CN102202863A - 合成树脂制瓶体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供合成树脂制瓶体及其制造方法，其技术课题在于研发出一种用于提高聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂类的通过二轴延伸吹塑成形而形成的广口瓶的耐热性或生产效率的瓶体构造或制造方法，用于解决该技术课题的主要手段如下：在PET类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体中，口筒部与瓶身部同样地通过二轴延伸吹塑成形的延伸工序对试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成，通过所述延伸和将金属模温度设定为所述PET类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，使口筒部的密度为1.368g/cm3以上，或使根据所述口筒部的差示扫描热量测定法(DSC)的定速升温测定中的伴随结晶化的发热峰值算出的结晶化焓ΔHc的绝对值、与根据伴随熔解的吸热峰值算出的熔解焓ΔHm的比率(|ΔHc|/ΔHm)小于0.1。

Description

合成树脂制瓶体及其制造方法
技术领域
本发明涉及聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的具有广口的口筒部的合成树脂制瓶体及其制造方法。
背景技术
专利文献1中记载了一种聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)树脂制的二轴延伸吹塑成形瓶体(以下，还有记载为PET瓶的情况。)，用于需要以高温进行充填或杀菌等的热处理工序的产品，例如用于茶、果汁饮料等。这样，在面向包括在80～90℃左右的温度下对茶、果汁饮料等进行充填(以下，称为高温充填。)或热处理工序的产品的PET瓶中，使用通过热结晶化处理对耐热变形性进行了改良的所谓耐热口筒部。作为热结晶化处理方法，已知例如专利文献2中记载的使用热风喷嘴的方法、使用红外线加热器的方法等。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平10-058527号公报
专利文献2：日本特公昭61-24170号公报
发明内容
这里，在二轴延伸吹塑成形瓶体中，通常，不对预成形坯的口部进行延伸，预成形坯的口部的形状直接作为瓶体的口筒部，所以，在该状态下，在高温充填工序等中的高温下，口筒部可能会收缩或变形从而损害基于盖的密封性这一作为瓶体所要求的基本性能，所以，需要使壁厚增厚，并如前述那样通过热结晶化而赋予耐热性。
另一方面，根据瓶体的用途，在增大了口筒部的口径的所谓广口瓶的情况下，若形成为厚壁则口径大，与该增大量相应地，所使用的树脂量增多，在材料成本、节省资源方面存在问题。
另外，若增大预成形坯的口部的口径，则由于注射成形机的金属模用盘面的制约，还存在通过一次注射成形能够成形的预成形坯的个数减少这一生产效率降低的问题。
本发明的技术课题在于，研发出一种用于提高上述的PET树脂类的通过二轴延伸吹塑成形而形成的广口瓶的耐热性或生产效率的瓶体构造或制造方法。
首先，用于解决上述技术课题的本发明的瓶体的主要的结构为，在PET类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体中，口筒部与瓶身部同样地通过二轴延伸吹塑成形的延伸工序对试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成，通过所述延伸和将金属模温度设定为所述PET类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，使口筒部的密度为1.368g/cm3以上。
上述结构的瓶体的口筒部与瓶身部同样地通过延伸工序而取向结晶化，将通过该取向结晶化而生成的微结晶作为核，通过与被设定为PET类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度的金属模接触，进一步使结晶化均匀并充分促进结晶化，从而使密度为1.368g/cm3以上，即使口筒部的壁厚较薄，也能够发挥高温充填工序中的耐热性。
而且，能够解决因前述的广口瓶的口筒部的广口化而引起的材料成本以及资源节省方面的问题，并且，由于能够使用小口径的预成形坯，因此，能够解决金属模盘面的制约所导致的生产效率降低的问题。
关于上述结构的口筒部的密度，通过该口筒部被延伸成形并通过设定为较高温的金属模来形成这两个要件相辅相成，与二轴延伸吹塑成形同时地均匀地使结晶化均匀地进行，使密度为1.368g/cm3以上。
这里，由于口筒部的延伸倍率与瓶身部等相比较小，所以，仅通过延伸无法充分提高密度，另一方面，即使将金属模温度设定为高温，仅通过来自金属模的加热，也很难不损害二轴延伸吹塑成形的生产效率地在短时间内提高密度。
此外，关于PET类树脂的热结晶化温度区域，通过差示扫描热量测定法(DSC)的定速升温测定，表示显现出在大致80～180℃的温度范围内出现的伴随结晶化的发热峰值的温度范围。
本发明的瓶体的其他的结构，在上述主要的结构中，使口筒部的密度为1.370g/cm3以上。
通过上述结构，通过使口筒部的密度为1.370g/cm3以上，能够进一步赋予充分的耐热性。
本发明的瓶体的其他的主要构成为，在PET类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体中，口筒部与瓶身部同样地通过二轴延伸吹塑成形的延伸工序对试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成，通过延伸和将金属模温度设定为PET类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，使根据随口筒部的差示扫描热量测定法(DSC)的定速升温测定中的伴随结晶化的发热峰值算出的结晶化焓ΔHc的绝对值、与根据伴随熔解的吸热峰值算出的熔解焓ΔHm的比率(|ΔHc|/ΔHm)小于0.1。
上述结构中，将结晶化焓ΔHc及熔解焓ΔHm作为表示口筒部中的结晶化的进行程度的指标。
这里，通过差示扫描热量测定法(DSC)进行的该ΔHc、ΔHm的测定方法如下。
(1)从口筒部抽取样本并置于试料盘中。
(2)以一定速度(10℃/分钟)使其从20℃升温至300℃，根据在大致80～180℃的温度范围所出现的伴随结晶化的发热峰值的面积算出ΔHc，根据在大致170～260℃的温度范围所出现的伴随熔解的吸热峰值的面积算出ΔHm。
这里，若口筒部的结晶化通过延伸和金属模温度的较高的设定而充分地进行，则在上述的测定条件中进一步的结晶化几乎不进行，因此，ΔHc的绝对值接近零，而且，使|ΔHc|/ΔHm的值小于0.1，由此，能够在高温充填工序中充分发挥耐热性。
本发明的瓶体的其他的结构为，使口筒部的平均壁厚在0.6～1.8mm的范围，虽然本发明的瓶体的口筒部的壁厚为比较薄的薄壁，即在0.6～1.8mm的范围，也能够发挥充分的耐热性。
此外，现有的通常的PET瓶的口筒部的壁厚为2mm左右。
下面，本发明的制造方法的主要构成，是一种PET类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体的制造方法，使用试管状的预成形坯，将吹塑成形金属模的形成瓶体的口筒部的部分的金属模温度设定为热结晶化温度区域的规定的温度，与瓶身部同样地，通过二轴延伸吹塑成形的延伸工序对预热的试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成口筒部，对口筒部中的延伸倍率和金属模温度的设定进行调整，使得作为口筒部的结晶化的进行程度的指标的密度为规定的值以上。
通过上述结构的制造方法，将表示结晶化的进行的程度的密度作为指标并对延伸的程度和金属模温度的设定进行调整，由此，基于延伸的程度和提高金属模温度两个要件，无需以往那样地通过红外线加热器等进行的热结晶化处理工序，能够与二轴延伸吹塑成形同时地、以高生产效率进行口筒部的结晶化从而赋予耐热性。
这里，延伸倍率和金属模温度的组合，能够对口筒部的口径和预成形坯的口径的组合、预成形坯的注射成形的生产效率、二轴延伸吹塑成形的生产效率等进行考虑而适宜地选择。
本发明的制造方法的其他的主要构成，是一种合成树脂制瓶体的制造方法，是PET系树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体的制造方法，其特征在于：使用试管状的预成形坯，并将吹塑成形金属模的形成所述瓶体的口筒部的部分的金属模温度设定为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，与瓶身部同样地，通过二轴延伸吹塑成形的延伸工序对预热的试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成口筒部，对所述口筒部的延伸倍率和金属模温度的设定进行调整，使作为口筒部的结晶化的进行程度的指标繁荣结晶化焓ΔHc的绝对值与熔解焓ΔHm的比率(|ΔHc|/ΔHm)不足规定值，其中，所述结晶化焓ΔHc是根据所述口筒部的差示扫描热量测定法(DSC)的定速升温测定中的伴随结晶化的发热峰值算出的，所述熔解焓ΔHm是根据与熔解相伴随的吸热峰值算出的。
上述构成中，将结晶化焓ΔHc作为表示口筒部中的结晶化的进行程度的指标。
本发明的制造方法的其他的构成，将形成口筒部的部分的金属模温度设定为135℃以上的温度。
将金属模温度升温到何种程度的高温能够根据口筒部的延伸倍率以及二轴延伸吹塑成形的生产效率等适当决定，但即使口筒部的延伸倍率(纵延伸倍率×横延伸倍率)为数倍程度，通过使金属模温度为135℃以上，在高温充填工序的高温下也能够发挥耐热性。
这里，以往的口筒部的热结晶化处理是使用红外线加热器等以200℃左右的高温实施的，而根据本发明的制造方法，能够以比较低温的135℃左右的温度在短时间内进行结晶化。
本发明的制造方法的其他的结构涉及以下方法，即通过二轴延伸吹塑成形从试管状的预成形坯延伸形成瓶体的口筒部，并用于得到最终成形品即瓶体。
将预成形坯形成为具有口部的形状，该口部在圆筒状的瓶身部的上端部配设有颈环，利用该口部将预成形坯固定在金属模内，对所述预成形坯的瓶身部进行二轴延伸，从而形成瓶体的口筒部、肩部、瓶身部以及底部，然后，将包含一体连结在瓶体的口筒部的上端面的上方的所述预成形坯的口部的部分切除。
这里，作为本发明中使用的PET类树脂，主要使用PET树脂，但只要不损害PET树脂的本质，还能够使用以对苯二甲酸乙二醇酯单位为主体并包含其他的聚酯单位的共聚聚酯，并且，还可以例如为了提高耐热性而少量混合尼龙类树脂、聚萘二甲酸乙二醇酯树脂等的树脂进行使用。作为共聚聚酯形成用的成分，例如能够列举出间苯二甲酸、2，6-萘二羧酸、己二酸等的二羧酸成分、丙二醇、1，4丁二醇、四甲撑二醇、新戊二醇、环己烷二甲醇、二甘醇等的二醇成分。
而且，本发明的PET类树脂制瓶体，只要不损害作为PET树脂制瓶体的本质，例如为了提高耐热性、阻气(gas barrier)性，还可以是PET树脂/尼龙树脂/PET树脂那样具有尼龙树脂等的中间层的瓶体。
发明的效果
本发明是具有上述的结构的合成树脂制瓶体及其制造方法，发挥以下所示的效果。
首先，具有本发明的主要结构的合成树脂制瓶体，瓶体的口筒部与瓶身部同样地通过二轴延伸进行取向结晶化，将通过该取向结晶化而生成的微结晶作为核，而且，通过设定为高温的金属模温度使结晶化均匀地进行，使密度为1.368g/cm3以上，或使结晶化焓ΔHc的绝对值及熔解焓ΔHm的比率(|ΔHc|/ΔHm)小于0.1，虽然壁厚较薄，在高温充填工序等的高温下，也能够抑制收缩以及变形，赋予耐热性。
另外，本发明的制造方法，将表示结晶化的进行的程度的密度或结晶化焓ΔHc作为指标，并对延伸程度和金属模温度的设定进行调整，由此，通过延伸和提高金属模温度两个要件，无需如以往那样需要红外线加热器等进行的热结晶化处理工序，能够与二轴延伸吹塑成形同时地、以高的生产效率进行口筒部的结晶化从而赋予耐热性。
附图说明
图1是表示本发明的合成树脂制瓶体的一个实施例的主视图。
图2是表示图1的瓶体的中间成形品的一例的主视图。
图3是表示金属模温度和口筒部的密度、结晶化焓(Crystallization enthalpy)或尺寸变化率的关系的表1。
图4是表示DSC测定的例的曲线图。
具体实施方式
以下，根据实施例并参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的合成树脂制瓶体的一个实施例的主视图，另外，图2是表示图1的瓶体的前身即中间成形品的一例的主视图。
该瓶体1是PET树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的瓶体，具有广口的口筒部2、肩部3、瓶身部4以及底部5，在瓶身部4上配设有五条用于提高周壁的刚性及压曲强度的周槽肋6。
该瓶体1的主要的尺寸和容量如下。
口筒部外径为59.61mm，口筒部平均壁厚为1.05mm，瓶身部外径为90.5mm，瓶身部平均壁厚为0.43mm，全高为147.76mm，容量为725ml。
下面，对本发明的制造方法的一个实施例即上述瓶体1的制造方法进行说明。
首先，本发明的制造方法的概要如下，图2中，对预成形坯21进行二轴延伸吹塑成形而成形中间成形品11，以双点划线描绘了该预成形坯21的从瓶身部24到底部25的部分，然后，将位于该中间成形品11的上部的切除部C切除从而制造瓶体1。本发明的制造方法的特征在于：使口筒部2在延伸工序中与瓶身部4一起纵横地延伸成形，并且，将形成该口筒部2的金属模部分的温度设定得较高，通过这两个特征，能够充分地进行口筒部2的结晶化。
这里，预成形坯21利用以往普遍使用的预成形坯，整体为试管状，具有：上部配设有螺条22b且下部配设有颈环(neck ring)22e的口部22、圆筒状的瓶身部24、以及半球壳状的底部25。该预成形坯21的主要尺寸等如下。
瓶身部平均壁厚为4.2mm，瓶身部外径为33mm，颈部下高度为97mm。
中间成形品11形成为将成为最终成形品的瓶体1部分和被切除的切除部分C一体连结而成的形状，在预成形坯21的口部22的正下方具有通过二轴延伸吹塑成形对预成形坯21的瓶身部24的上端部进行扩径而形成的锥筒状的延伸连结部13，该延伸连结部13将预成形坯21的口部22和瓶体1的口筒部2一体连结。
另外，在该延伸连结部13的下端部形成有引导周槽14，以便能够顺畅地实施切除部分C的切除。
另外，能够通过锥筒状的延伸连结部13顺畅地实现口筒部2的扩径状的延伸。
而且，瓶体1部分的口筒部2是在二轴延伸吹塑工序中与瓶身部4一同纵横地延伸的部分，本实施例中的纵×横的延伸倍率的值为4倍左右。而瓶身部4的延伸倍率为6倍左右。
另外，在本实施例中的二轴延伸吹塑成形的主要的成形条件中，使预成形坯11的预热温度为120℃，使形成瓶身部4、底部5的部分的平均的金属模温度为130℃。
而且，图3的表1中示出了使形成瓶体1的口筒部2的部分的金属模温度分别为110℃、118.5℃、135℃、149℃、167℃时、对口筒部2的物理性质(平均密度、高温化下的尺寸变化率、结晶化焓|ΔHc|/熔解焓ΔHm)进行测定的结果。
这里，各物理性质的测定条件如下。
(1)关于密度，从口筒部2的唇部2a、螺纹部2b、加强筋下部2d、颈环部2e(参照图1)的各处取样(sampling)，并按照JISK7112的测定方法测定密度，并算出平均值。
(2)结晶化焓ΔHc及熔解焓ΔHm与密度同样地，从口筒部2的各处取样并置于试料盘，以一定速度(10℃/分钟钟)使其从20℃升温至300℃，根据显现在大致80～180℃的温度范围的伴随结晶化的发热峰值的面积求出ΔHc，根据显现在大致170～260℃的温度范围的伴随熔解的吸热峰值的面积求出ΔHm，并算出平均值。
(3)关于高温化下的尺寸变化率，假设高温充填工序并实施向瓶体内填充90℃的水的耐热试验，在口筒部2的唇部2a、螺纹部2b、加强筋下部2d、颈环部2e的各处对该充填前后的外径的变化率进行测定，并算出平均值。
这里，对上述口筒部的外径的变化率和基于盖体的密封性的关系进行研究，为了发挥作为耐热口筒部的性能，需要使尺寸变化率不足0.25％，进一步地，通过使该尺寸变化率为0.2％以下，能够更可靠地发挥密封性。
另外，图4是表示DSC测定的例的曲线图，A表示从图3的表1的金属模温度118.5℃的口筒部1抽取的样本的测定结果，B表示从金属模温度149℃的口筒部1抽取的样本的测定结果。
观察测定结果A，若从20℃以一定速度(10℃/分钟钟)进行升温，则从80℃附近开始结晶化，在150℃附近该峰值结束。而且，若持续升温，则从190℃附近开始结晶的熔解，在260℃附近该峰值结束。而且，根据上述峰值的面积(图中阴影所示部分的面积)能够算出结晶化焓ΔHc及熔解焓ΔHm。
另一方面，在使金属模温度为149℃的样本中，由于已经充分进行了结晶化，因此在测定结果B中没有出现发热峰值。
此外，结晶化焓ΔHc是根据发热峰值而得到的，通常用负数记载，但作为结晶化的进行的指标，本发明中使用绝对值即|ΔHc|。
另外，在135℃、149℃时，由于在本次的DSC测定条件中发热峰值没有出现，所以表1中的测定结果表示为0。此外，由于该原因，对于167℃的样本省略DSC测定。
下面，根据图3的表1可知以下内容。
(1)在110℃～167℃的范围内，若提高金属模温度，则密度变大，口筒部的尺寸变化率变小。
(2)在110℃～149℃的范围内，若提高金属模温度，则|ΔHc|变小，口筒部的尺寸变化率变小。
(3)如上述那样，从保持基于盖体的密封性的观点出发，口筒部2的外径的尺寸变化率不足0.25％的条件成为耐热性的基准，根据该基准使密度为1.368g/cm3以上，另外使|ΔHc|/ΔHm小于0.1也成为耐热性口筒部的基准。
(4)另外，在口筒部的延伸倍率如本实施例这样为4倍左右的情况下，通过使金属模温度为135℃以上，能够实现上述基准。
以上，根据实施例对本发明的结构及其作用效果进行了说明，但本发明的实施方式不限于上述实施例。
例如在上述实施例中，对容量为725ml的圆形瓶体进行了说明，但还能够适用于棱形瓶体、另外还能够适用于更小型或更大型的瓶体。
另外，在上述实施例中，对PET树脂制的瓶体进行了说明，但如前述那样，但在不损害PET树脂的本质的范围内，还能够适用于共聚或混合了其他成分的PET类树脂。
另外，图2所示的切除部分C的形状，还可以考虑预成形坯的生产效率、切除所使用的设备及生产效率而形成为适当的形状。
工业实用性
如以上说明的那样，本发明的通过二轴延伸吹塑成形而形成的PET树脂类的瓶体，能够抑制材料成本的增加以及生产效率的降低，并实现广口的耐热口筒部，期待向需要高温充填的用途等的广泛应用的展开。
附图标记的说明
1：瓶体
2：口筒部
2a：唇部
2b：螺纹部
2c：加强筋部
2d：加强筋下部
2e：颈环
3：肩部
4：瓶身部
5：底部
6：周槽肋
11：中间成形品
13：延伸连结部
14：引导周槽
21：预成形坯
22：口部
22b：螺条
22e：颈环
24：瓶身部
25：底部
C：切除部分

Claims (8)

1.一种合成树脂制瓶体，是聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体，其特征在于，口筒部与瓶身部同样地通过所述二轴延伸吹塑成形的延伸工序对试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成，通过所述延伸和将金属模温度设定为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，使所述口筒部的密度为1.368g/cm3以上。
2.如权利要求1所述的合成树脂制瓶体，其特征在于，使口筒部的密度为1.370g/cm3以上。
3.一种合成树脂制瓶体，是聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体，其特征在于，口筒部与瓶身部同样地通过所述二轴延伸吹塑成形的延伸工序对试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成，通过所述延伸和将金属模温度设定为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，使根据所述口筒部的差示扫描热量测定法(DSC)的定速升温测定中的伴随结晶化的发热峰值算出的结晶化焓ΔHc的绝对值、与根据伴随熔解的吸热峰值算出的熔解焓ΔHm的比率(|ΔHc|/ΔHm)小于0.1。
4.如权利要求1、2或3所述的合成树脂制瓶体，其特征在于，使口筒部的平均壁厚为0.6～1.8mm的范围。
5.一种合成树脂制瓶体的制造方法，是聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体的制造方法，其特征在于：使用试管状的预成形坯，并将吹塑成形金属模中的形成所述瓶体的口筒部的部分的金属模温度设定为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，与瓶身部同样地，通过二轴延伸吹塑成形的延伸工序对预热的试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成口筒部，对所述口筒部的延伸倍率和金属模温度的设定进行调整，使得作为口筒部的结晶化的进行程度的指标的密度为规定的值以上。
6.一种合成树脂制瓶体的制造方法，是聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂制的通过二轴延伸吹塑成形而形成的合成树脂制瓶体的制造方法，其特征在于：使用试管状的预成形坯，并将吹塑成形金属模的形成所述瓶体的口筒部的部分的金属模温度设定为所述聚对苯二甲酸乙二醇酯类树脂的热结晶化温度区域的规定的温度，与瓶身部同样地，通过二轴延伸吹塑成形的延伸工序对预热的试管状的预成形坯的直径进行扩径而形成口筒部，对所述口筒部的延伸倍率和金属模温度的设定进行调整，以使作为口筒部的结晶化的进行程度的指标的结晶化焓ΔHc的绝对值与熔解焓ΔHm的比率(|ΔHc|/ΔHm)不足规定值，其中，所述结晶化焓ΔHc是根据所述口筒部的差示扫描热量测定法(DSC)的定速升温测定中的伴随结晶化的发热峰值算出的，所述熔解焓ΔHm是根据伴随熔解的吸热峰值算出的。
7.如权利要求5或6所述的合成树脂制瓶体的制造方法，其特征在于，将形成口筒部的部分的金属模温度设定为135℃以上的温度。
8.如权利要求5、6或7所述的合成树脂制瓶体的制造方法，其特征在于，将预成形坯形成为具有口部的形状，该口部在圆筒状的瓶身部的上端部配设有颈环，利用该口部将预成形坯固定在金属模内，对所述预成形坯的瓶身部进行二轴延伸，从而形成瓶体的口筒部、肩部、瓶身部以及底部，然后，将包含一体连结在瓶体的口筒部的上端面的上方的所述预成形坯的口部的部分切除。
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