生产方法和装置

【技术领域】
[0001]本发明涉及塑料预制件(比如PET预制件)的生产方法及其相应的生产设备。

【背景技术】
[0002]从现有技术中可了解塑料预制件，或预制件的生产方法和设备。通常情况下，这些预制件由塑料薄片或PET薄片制成，比如，在回收过程或在注塑工艺技术范围内的薄片，随后，使用比如拉伸吹塑工艺，将其加工成塑料容器的形状。普遍情况下，前述过程一般采用注塑工艺。该注塑工艺也可实现不同的层次，构成预制件的材料厚度，比如，多层次工艺。用于生产预制件的注塑工艺可达到每一层保有不同性质的效果。通常而言，多层次工艺需要大量机械方面的经费，因为采用该工艺进行预制件生产需要多个注塑设备。


【发明内容】

[0003]基于现有技术，本发明的目的是发明一种塑料预制件生产方法，其能够简化其后该预制件制成的容器的回收工作。
[0004]依据本发明，可通过权利要求1中的塑料预制件的生产方法以及权利要求10中的生产塑料预制件的装置实现上述目标。另外，权利要求14中涉及的回收方法也可实现由相应塑料预制件加工成的容器的回收工艺。
[0005]依据本发明，塑料预制件的生产方法包括:第一步，利用原材料生产塑料预制件，以及第二步，给预制件涂一个外层，其中，该外层可与前述塑料预制件紧密结合，并且该外层不溶于PH值为3-10的水溶液，在pH值小于3和/或大于10的水溶液中溶解性好。塑料预制件最好是适用于饮品行业塑料容器的生产，在此，可在塑料预制件上设置用于螺旋盖的螺纹。上述塑料预制件在配上外层后，可采用比如拉伸吹塑工艺，直接加工为塑料容器，该容器也包含同样的外层，所以，在回收工艺中，外层的印墨溶解度得到提高，因而，可用一般使用的PH值小于3和/或大于10的水溶液连同外层一同轻松移除，进而，从塑料容器上移除。
[0006]在一种实施方案中，第一步包括采用注塑工艺生产塑料预制件。因而，可采用通常的方法完成塑料预制件的生产过程，涂加外层除外。
[0007]外层是采用下列方法步骤中的至少一个涂到塑料预制件上:滚压，喷涂，浸渍涂布，直接印花，燃烧化学气相沉淀，等离子沉淀，静电喷涂。使用相应的设备和方法涂加外层，可以保证在整个表面积涂加外层，以及在选择区域涂加外层。
[0008]在该方法的一个实施方案中，既可以在塑料预制件表面局部涂加外层，也可以在塑料预制件的整个外表面涂加外层。在预制件的整个外表面涂加外层可实现塑料预制件以及其后加工成的容器整个表面上的外层的优势，无论随后是否在其上进行印花。如果只在一定区域涂加外层，随后在其上印花图像，其印花成本可能更加经济适宜。
[0009]在优选提升方案中，上述方法的特征是，外层的印墨浸润性比塑料预制件表面的印墨浸润性好。因而，印花的图像的质量也得到提升。
[0010]另一个实施方案中，该方法的特征是，外层至少是透明且可拉伸的。如果，需要印制相应材料厚度的印花层，其即使在拉伸后依然能够覆盖塑料预制件的整个外表面，并且，如果其同时是透明的，其可在回收过程中为所生产的塑料容器的整个表面提供相应优势，同时，由于其为透明的，所以不会影响可延伸的印花。
[0011]在一个实施方案中，在下游拉伸吹塑工艺的过程中，至少一种外层的物理性质会发生变化。因而，首先可以先附加一层具有特定物理性质的外层，其随后可能被有意改变，比如通过拉伸吹塑工艺的温度或其他参数。
[0012]如果外层的熔化温度至少为75°C和/或涂有外层的塑料预制件的表面能在30mN/m到60mN/m之间，优选在38mN/m到46mN/m之间，这将是其优势。在温度为对应选取的熔化温度时，外层在拉伸吹塑工艺过程中可能再一次(些微)液化，这可使外层更好地分布在塑料容器上。依据本方案，如果塑料容器的外层存在表面能，其可极大提高其对印墨的湿润性能，使得塑料容器上的印花图案的质量相较于未采用外层的原始塑料容器而言更高更优质。
[0013]这是一个优势，如果外层材料在120°C _140°C的范围内产生相变，其中，至少一个下列特性会发生变化:凝集状态，光学特性，触觉，阻隔性能，水润性或水溶液含水性。相应目标相变使得外层的特性以明确良好的方式进行变化。
[0014]也可设计生产塑料预制件的装置，此处，该装置包括一个传送设备，用于塑料预制件的传送，生产塑料预制件的第一设备和在塑料预制件涂上外层的第二设备，其特征是，该装置适用于生产塑料预制件。该装置可生产具有上述方案中描述的外层特性的塑料预制件。
[0015]在上述装置的实施方案中，其特征可以为:第二设备沿输送方向设置在第一设备的下游。这种设备布置方式可以保证只在成品塑料预制件上涂上外层。
[0016]在装置的实施方案中，第二设备包括一个滚压设备或一个喷涂设备或一个浸渍设备或直接印花设备或等离子沉淀设备或可燃化学气相沉淀设备或冲刷涂装设备，其均可用于涂加塑料预制件的外层。上述设备的使用为应用于整个塑料预制件表面或其部分区域的外层的生产提供优势条件。
[0017]外层采用的材料可为碱溶性聚合物或者是包含碱溶性聚合物的材料。使用碱溶性聚合物作为预制件外层，对于由塑料预制件制成的塑料容器的回收过程是十分有利的。
[0018]也可实现具有粘合在塑料容器上的外层和印花层的塑料容器的回收过程，尤其是PET容器的回收，其中，外层不溶于pH值为3-10的水溶液，在pH值大于10的水溶液中能够充分溶解，其特征是，塑料容器被分割为碎片，通过亲核取代反应将外层从切碎的塑料容器上移除。在该回收过程中，塑料预制件上的外层的优势可以利用。
[0019]回收过程的实施方案可包括，在pH值大于10的回收液中实现塑料层的分离，此过程中的回收液包含氢氧化钠。由于外层在pH值大于10的溶液中的可移除性，如果使用含氢氧化钠的溶液，外层可轻松被去除。

【专利附图】

【附图说明】
[0020]图1给出了当前发明中生产塑料预制件的装置示意图；
[0021]图2给出了当前发明中塑料预制件的示意图；
[0022]图3a+b给出了拉伸吹塑工艺过程中外层变化的示意图；
[0023]图4给出了印花方法的示意图。
[0024]详细描述
[0025]图1中给出了生产塑料预制件130并进行外层涂加的装置100。为了实现该目的，上述装置100包含第一设备110，利用该设备，通过注塑工艺生产塑料预制件130。该生产过程可采用现有的方法完成。也就是说在适当的情况下，塑料预制件130的生产方法可不仅限于注塑工艺，也可通过其他方式完成。进一步而言，设备110也可实现注塑工艺的不同变形工艺。因此，利用设备110，通过注塑工艺，可以生产多层预制件130，该预制件可包含2层，3层或多层不同厚度的层次，共同组成预制件的材料总厚度。随后，该塑料预制件130可能通过例如吊瓶口工序传送到第二设备120，利用该设备，依据当前发明的要求进行预制件130的外层涂加。为了达到上述目的，可配置一个或多个设备121-123，这些设备可采用不同方法，或不同方法步骤进行容器外层涂加。上述设备121-123可为直接印花模块，用于在预制件130上的外层印花。就此目的而言，可配备印墨供给罐124，其中储有足量对应材料，用于外层涂加。同样也可选用其它设备进行塑料预制件外层涂加。比如，可采用滚压或喷涂设备，或浸渍设备或等离子沉淀设备，以及燃烧化学气相沉淀设备，或冲刷涂装设备。上述不同设备均具有不同的优势。同样，也可以适当的组合形式使用这些设备。
[0026]基本上，如果外层需要扩展到整个外表面(即不包括塑料预制件的内部表面)，那么比较有利的情况是使用适当的设备，在塑料预制件表面的大部分区域涂上外层，然而，如果只是在塑料预制件的特定区域涂上外层，那么，比较合适的方式是选用其他设备进行作业，比如直接印花设备。
[0027]涂上外层后的塑料预制件130’可在吊瓶口工序中通过另一个输送机140传送到下一个容器处理单元，或者通过引入相应的芯轴传送。具体而言，可能将预制件传送到拉伸注塑设备，利用该设备调整预制件尺寸，使塑料预制件的尺寸适应要生产的塑料容器的尺寸要求。
[0028]图2为按照图1中描述的方法，通过相应设备生产的配有外层的塑料预制件130’的示意图。该塑料预制件130’通常包含一个螺纹202，大多数情况下，包含一个承载环203和一个可拉伸的容器区域201，即下文所指的预制件腔体201。一般来说，螺纹202和承载环203在整个预制件的后续生产过程中(比如拉伸吹塑工艺过程中)保持形状不变，该过程只是预制件腔体201的吹制加工过程。并且，由于大多数情况下，只有预制件腔体201会被用于制得容器的印花部分，因而，只在预制件的该部分涂加外层204。
[0029]依据图1中描述的方法，在预制件腔体201上涂加外层204。可以想到，预制件腔体的整个外表面上的所有周长范围内均已涂上上述外层204。优选的，外层204的成分应为碱溶性聚合物，其可使外层与预制件腔体201之间紧密连接。任何情况下，外层采用的材料至少应该在完整的塑料容器定形后，在pH值为3-10的水溶液中不可溶，在pH值小于3和/或大于10的水溶液中能够充分溶解。因而，应确保容器的外层在最终印花完成后，一般情况下(即，在塑料容器正常使用的情况下)不会脱落。
[0030]进一步而言，外层204采用的材料应能够允许相应印墨的浸润。相对于直接在预制件腔体201上涂抹印墨，前述方式的结果明显更好。在这种情况下，明显更好的意义是外层上的印花质量比直接印制到容器表面的印花的质量更好。形成的印花的特色，相对于实际容器表面的印花，应体现在清晰度，整体着色，反差或其他特性上。并且，无需提高印花的所有特性。大体上，采用外层204的优点体现在，在回收过程中，可采用例如氢氧化钠溶液，使其与印刷层一起轻松得从容器的塑料碎片上移除，相对于直接从容器表面去除印墨更轻便快捷。
[0031]图2中描述的外层204，在预制件腔体201的外表面没有任何缺口。也可以依据外层204的涂加方法，仅在预制件腔体201的特定区域涂上外层。在这种情况下，应考虑到具体分布的外层204的尺寸和形状可能在整个容器的生产过程中发生改变，比如拉伸成型工艺过程。特别是，喷涂在具体区域的外层204在拉伸吹塑工艺过程中会变长变宽。但是，已知在拉伸吹塑工艺过程中会发生表面变形，并且已知目标腔体和开始腔体，在开始涂加部分外层204时应预先考虑前述情况。
[0032]图3a和3b相应给出了在拉伸吹塑工艺过程中，外层204和预制件腔体201各自发生的变化，此时，预制件130’变成图3a中给出的完全成型的容器330。为了达到该目的，该预制件130’被置于吹塑模型内。在吹塑模型内的加工过程中，承载环203和螺纹202不发生变化。为了达到前述的目的，他们可被安放在吹塑模型外部的固定台上，进行冷却，以避免该区域材料的变形。但是，预制件腔体201应全部置于吹塑模型340内。该吹塑模型的内表面应该与要生产的容器的形状和尺寸相对应。通过使用现有的吹塑成型的方法，将预制件腔体201横靠在吹塑模型的内表面上，在升高温度的前提下进行拉伸或吹塑，最后将预制件腔体加工成其最终形状330。
[0033]一般情况下，在拉伸吹塑工艺工程中，应提高预制件130’，或者至少预制件腔体201的温度。大多数情况下，前述温度应在120°C到140°C的范围内。在该温度范围内，预制件130’使用的基材为液态，但并不是完全液态，因而，可以在不引起表面裂纹的前提下改变预制件201的形状。在这个已知的温度下，主要是用于塑料容器生产过程的温度下，如果外层204的组成材料能够保证外层204的某些特性在达到这个温度时发生(不可逆)相变，例如，与光的相互作用(透明度与反射率以及扩散行为)，对此，是非常有益的。
[0034]前述相变可以是一阶相变，但不是必须情况。但是，应优选一阶相变，因为在突然达到临界温度时，可以保证一定的反应。
[0035]图3b给出了在拉伸吹塑工艺过程中，容器壁以及图3a中的预制件腔体发生的变化的横截面图。在图3b关于预制件腔体201的图解中，外层204与预制件腔体201壁的厚度分别为d和D。基本上，外层204的厚度将明显比预制件腔体201的壁薄。外层的普遍厚度应在大概10-100 μ m之间，而预制件腔体201的普遍厚度D应相当于好几毫米，比如达到3mm。在拉伸吹塑工艺过程中，预制件腔体壁的厚度将减小为厚度D’，并且，外层204’的厚度将减小为厚度d’。众所周知，在拉伸吹塑工艺过程中，预制件腔体的表面积一般会变大，因而，应相应的确定需涂加的外层204的层厚d，使得整个外层厚度在拉伸吹塑工艺后达到预期厚度d’。例如，在拉伸吹塑工艺过程后，外层的厚度达到5-20 μm，优选5-10 μm。
[0036]由于在拉伸吹塑工艺过程中，PET腔体201能够迅速被拉伸，并且温度变化幅度很大，此时，比较有利的情况是，外层204’选用的材料也可耐受相应的负荷，并且不发生材料受损的情况，比如裂纹，并且不会发生印墨意外渗入的情况。相应的，外层也可选用特定的高分子材料，此类材料可抵抗温度变化带来的影响，优选，该材料的熔化温度在75°C及以上。尤其是，该类材料的优选，如采用塑料，在80-140°C的温度范围内可以发生玻璃化转变。因而可以保证外层204保有与预制件壁相似的物理特性，并且可以避免外层与最终成型的塑料容器间的非必要应力。
[0037]尽管上方的描述仅涉及PET腔体201的外表面上的外层204的涂加情况，在上述实施方案中也包括应用在预制件腔体201内部的涂层。该涂层无需与应用于外部的涂层204保有同样的特性。举例来说，其可用于提高实际容器使用的塑料材料的阻隔特性方面的性质，比如，气体的转移。另外，其也可用于满足特定的灭菌条件。为了在预制件内部涂上相应的涂层，可选用压力头或在预制件内部设置包含涂层材料的相关液体。在此，上述材料在特定温度条件下，在与预制件内表面接触时发生聚合现象，或在其与预制件内壁之间形成粘合层。因而形成了内表面，该表面厚度平整均匀。此处，使用等离子沉淀工艺也是十分有利的。
[0038]图4给出了从预制件到印花的整个加工过程的示意图，包括额外的中间步骤。图4中给出的工艺方法不是可选用的唯一的工艺方法。
[0039]依据图4，最初，在预制件430的外壁喷涂外层451。该过程可以通过上述工艺完成，比如直接印花工艺或等离子沉淀工艺。外层451可以仅喷涂在预制件的部分区域，也可以应用于预制件的整个外壁。完成预制件外层喷涂后，通过拉伸吹塑工艺，将预制件加工到实际塑料容器的尺寸，该工艺过程图中未显示。如图中第三个步骤所示，随后，印制印花453，该过程可借助，比如，对应的直接印花模型421完成。为了达到该目的，印墨420应只涂在配有外层的塑料容器外壁的特定区域或整个区域范围内。
[0040]应在印墨453涂抹之前对外层451进行处理，或者在拉伸吹塑工艺过程中或者在其他方法步骤中进行，将外层变为修正后外层452。另外，为了在拉伸吹塑工艺过程中通过温度影响修正外层，举例而言，可采用紫外线照射的方法，以便于有意改变外层的性质。为了达到此目的，带外层451的预制件应通过照射单元404，并曝在辐射441中。此时比较有利的情况为，容器选用的材料对该辐射是可穿透的。因而，使得可以改变外层451的性质的情况成为可能，并且可以将其转化为修正后外层452，与此同时，不改变容器本身的性质。
[0041]基本上，外层属性的选取是使其能够与塑料容器形成稳定牢固的连接，一方面，可通过平常的回收过程实现外层与塑料容器的分离，比如，应先分割塑料容器，使其成为塑料碎片，随后在PH值大于10的氢氧化钠溶液中洗涤上述碎片。另一方面，可采用外层252使得印墨与外层之间形成稳定牢固粘合层，此处，该粘合层在平常的回收过程中无法去除，但可通过比如氢氧化钠溶液，将印花从容器表面以及外层面上去除，也就是说，当从塑料容器上去除外层时，同时也去除了印花层。
[0042]为了实现上述目的，带外层的塑料预制件的生产方法可以分几个阶段进行实施。因此，塑料预制件或预制件的表层，可用作第一个外层的基底，就其作用而言，其特征体现在，可以与满足回收要求的预制件的表面结合。随后，可在第一个外层基础上涂第二层外层，此处，该外层的特征具体体现在，可用印墨以适宜的方式对其进行浸润。对应的两层系统可以支持并保证满足其相反过程要求(从塑料容器表面移除，同时保有良好的浸润性以及与印墨的黏附性)。在实际的回收过程中，其仅涉及其最底层，该层与塑料容器之间结合，在回收过程中只有该层被移除。在这种情况下，该方法不仅限于只一到两层的外层喷涂加工，其也可适用于复杂的多层系统，其中，一些层次只各自喷涂在塑料预制件表面的特定部分，就潜在的外层而言，应可考虑具体的要求。为了实现前述情况，图1中描述的第二设备应包括设备121-123，这些设备可用于外层涂加，这些设备也适用于塑料预制件上的外层涂加。每一层外层涂加也可通过不同的工艺方法实现，因而，就各个外层的涂加工艺和使用的材料的角度而目，设备121-123当然可以是不同的。每一套设备121-123可进一步在预制件的不同区域涂加相应的外层。在这种情况下，优选给料罐124为每一套设备121-123配备单独的给料罐。
【权利要求】
1.塑料预制件的生产方法，该方法包括: 第一步，利用原材料生产塑料预制件； 第二步，为塑料预制件涂一个外层，该外层与塑料预制件之间紧密结合，并且该外层不溶于pH值为3-10的水溶液，在pH值小于3和/或大于10的水溶液中能够充分溶解。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是:第一步中包括通过注塑工艺生产塑料预制件。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是:外层是通过以下的方法步骤中的至少一个涂在塑料预制件上:滚压，喷涂，浸渍涂抹，直接印花，燃烧化学气相沉淀，等离子沉淀或静电喷涂。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征是:所述外层涂在塑料预制件的外表面的一部分或涂在塑料预制件的整个外表面。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征是:外层的印墨浸润性的反应比塑料预制件表面的印墨的浸润性的反应好。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征是:外层至少是可拉伸的和透明的。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征是:外层的至少一个物理特性是在下游拉伸吹塑工艺过程中改变。
8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征是:外层的熔化温度至少为75°C和/或涂有外层的塑料预制件的表面能在30mN/m到60mN/m之间，优选在38mN/m到46mN/m之间。
9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征是:外层选用的材料在120°C_140°C的温度范围发生相变，其中至少一个以下特性会发生变化:聚集状态，光学性质，触觉，阻隔特性，水润性或水溶液湿润性。
10.生产塑料预制件的装置，该装置包括: 传送设备，其用于塑料预制件的传送； 生产塑料预制件的第一设备和在塑料预制件涂上外层的第二设备，其特征是:该装置适用于根据权利要求1-9任一项所述生产塑料预制件。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征是:第二设备沿输送方向设置在第一设备的下游。
12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征是:第二设备包括一个滚压设备或喷涂设备或浸渍设备或直接印花设备或等离子沉淀设备或燃烧化学气相沉淀用设备或冲刷涂装设备，所述设备用于给塑料预制件涂上外层。
13.根据权利要求10-12任一所述的装置，其特征是:制造外层的材料是碱溶性聚合物或者是包含碱溶性聚合物的材料。
14.塑料容器的回收方法，尤其是PET容器，该塑料容器有一个与塑料容器粘合的外层和一个印花层，所述外层不溶于pH值为3-10的水溶液，在pH值大于10的水溶液中能够充分溶解，其特征是:塑料容器被分割为碎片，通过亲核取代反应将外层从切碎的塑料容器上移除。
15.根据权利要求14所述的回收方法，其特征是:塑料层的移除是在pH值大于10的回收液中实现的，该回收液中包含氢氧化钠。
【文档编号】B29B11/06GK104441315SQ201410751579
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】安德烈亚斯·克劳斯 申请人:克朗斯股份公司