CN101730646A - 用于热灌装或热处理的塑料瓶 - Google Patents
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Abstract
用液态或粘性产品热灌装具有连接到颈上和底座上的侧壁的塑料容器的方法；该方法至少包括用高温产品灌装该容器，气密密封该容器，冷却该容器及其内容物；其特征在于使用该侧壁的线性热膨胀系数大于0.00014m/(m.K)的塑料容器，且该容器得以膨胀并收缩得至少与其内容物的程度相同。
Description
技术领域
该发明涉及用于液态或粘性产品的塑料容器。特别是，涉及其内容物可以经受几十度的温度变动的容器。该发明尤其涉及通过热灌装(高于70℃)以及热处理(巴氏杀菌法)进行包装的领域。
背景技术
聚对苯二甲酸乙二酯(PET)瓶子由于其出色的抗性、轻巧性、透明度以及感官感觉性而被用在许多领域。这些瓶子通过双轴拉伸模具中的预成型坯而高产地制造。
然而，虽然这些瓶子表现出许多优点，但是它们具有在其温度高于60℃时变形的缺点。用这些瓶子灌装高温(高于70℃)产品导致扭曲以至于所述瓶子不适合使用。用来克服上述缺点并使PET瓶子可以热灌装的几种方法在现有技术中已经有描述。
热定型被认为是用来改进双轴定向的PET瓶子的热抗性的最有效处理方法。该方法的原理，在商业运作中广泛使用，包括让该瓶子的各壁受到热处理以提高结晶化并因而改进高温条件下的分子稳定性。该原理可以由现有技术中所描述的多种热定型方法和设备所实现。热定型处理的一个主要优点是这些灌装方法不必修改，瓶子的热定型在所述瓶子制造期间进行。
然而，经过了热处理以允许高温液体灌装的瓶子有几个缺点。
这些瓶子的第一个缺点在于只有特定等级的聚对苯二甲酸乙二酯可以使用。这些特定等级更难制成而且增加容器的成本。
因为热定型处理使吹塑循环放缓，所以第二个缺点与瓶子生产率降低有关。
第三个缺点归因于这些瓶子的重量。用热的液体灌装瓶子会导致冷却后瓶子里产生负压；所述负压具有使瓶子的壁随机变形的效果。用来补偿瓶子中负压的最广泛使用的方法是添加使瓶子可以在可控方式下变形的补偿面板。然而，具有补偿面板的瓶子变得更刚硬并因此更沉。结果，使用的材料比良好保存产品所绝对必需的材料要多。而且，补偿面板影响容器外观，降低了其对用户的吸引力。
通常还使用柔性袋子来封装液态产品。这些袋子用预先印好的薄膜制成。这些容器在使用前后表现出包括重量、成本以及压实在内的许多优点。然而它们确实存在缺点，特别是当其内容物受到高温变化时。具体来说，如果被包装的液体受热，有意或无意地(例如，通过将其留在暴露在太阳下的汽车里面)，则该产品膨胀，有时到容器会爆裂的程度。
对发明阐述中使用的术语的定义
在发明内容中使用如下术语和缩写：
层压制品：层压若干层薄膜构成的多层薄膜
PET：聚对苯二甲酸乙二酯
PP：聚丙烯
PE：聚乙烯
LDPE：低密度聚乙烯
LLDPE：线性低密度聚乙烯
HDPE：高密度聚乙烯
EVOH：乙烯/乙烯醇
发明内容
通过这样一种容器，本发明有可能克服上述缺点，该容器在经受温度变动时，连同所容纳的产品一起膨胀并收缩。
在该发明阐述中，所容纳的产品表示液体或可以包含固体元素的粘性产品。由于这些产品主要是水基的，所以当温度变动65℃时所述产品在体积上变动约3％，其对应于约0.00042m3/(m3.K)的体积膨胀系数并对应于0.00014m/(m.K)的线性膨胀系数。这些数值通过指示方式给出，已知水的热膨胀随温度而变动。
这些产品还可以是油基的，而且它们的性态取决于所用的油的热性能。
该容器在用于封装高温产品时有许多优点。与PET瓶子不同，该容器不需要热定型处理以防在灌装温度的作用下各壁收缩。与PET瓶子不同，该容器不需要补偿面板来补偿产品在冷却期间体积上的变动。
该容器特点是其热膨胀大于或等于产品的热膨胀。在灌装期间，产品的温度加热容器的各壁，容器的各壁膨胀。膨胀后的容器随即气密密封。一冷却，容器就收缩并返回其初始几何形状，这导致冷却后容器中相对压力为正或零。冷却后容器中有轻度压力是有利的，因为它改进了容器的压缩强度而且它还使夹紧容器更容易。
在需要热处理该容器及其内容物的灌装方法，例如巴氏杀菌方法中使用该容器，也是特别有利。在容器和产品温度上升期间，容器膨胀的程度至少与产品相同，以防容器中压力上升过大。
对于用户，这个容器极有意义，因为它适应温度变动而其美观性未被修改，而且容器中有非常低的压力变动。
根据该发明所述的容器另一优点是在所容纳的产品经受温度上升时，那么容器将同产品一起膨胀并因而容器各壁、底座以及焊缝(在使用柔性薄膜制成容器的情况下)不受或仅仅非常轻微地经受压力增加，并因此容易经受住它。
该发明可以用来包装液态或粘性产品。
根据该发明可以生产各种各样的容器。容器可以通过焊接、通过挤压-吹塑而制造，或者可以用薄膜制成。
一个特别有优势的容器由薄膜形成的侧壁以及通过焊接到所述薄膜上而连结的底座和颈所构成。
大多数用来制造容器的材料的热膨胀都不足以补偿该容器内容物体积上的变动。
根据该发明，容器的膨胀系数大于或等于所容纳产品的膨胀系数。容器各壁的线性膨胀系数一般大于0.00014m/(m.K)，而且优选的是大于0.00018m/(m.K)。基于低密度聚乙烯的容器特别有利。
附图说明
借助后面各实施例的描述和从如下附图中，该发明将更好理解，附图中：
图1至4示出构成一热灌装方法的该发明的第一个实施例。
图1示出灌装之前的容器。
图2示出在用热产品灌装期间容器的热膨胀。
图3示出以密封方式封闭容器时膨胀后的容器。
图4图示说明冷却后的容器及其内容物；该容器已经在温度下降的作用下收缩。
图5至8图示说明该发明的第二个实施例，其中容器及其内容物一起加热后再冷却。
图5图示说明在低温下用产品灌装、并且气密密封的容器。
图6图示说明在热水浴中加热几分钟后的容器及其内容物；该容器在温度作用下膨胀。
图7图示说明冷却后的容器及其内容物，该容器已经在温度下降的作用下收缩。
图8图示说明包括容器的该发明的优选实施例的容器，该容器通过将颈、底座、以及管状体装配起来形成；所述管状体由膨胀系数大于0.00014m/(m.K)的层压制品形成。
具体实施方案
用来包装液态或粘性产品的几种方法在包装处理期间给产品加以温度上的巨大变动。由于温度变动导致产品体积上的变动并从而导致容器中的压力变动，所以这些温度变动对于容器有限制作用。
发明人已经发现了防止热灌装之后容器中有负的相对压力的容器。该发明第一实施例由于防止了冷却期间容器变形而特别有利。该发明第一实施例由图1至4图示说明。
图1图示说明根据该发明所述的容器的布局，所述容器1包括侧壁2、颈3以及底座4；而且所述容器特点是其各侧壁在温度作用下膨胀。该容器在低温下供应，所述低温优选为环境温度(20℃)。根据本领域技术人员已知的灌装方法，容器1可以在图2中图示说明的灌装处理之前清扫、漂洗、干燥。为了简化发明阐述，只解释说明理解该发明必需的步骤。
图2表示用高温产品5灌装容器1。通常，所述高的灌装温度是85℃。当产品5倒入容器时在其高温作用下，容器各壁2几乎瞬时膨胀。容器的膨胀在灌装期间逐渐发生而且取决于限定产品5接触界限的灌装水平6和容器各壁。容器的膨胀由高度变动7示意性说明。各壁2的热膨胀一般由高度上和直径上的变动来表明。在灌装处理之后和气密密封之前，这导致容器容积大于初始容积。
图3示出灌装处理后容器的气密密封，产品5在所述封闭期间仍然处于高温。盖子8或已知的另一种封闭措施应用于颈3并确保气密密封。一般，一定体积的气体9在封闭时困到容器中。这一定体积的气体取决于容器的罐装程度。优选的是在灌装之后快速封闭容器以防这一定体积的气体在封闭时太热。困在顶部空间中的气体9可以是空气、氮气或本领域技术人员已知的任何其他气体或气体混合物。在气密密封时，容器1和产品5处于高温。从而产品5的体积膨胀，容器各壁同样膨胀。
图4图示说明冷却到存储温度后的容器及其内容物。该存储温度常常接近环境温度。在冷却作用下，容器及其内容物收缩。基于水的液态产品，例如，当其温度在85和20℃之间变动时其体积变动约3％。根据该发明所述的容器在冷却作用下收缩；而且其收缩以致冷却后容器中的相对压力为正数或零；因此，容器的收缩大于或等于产品的收缩。
用来制造容器的大多数材料的热膨胀不足以补偿产品和气体9体积上的变动。由例如PET或HDPE制成的容器冷却后将处于真空下，因为这些材料的膨胀系数不足以补偿产品体积上的变动。令人惊讶的是，已经发现LDPE制成的容器具有能防止冷却后容器中产生负相对压力的热膨胀属性。一般来说，已经发现容器的线性热膨胀系数必须大于0.00014m/(m.K)而且优选为大于0.00018m/(m.K)。容器的罐装水平越低，容器的膨胀系数必须越高。
发明人已经发现容器的线性膨胀不必在所有方向上都相等。例如，容器在高度上的线性膨胀可以大于圆周膨胀，反之亦然。由沿着两个正交方向测量的两个膨胀系数，可以定义引起容器容积上同样变动的平均线性膨胀系数。已经发现这个平均线性膨胀系数必须大于0.00014m/(m.K)而且优选为大于0.00018m/(m.K)。
冷却和收缩后容器的几何形状大体上与罐装和膨胀前容器的几何形状相同。然而，在某些情形中观察到轻度滞后，容器的收缩稍微低于其膨胀。在这种情形下，容器最终的容积稍微大于初始容积。在另一种情形下，容器的收缩稍微大于其膨胀；容器最终的容积因此小于初始容积。作为一般规则，容器最终的几何形状基本上与初始的几何形状相同而且容器可以可逆地膨胀并收缩几次。
容器的冷却过程几乎不产生什么影响，因为该冷却可以是快速、慢速、分阶段的或连续的。常常用水喷洒容器使快速且有效的冷却得以进行。可以使用本领域技术人员已知的各种冷却方法，只有容器的初始和最终的温度对所述容器容积上的变动有影响。
其他包装方法包括在低温下用产品灌装容器，然后对容器及其内容物进行加热处理。该发明第二个实施例由于防止加热处理期间容器中压力过大而特别有利。图5至7图示说明该发明的第二个实施例。
图5图示说明根据该发明所述的容器的布局，所述容器1包括侧壁2、颈3以及底座4，而且所述容器特点是其侧壁在温度作用下膨胀。用液态或粘性产品5灌装该容器而且由盖子8气密密封。容器及其内容物处于低温，所述低温优选为环境温度(20℃)。一般来说，一定体积的气体9困在顶部空间中，该气体可以是空气。该容器的罐装程度由液体水平6图示说明。由于气体的热膨胀大于液体的，所以高程度的灌装是有利的。优选的是容器1的灌装程度大于90％。
图6图示说明热处理步骤，包括提高容器及其内容物的温度。一个常常使用的加热处理例如包括将容器及其内容物在80℃的水浴中浸没10分钟。该热处理导致容器及其内容物的温度逐渐上升，造成产品5的体积膨胀，以及气体体积9的膨胀。根据该发明所述的容器特点是各壁2的高度热膨胀，其可以防止容器中有高的相对压力。根据现有技术所述的容器所遇到困难与容器中的高压会导致底座4反向突出有关联。常常需要底座4的特定设计来防止该底座变形。这个抗性更佳的底座更重而且更贵。该发明有可能克服这个困难，在加热处理期间容器各壁的膨胀可以防止容器中压力上升。容器各壁的膨胀由高度变动7来图示说明。容器各壁的热膨胀一般沿着高度并且沿着圆周发生。优选的是，容器膨胀程度得以补偿产品5体积上和气体9体积上的变动。容器中相对压力基本上保持常数而且接近零。
图7图示说明冷却到低温后的容器及其内容物，所述低温有可能是环境温度。一般来说，冷却后的最终温度等于热处理前的初始温度。一冷却，产品5和气体9就收缩。根据该发明所述的容器1也收缩，这个收缩由高度变动10图示说明。一般来说，容器的收缩10的数值等于膨胀7的数值。由于可以使用薄壁容器，所以该发明第二个实施例特别有利。发明人发现了线性热膨胀系数大于0.00016m/(m.K)的容器可以在热处理期间限制压力，而且大于0.00020m/(m.K)的系数特别有利。
根据该发明的容器的特点是热膨胀和收缩属性。已经发现了容器各壁必须有大于0.00014m/(m.K)而且优选为大于0.00018m/(m.K)的线性热膨胀系数。用来制作容器的少数材料具有上述属性。发明人发现了LDPE制成的容器由于它们的膨胀属性而特别有利。用某些等级的低结晶度PP获得的容器可以获得充足的膨胀，所述PP的等级优选为共聚物。已经观察到的是双轴定向的容器没有高的热膨胀系数。类似地，由高结晶度聚合物形成的容器有低的热膨胀系数。
该发明可以制成各种各样的容器；容器可以通过挤压-吹塑、通过注塑、管状挤压、或由膜组装而制成。容器可以是通过挤压-吹塑制成的瓶子或细颈瓶、通过模塑制成的罐或烧杯、通过由膜焊接制成的柔性袋子。制造容器的方法可能对容器的膨胀系数有影响。这是因为已知挤压处理，更明显或不太明显地，给聚合物链定向。链的定向可能造成由膨胀系数表达的属性的非均质性，该膨胀系数因测量方向而不同。为了简化发明阐述，平均的线性膨胀系数在被考虑的所有方向上相同。
还观察到了热膨胀上的巨大差异，其与用来制造容器的转化工艺有关联。转化工艺定向的聚合物链越多，所制造的容器的热膨胀越低。
容器的热膨胀系数可以根据两种方法测量。第一种方法包括通过测量温度变化时容器体积上的变动来测量容器的体积膨胀系数。第二种方法包括通过在两个正交方向上取长度长和宽度窄的两条通过测量温度变化时所述各条长度上的变动从而在所述方向上测量线性膨胀系数。当该容器用薄膜制造时，易于在两个方向上测量所述薄膜的线性膨胀系数。
该容器一个示例性实施例在图8中图示说明。这个容器1包括通过焊接到颈3和底座4上而连结的管状体2。盖子8适合颈3并使容器得以气密密封。形成侧壁的管状体2可以挤压成或用薄膜形成，其末端通过焊接连结。该薄膜可以是单层或多层薄膜。该薄膜不包括刚硬而且有低膨胀系数的层，比如铝层或双轴定向的聚合物层。观察到有阻隔性的聚合物薄层可以插入该多层结构。包含薄的EVOH层的LDPE薄膜具有大于0.00018m/(m.K)的热膨胀属性。已经发现多层薄膜可以包含具有低的热膨胀系数的层，如果所述层是薄的而且不阻挡所述薄膜的膨胀。所述薄膜必须包含一种线性热膨胀系数大于0.00014m/(m.K)并且优选为大于0.00018m/(m.K)的聚合物的至少70％。对于基于PE和EVOH的多层薄膜，EVOH层的厚度必须小于总厚度的10％。如果该薄膜的厚度是300微米，则EVOH层的厚度小于30微米，并且优选为小于20微米。该颈和该底座给容器提供刚硬度和强度而且是由部分刚硬的壁厚度更大的单元构成。这样的容器由于其侧壁而连同产品一起在温度变动期间膨胀并收缩。该颈和该底座的尺寸只稍微随温度变动。
该发明不限于与膨胀系数大于0.00014m/(m.K)的材料有关的上述示例，所述材料有可能通过混合聚合物、通过聚合作用、通过复合或者通过本领域技术人员已知的任何其他技术而获得。聚烯烃的混合、弹性体的添加、基于聚烯烃的合金的制造有可能将容器的膨胀系数调节到所容纳的产品的膨胀系数。多层结构还有可能将容器各壁的膨胀系数修改成所容纳产品的膨胀系数。
Claims (10)
1.用液态或粘性产品热灌装具有连接到颈上和底座上的侧壁的塑料容器的方法；该方法至少包括用高温产品灌装该容器，气密密封该容器，冷却该容器及其内容物；其特征在于使用侧壁的线性热膨胀系数大于0.00014m/(m.K)的塑料容器，且该容器得以膨胀并收缩得至少与其内容物的程度相同。
2.根据权利要求1所述的罐装方法，其中该容器得以膨胀并收缩得比其内容物的程度大。
3.根据权利要求1或2所述的热罐装方法，其中，在冷却该容器及其内容物之后，在该容器中生成大于或等于零的压力。
4.用来热灌装液态或粘性产品的塑料容器，包括连接到底座或连接到颈上的侧壁，其特征在于该容器没有补偿面板而且该容器的侧壁的线性膨胀系数大于0.00014m/(m.K)。
5.根据权利要求1至3之一所限定的方法所获得的容器。
6.根据权利要求4或5所述的容器，其热膨胀系数大于0.00018m/(m.K)。
7.根据权利要求4至6之一所述的容器，其侧壁包括至少70％的LDPE。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的容器，包括通过焊接到颈(3)和底座(4)上而连接的柔性侧壁(2)，该颈和该底座至少部分刚硬，所述柔性侧壁用单层或多层膜形成。
9.由根据权利要求4至8之一所述的容器和该容器中所容纳的产品构成的组件，其特征在于在0和100℃之间的温度范围中该容器的膨胀和收缩至少等于该产品的膨胀和收缩。
10.根据权利要求9气密密封的组件，其压力在温度降低时是常数或增加，其压力在温度增加时是常数或降低。
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