CN101500792B - 多层塑料容器 - Google Patents

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Abstract

由热塑性塑料制成的多层塑料容器，用于储存和运输液态的填充物，尤其是可燃或有爆炸危险的填充物，由至少三个相互支承的层组成并具有用于导出电荷的电荷导出层，该电荷导出层在所熟知的容器上通常作为外层来施加。为了使填充物接地必须采取附加的特殊措施。按照本发明的塑料容器的突出之处在于，由于新型的结构安排不必对填充物采取特殊的接地措施，因为与液态填充物接触的最内层由新材料(纯净原材料)制成并通过相应的添加物(例如导电碳黑或类似物质)仅仅将被最内部的新材料层所覆盖的集成的第二内层构造成导电的，其中该导电层向外由至少一个另外的不导电层覆盖。在此，由于与填充物的摩擦在薄的内层表面聚集的电载流子通过不导电的内层从第二导电层大面积地导出。

Description

多层塑料容器
技术领域
本发明涉及一种制造不可充静电的或/和可导出电荷的塑料容器的方法以及一种按照该方法所制造的多层塑料容器。
该塑料容器可以是油箱或方桶(Fassett)、可以是封闭的塞桶、可以是带有桶盖和夹紧环闭锁件的带盖桶或者可以是大容积的托盘集装箱(Palettencontainer)的内容器。
背景技术
在市场上已知并用于防爆区或填充可燃填充物的系统例如是具有以多层方法用塑料制造的内容器的托盘集装箱，该内容器具有可导电或/和永久抗静电的外层，其中填充物的接地通过在容器底部的相应措施来实现，例如使用金属螺钉或排出机构上的导电塑料。相应的由塑料制成的内容器首先以三层共挤或六层共挤方法制造并具有大约2到3mm的总壁厚。除去导电或永久抗静电的外层后所剩下的绝缘的剩余壁厚在此小于2mm。
在电气/电子领域，在有关的专业文献和标准(例如CENELEC TR 50404第10页)中，小于等于2mm的绝缘材料壁厚与固定连接的电导体相结合被视为可以足够可靠地避免绝缘体的相对置的表面充电，这种充电在相应的放电时可能会引燃IIA和IIB爆炸组的填充物和气体。
设计用于防爆区或用于填充可燃填充物并投入使用的无支撑的塑料容器例如圆桶或油箱同样首先以多层方法制造并且突出的地方在于在外层中使用导电或/和永久抗静电的塑料材料。如果需要的话，填充物的电接地通过附加加入的由导电材料制成的接地元件实现，例如通过装在容器中的、与容器的导电外层导电连接的导电塑料泵管(EP 1497 188 A)。
已知一种可导出电荷的塑料容器，它具有按照透明带的形式安装在容器壁中的由导电塑料材料制成的条(DE 102 42 955)，它与导电的外层固定连接并且其厚度与三层容器壁总厚度相当。在这里不利的是整个容器壁在纵向一个或多个点上的完全断开，因为当装满的容器的机械负荷较高时，导电塑料条和多层容器壁的塑料材料的连接总是一个关键性的连续的薄弱处。
如果总壁厚由于容器的总体稳定性的原因必须明显超过2mm(8.5kg的塞桶在外壁区域的平均壁厚大约为3到3.5mm)，对与导电外层直接接触的最大具有2.5mm剩下的剩余壁厚的绝缘(内)层的要求只能通过相应厚度的导电材料外层来实现。不论从经济角度还是从机械角度看这都具有很大的缺点，因为相应的导电塑料(例如通过添加导电碳黑)一方面相对昂贵，另一方面在例如其低温稳定性方面具有显著更差的材料特性。
发明内容
本发明的任务在于，进一步开发一种用于防爆区或填充IIA和IIB爆炸组的可燃填充物的多层塑料容器，使得在考虑好的经济性的情况下它的静电特性和改善的机械强度即使对于厚壁容器即壁厚大于2mm时也是存在的。
作为多层容器，按照本发明的容器优选以挤吹成型方法制造并且突出的地方在于至少一个由导电塑料材料制成的、集成在容器体壁内的(内部、嵌入)层，该层将剩下的剩余壁分隔成至少两个层厚分别小于2.5mm的绝缘塑料层。这些层所使用的塑料材料由高密度聚乙烯(HDPE，High Density Poly Ethylen)塑料制成。
已证实，当内部的绝缘且不导电的塑料层具有小于2.5mm或2mm的层厚时，与填充物接触的高密度聚乙烯塑料层的内表面的静电充电不发生或仅仅以微弱的尺度发生。通过在布置在容器内侧的绝缘层后大面积地设置导电性非常优良的塑料层，相应的电荷将以最短的路径(小于等于2.5mm)被运输穿过本身绝缘的塑料层并被紧随其后布置的导电层“吸收”。当导电塑料层接收足够的电荷并达到足够高的载流子浓度时，载流子将经过外部的具有小于2.5mm或2mm的层厚的绝缘塑料层经过塑料容器的导出电荷的支承面以简单的方式导入底部。
对于按照本发明的容器壁，由于两个层的大面积的接触面积，引起塑料容器内表面充电的负电子/载流子在径向上被吸引经过一个非常短的距离(小于/等于2.5mm)穿过由高密度聚乙烯新材料制成的层并被电导体接收并在此聚集。由内(高)向外(低)的电荷梯度引起载流子通过“绝缘层”径向向外移动。导电塑料层的导电性通过混合导电碳黑复合物来调节。由于导电碳黑非常昂贵，导电塑料层总是构造得非常薄(小于/等于5％总壁厚)。
当按照本发明的塑料容器用于敏感、昂贵的化学品时，符合目的的是，当与液态填充物接触的最内层由高密度聚乙烯新材料(纯净原材料)制成并且被最内部的新材料层所覆盖的集成的第二高密度聚乙烯层通过相应的添加物(例如导电碳黑)构造成导电的，其中该导电层向外被至少一个另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层所覆盖。当用于电子工业中高敏感、高纯度的液体时，与该填充物接触的材料层可以由特别纯净的塑料原材料制成，该塑料原材料完全没有那些杂质，如催化剂和稳定剂或有害的金属原子等，由此满足了特殊填充物的高纯度要求。在这里高纯度塑料材料的杂质尤其是催化剂残留物(catalystresidues)、填充材料(fillers)、稳定添加剂(stabilizers)、抗氧化剂(antioxidants)、柔顺剂/塑化剂(plastizers)或工艺辅助剂(process aids)例如硬脂酸盐(stearates)等。
在本发明的一种实施方式中，另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层被由导电塑料材料制成的狭窄的垂直延伸的塑料条-以透明带的形式-中断，在径向上观察该塑料条只具有所述另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层的厚度并与集成的导电的高密度聚乙烯层形状配合连接且导电连接。在这里塑料容器还具有不间断、即连续的由高密度聚乙烯新材料制成的内层，该内层在需要时构造得尽可能薄并具有仅为0.5到1mm的壁厚，由此电荷可以很好地被“吸过”并被“内部的”集成导电塑料层接收。现在该集成导电塑料层通过狭窄的垂直延伸的、在工艺技术上以已知的透明带的形式安装在外部不导电或绝缘的高密度聚乙烯层中并在容器底部区域延伸到分隔缝的导电塑料材料接触条与塑料容器的导出电荷的支承面处于非常良好的导电连接中。
为了进一步改善容器的导出电荷能力，在另一种实施例中容器具有四层壁结构，其中第四塑料层从外面覆盖前三个层并同样由导电的高密度聚乙烯塑料材料制成。由此在集成的(嵌入的)导电塑料层中聚集的电荷同样大面积地被吸引通过由不导电塑料材料制成的第三层并经过塑料容器的外部导电层通过它的支承面导入底部。此外，由不导电塑料材料制成的第三层也同样可以被由导电塑料材料-以透明带的形式-制成的狭窄的垂直延伸的接触条中断，在径向上观察该接触条只具有不导电或绝缘的高密度聚乙烯层的厚度，并且它在一定程度上起到导体桥作用并且由导电塑料材料制成的集成的内部塑料层与由导电塑料材料制成的第四外层直接导电连接。
为了促进并加速导出来自集成的内部导电塑料层的聚集的载流子，在另一种实施例中，按照本发明规定，至少一根狭窄的垂直延伸的由导电塑料材料制成的塑料条安装在外部导电塑料层和其后的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层中，在径向上观察该塑料条只具有这两个层的厚度并与内部集成的导电高密度聚乙烯层形状配合连接并导电连接。
这种单件地(一体地)以挤吹成型方法制造的塑料容器至少具有三个层，对于特殊使用情况也可以制造成四层或七层，并且突出的地方在于以下的层结构：
三层式(层编号由内向外增加)：
 层  层厚度   层材料
 1内  ＜2.5mm   绝缘塑料(高密度聚乙烯新材料)
 2  ＜5％总壁厚   导电塑料
 3外  ＜2.5mm   绝缘塑料(高密度聚乙烯)
四层式(层编号由内向外增加)：
 层  层厚度   层材料
 1内  ＜2.5mm(到大约45％)   绝缘塑料(高密度聚乙烯新材料)
 2  ＜5％总壁厚   导电塑料
3 ＜2.5mm(到大约45％)   工艺再生品+绝缘塑料(高密度聚乙烯)
 4外  ＜5％总壁厚   导电塑料(高密度聚乙烯)
七层式(层编号由内向外增加)：
Figure G2007800180106D00041
Figure G2007800180106D00051
在这里，敏感的填充物以有利的方式不与导电的塑料层(带有导电碳黑)接触。
相应的层结构保证绝缘塑料层在整个壁上的最大的层厚度小于2.5mm的厚度，并因此暴露的绝缘表面的关键性的充电是绝不可能的。昂贵的导电塑料材料的使用将通过相应层的尽量薄的结构来降低。在此，在相应的容器的外侧，非常薄的导电塑料材料层表现得比厚的、易脆断的、带有导电碳黑的塑料层更柔韧，由此可大大改善低温稳定性。此外需要补充说明的是，添加导电碳黑-如普遍已知的那样-会大大降低导电塑料的机械性能。
为了将容器内部可能的填充物通过从内表层到外表层的直接电连接接地，按照本发明的容器在该实施方式中还可以构造有导电的塑料层，即绝缘的塑料层局部地被导电塑料材料中断或覆盖，并由此使容器壁内部的导电层彼此导电连接。
这种局部的层中断的主要特征在于，一个层的局部中断在径向上不会导致其他层或所有层的中断，由此不会产生在整个壁厚中形成的连续的导电连接。通过这种有利的实施方式还保证，对于如今已知的类似的解决方法(DE 102 42955 Sch.)，避免了脆的导电塑料的连续的材料堆积(径向同轴向一样)形式的机械薄弱处并且相应构造的容器的冲击强度也得到大大改善。
在容器壁不导电的绝缘塑料层内的局部限制的导电条优选与桶的纵轴线平行地在垂直方向上经过桶体并在径向上经过容器底部/顶部地构成。导电接触条的其他的例如点状或螺旋状的实施方式也是可行的。
局部的导电连接点的数量确定为每个绝缘层至少一个。每个层的其它局部导电的连接条的实现是毫无困难的并可以根据工艺技术实现使用。
在周向上看，局部的导电连接条的位置对于不同的、相互错开布置的实施方式可在各个绝缘层中自由选择。
对于优选的工艺技术的实施方式，作为容器壁中平行于桶轴线或者说垂直的条，从分型缝偏移大约10度的定位是有利的。在相应的彼此布置中，位于各层中的两根局部的导电条相互错开180度布置。
附图说明
接下来将借助于附图中所描述的实施例进一步解释和说明本发明。其中：
图1展示了一种按照本发明的塑料容器，它是220升L环形桶；
图2展示了一种按照本发明的带有导电中间层的三层式结构；
图3展示了一种按照本发明的带有导电中间层的四层式结构；
图4展示了一种按照本发明的带有导电中间层的七层式结构；
图5展示了一种带有导电中间层以及绝缘层中的局部的导电条的四层式结构；
图6展示了一种带有导电中间层以及绝缘层中的局部的导电条的七层式结构。
具体实施方式
按照本发明的塑料容器可以是例如油箱或方桶、可以是塞桶、可以是具有桶盖和夹紧环闭锁件的带盖桶，或者也可以是大容积的托盘集装箱的内容器。这样的塑料容器在各种情况下都具有垂直延伸的容器壁以及水平延伸的容器顶板和底板，其中至少在容器顶板或者说容器盖中具有气密且液密的可关闭的注入孔和泄出孔。
在图1中描述了220升的塞桶作为实施例并以附图标记10表示。这种塞桶在外壁区域中的平均总壁厚对于8.5kg的标准重量为大约3mm到3.5mm。而对于重量超过10kg的220升(55美国加仑)塞桶的更重的实施方式(美国型)，平均总壁厚为大约3.5mm到4.5mm。在塞桶10垂直的容器壁中用“X”标记出了矩形壁区，在接下来的附图中将在不同的变型实施方式中进一步解释和说明该壁区的壁结构。优选使用高密度聚乙烯(HD-PE，例如Lupolen 5021 D)或高分子聚乙烯(HM-PE，例如Lupolen 5261 Z)作为用于内层或/和外层或者用于与再生材料(废料或磨料)混合的新材料(纯净原材料)。
对于一种第一实施例，图2中的矩形的壁区“X”以一种三层的壁结构展示，对于这种结构，与填充物接触的内层12由高密度聚乙烯新材料制成，中间薄层14通过添加导电碳黑由导电的高密度聚乙烯塑料制成，且外层16也由高密度聚乙烯新材料制成，必要时带有混合的例如蓝色颜料。
一种尤其优选的实施方式在图3中以一种按照本发明的带有薄的导电内层的四层壁结构描述。与填充物接触的内层12又由在这里层厚大约为0.5mm(可以达到大约45％总壁厚)的绝缘塑料(高密度聚乙烯新材料)制成，接下来集成的薄层14由层厚小于5％总壁厚的导电的高密度聚乙烯塑料制成，现在同样处于内部的第三层16由层厚大约1.5mm的或者说大约45％总壁厚以下的工艺再生品和绝缘塑料(高密度聚乙烯新材料)制成，且外部的第四层18(在塑料容器外侧)又由具有小于5％总壁厚的微小层厚的导电塑料(带有导电碳黑的高密度聚乙烯)制成。
另一种构成的实施例在图4中描述。在这里为了实现抵抗挥发性组成部分(例如碳氢化合物、二氧化碳、芳香剂或诸如此类)从填充物中泄漏的最佳阻隔特性，所述壁结构(根据图3)还增加了另外三个薄层20、22和24，它们布置在较薄的导电层14和较厚的层16之间。在此，层22由绝缘的阻隔塑料(聚酰胺PA或乙烯-乙烯醇共聚物EVOH)制成且相邻的两个层20和24由绝缘增附剂(Admer)制成，以便获得不同的塑料材料(高密度聚乙烯和聚酰胺PA或乙烯-乙烯醇共聚物EVOH)之间的材料连接，否则它们在没有增附剂的直接接触下不能相互粘附。这三个薄层20、22和24的层厚分别只有大约3％总壁厚。EVOH层(Ethyl-Vinyl-Alkohol)是作为气体和氧阻隔材料使用的普遍的阻挡层。
对于在图5中描述的实施例，也是涉及一种如图3的四层壁结构，但是在这里在绝缘塑料层12和16中加入了至少两根由导电塑料制成的沿容器纵向或者说垂直延伸的条26和28。也可以例如各加入两根这样的条。所述条可以具有(在周向上)大约为10mm到50mm的宽度。条26和28一方面是液态填充物和内部导电薄层14之间的电连接桥，另一方面是内部导电薄层14和导电薄层或者说外层18之间的电连接桥。这两根用于电接地的条26和28以已知的透明带的形式加入到软管状的预成型件中，该预成型件从圆周分配器(Umfangverteiler)或挤出存储头的环形喷嘴挤压出并在吹模中借助于压缩空气吹成最终的容器。
与已知的在径向上观察如透明带穿过整个壁的连续的导电连接条不同，在径向上观察，这两根条26和28分别只是部分地或者不完全连续地在相应的容器的壁中延伸。此外这两根条26和28在侧面彼此间隔开并在塑料容器的不同的圆周位置上相互错开地布置。
最后如图6所描述的那样，这种带有至少两根垂直延伸的且在周向彼此间隔开的接触条的方法变型对于具有七层壁结构的塑料容器也是可以实现的。导电塑料条26在这里也只是在厚的不导电的塑料层12内部延伸并建立了填充物和内部导电薄层14之间的电连接，而现在，条30在径向上延伸经过层20、22、24和16并由此形成了集成的导电薄层14和薄导电外层18之间的电桥。在此，内部的集成的导电的高密度聚乙烯层通过至少一个安装在与填充物接触的由绝缘塑料(高密度聚乙烯新材料)制成的最内层中的由导电塑料材料制成的接触条与容器内部的填充物导电连接，并进一步通过至少一个另外的安装在剩余的从外部覆盖内部集成的导电高密度聚乙烯层的由不导电塑料材料(不带导电碳黑添加物)制成的层中的由导电塑料材料制成的接触条与外部导电塑料层导电连接。
与同样集成在余下的剩余绝缘层中的由导电塑料材料制成的局部的部分相结合，在要求时也可以建立容器内外表面之间的电连接。在这里从径向观察各个局部连接的厚度小于容器的总壁厚。
通过有利地避免完全连续的导电塑料材料条，可大大减小否则要忍受的低温稳定性的变坏。
本发明在工艺技术上的突出之处在于，三种不同的塑料材料由至少三台挤压机供应到圆周分配器中并在其中加工成至少三层的软管状预成型件，其中内层由不导电的塑料材料(高密度聚乙烯新材料)制成，被内层覆盖的集成的层由导电塑料材料(例如带有导电碳黑添加物的高密度聚乙烯)制成，且另一个外层也由不导电的塑料材料(高密度聚乙烯)制成，并且以普遍的方式在相应的吹模内借助于压缩空气将该软管状的预成型件吹成塑料空心体。圆周分配器附加地设有合适的机构，以便在希望的位置上将由导电塑料材料制成的接触条装入由不导电塑料材料制成的内侧的层或/和外侧的层中。
附图标记列表
10  220升塑料塞桶
12  高密度聚乙烯新材料内层
14  薄导电层
16  绝缘或不导电层
18  薄导电层
20  绝缘增附剂(Admer)
22  绝缘阻隔塑料(PA或EVOH)
24  绝缘增附剂(Admer)
26  由导电材料制成的接触条
28  由导电材料制成的接触条
30  由导电材料制成的接触条

Claims (1)

1.由热塑性塑料制成的多层塑料容器，用于存储和运输液态填充物，其中该容器由至少三个层组成并具有持久不带静电的或者可导出电荷的层，其特征在于集成在容器体的壁中的由导电或/和永久抗静电的高密度聚乙烯塑料材料制成的第一高密度聚乙烯层（14），该第一高密度聚乙烯层将其余的剩余壁分成至少两个层厚分别小于2.5mm的绝缘高密度聚乙烯塑料层，与液态填充物接触的最内层（12）由高密度聚乙烯新材料制成，并且被最内层（12）覆盖的集成的第一高密度聚乙烯层（14）通过相应的添加物构造成能够导电的，其中第一高密度聚乙烯层（14）向外由至少一个另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层（16）覆盖，
所述另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层（16）被狭窄的垂直延伸的由导电塑料材料以透明带的形式制成的塑料条（28）中断，从径向上观察该塑料条只具有所述另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层（16）的厚度并与第一高密度聚乙烯层（14）形状配合连接并导电连接，在由绝缘塑料制成并与填充物接触的最内层（12）中安装有至少一根由导电塑料材料制成的狭窄的垂直延伸的塑料条（26），所述绝缘塑料为高密度聚乙烯新材料，该塑料条从径向上观察只具有该最内层（12）的厚度并与第一高密度聚乙烯层（14）形状配合连接且导电连接。
2、如权利要求1的塑料容器，其特征在于该塑料容器具有四层式壁结构，其中外部的导电的塑料层（18）从外部覆盖之前的三个层（12、14、16）并同样由导电的高密度聚乙烯塑料材料制成。
3、如权利要求2的塑料容器，其特征在于，由绝缘塑料制成并与填充物接触的最内层（12）具有小于2.5mm、到大约总壁厚的45%的厚度，所述绝缘塑料为高密度聚乙烯新材料，所述第一高密度聚乙烯层（14）具有小于/等于总壁厚的5％的壁厚，所述另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层（16）同样具有小于2.5mm、到大约总壁厚的45%的厚度且外部的导电的塑料层（18）也具有小于/等于总壁厚的5％的壁厚。
4、如权利要求2或3的塑料容器，其特征在于，在外部的导电的塑料层（18）和其下的所述另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层（16）中安装有至少一根由导电塑料材料制成的狭窄的垂直延伸的塑料条（28），该塑料条从径向上观察只具有这两个层（16、18）的厚度并与第一高密度聚乙烯层（14）形状配合连接且导电连接。
5、如以上权利要求1至3中任一项的塑料容器，其特征在于，第一高密度聚乙烯层（14）和覆盖该层的所述另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层（16）之间设置有由聚酰胺PA或乙烯-乙烯醇共聚物EVOH制成的所谓的“阻隔层”，该高密度聚乙烯层（16）由新材料或/和二级材料制成，必要时设置有两个Admer/增附剂层（20、22、24）。
6、如以上权利要求1至3中任一项的塑料容器，其特征在于，所述第一高密度聚乙烯层（14）通过至少一根接触条（26）与容器内部的填充物处于导电连接中，所述接触条由导电塑料材料制成，并且插入由绝缘塑料制成并与填充物接触的最内层（12）中的，所述绝缘塑料为高密度聚乙烯新材料，所述第一高密度聚乙烯层（14）并通过至少一根另外的接触条（30）与所述另外的不导电或绝缘的高密度聚乙烯层（16）处于导电连接中，由导电塑料材料制成的所述至少一根另外的接触条插入由没有导电炭黑添加物的不导电塑料材料制成的其余的层（16、20、22、24），并且从外部覆盖的第一高密度聚乙烯层（14）。
7、如以上权利要求1的塑料容器，其特征在于，液态填充物是可燃或有爆炸危险的填充物。
8、如以上权利要求1的塑料容器，其特征在于，所述高密度聚乙烯新材料是纯净新材料，所述相应的添加物是导电碳黑。
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