CN109153166B - 用于制备聚合材料的瓶的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于制备适合于在碳酸饮料的情况下使用的聚合材料的瓶的方法，包括以下步骤：将预成型体置于模具中；以及吹塑预成型体。该方法的特征在于使用大于16的总拉伸比。

Description

用于制备聚合材料的瓶的方法

技术领域

本发明涉及用于制备聚合材料的瓶的方法。

背景技术

在本说明书的其余部分，为了易于描述，将主要参照由诸如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的聚合材料制成的瓶，然而要理解的是：本发明的原理还可应用于其它类型的聚合材料。

用于饮料的瓶通常包括口部、颈部、肩部、主体和底部。

颈部指所述瓶的最窄部分。意欲封闭所述瓶的口部的盖子通常被旋紧或扣紧在所述颈部。

主体指所述瓶的通常最大的部分，其在其它实施方式中可具有基本不变或变化的横截面，例如圆形或方形形状。

肩部指适合于将所述颈部连接于所述主体的所述瓶的喇叭状部分。

底部指在关于所述口部相对末端处的部分，其具有用于所述瓶的支撑功能，确保当放置在表面上时其保持竖直位置。

如已知的，瓶的底部可基本上以两种方式制成：制备球形底部和施加聚合材料的分开的基底，或者产生瓶底部的特定几何形状，其允许获得用于所述瓶的支撑面。

关于具有分开的基底的瓶，所述基底可例如通过注塑诸如聚碳酸酯或ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)或类似物的热塑性材料制成。这些瓶可被认为是由瓶元件和分开的基底组成的复合瓶，所述瓶元件由颈部、肩部、瓶主体和底部组成，所述分开的基底具有在使用过程中支撑所述瓶元件的功能。所述基底意欲例如通过粘结、扣件，通过旋紧和类似的已知方式固定到所述瓶的底部。

这样一类基底包含具有面向上的(即面向相邻的瓶的底部的)凹形的中心凹部，其适合于容纳瓶的底部(其中边缘从瓶的底部周边向下延伸)，意欲搁置在支撑面上并确保瓶元件保持竖直位置，这与底部形状无关。

如果瓶被提供具有分开的基底，则瓶的底部可被制成具有任何形状，特别是具有半球形或圆形形状，以提高其结构强度而不需要布置加强肋。这样的方案例如描述在EP0612667中。

具有分开的基底的方案在过去被广泛使用，并且现在仍用于必须含有处于高压下的液体的容器。这种瓶通常的特征为相当大的壁厚，并且因此由于需要使用较大量的热塑性材料而是制备昂贵的。

在这类瓶中，实现的总拉伸比为至多15。要说明的是：总拉伸比指由下式代表的轴向拉伸比和径向拉伸比之间的乘积：

R_总＝R_径向·R_轴向

在具有分开的基底的瓶之后，开发了具有复杂的底部面的瓶，底部面适合于支撑瓶。这些瓶实际上具有较低的成本，这既因为它们是较轻的，又因为它们需要较少的用于它们的制备的步骤，与分开的基底耦合的步骤被消除了。

传统的方案由在底部布置肋所代表，肋也被称为花瓣。类似的底部因此被称为“花瓣状底部”。这样的肋通常依照径向方向布置。这类方案例如描述在US 3598270中。

花瓣基本上存在于关于底部的假想球面几何形状的外向区域中，从而获得瓶的支撑区域。

尽管这个方案被接收，然而其仍表现出一些问题，因为具有花瓣状底部的瓶的设计由于设计者必须考虑许多关键问题而是复杂的和有时是非常长的，关键问题例如气体含量、瓶的最终重量、待用的预成型体和树脂的类型、生产要求、使用的机器的类型、内含物类型、贮存类型、温度和气候条件等。

花瓣的成型实际上意味着不可避免地存在一些具有无定形非拉伸结构的瓶底部区域。这些区域具有较低的机械强度，并且特征为较小的柔韧性。另外，底部的其它区域，特别是与在花瓣的脊处的最大曲率点重合的那些区域，可能经历过度拉伸。这些区域(其颜色经常是白色的，损失了这些区域的透明性)构成了如下点，通过这些点可能存在与外部的气体交换，并且在这里可能发生底部的结构失败，因此损害了瓶自身的稳定性。

因此，具有花瓣状底部的瓶由于它们的性质而具有一系列问题和缺点。

设计者必须考虑的第一个问题是爆破强度。最大压力(超过该最大压力瓶可能爆裂)由许多参数调节，参数尤其是花瓣状的几何形状、无定形材料(即，用行话说，未拉伸的或未双轴取向的)的积聚、用于预成型体的材料的质量、使用的聚合材料的特性粘度、加热和吹塑条件。

高碳酸饮料的制造商在非常强烈地感受到这个问题：实际上，在容器内的压力越高，这个问题越严重，尤其在生产线中当填充瓶时。瓶的爆裂可能导致显著的生产损耗。另外，在其中温度可能较不受控制并且还可能达到高的值的贮存领域中也强烈感受到问题。

由灌瓶机强烈感受到的第二个问题是“应力开裂”现象。“应力开裂”意思是由于由在瓶中含有的液体和气体赋予的压力和由于内应力的发展(例如通过热或机械应力活化的)二者导致形成裂缝或裂纹。在底部的花瓣处的非拉伸无定形材料的积聚增加了可能在花瓣的基底处发展出裂纹和裂缝的可能性，导致产品损耗和对周围包装的损坏。

这种类型的问题例如通过设计特设的预成型体或增加所用聚合物的特性粘度而缓解。所有都具有加重的成本。

因此较不柔韧的非拉伸材料的积聚还可能导致瓶在掉落之后破裂。

因此，用于制备底部的材料的量起到根本性作用，因为其还是复杂工艺设置的基础，这限制了生产率，例如通过强加在两种不同压力值下的吹塑以及使用拉伸杆。然而，这限制了生产率。

材料的量对于瓶当含有碳酸饮料时(尤其在特定温度值下)的稳定性也是重要的。

另外，如果花瓣状没有被适当设计，并且尤其是如果其没有用合适量的材料制备，则底部的中心部分可能向外变形，从而造成在生产线中瓶的不稳定性。

此外，如果底部在陈列和销售架上变形，瓶可能处于不稳定状态，其在零售水平下具有明显的后果。

在含有碳酸液体的瓶中，要考虑的另一个方面是瓶可能经历的二氧化碳损失。通常，具有均匀厚度的瓶是可靠的，除了在较大双轴取向的点处，因此在厚度变得较薄的地方，例如花瓣的脊，可能存在其中材料被过度拉伸的区域，因此厚度是最小的并且可能发生二氧化碳的损失。

由于预成型体和花瓣状底部二者的工艺和几何形状限制，花瓣的脊(crest)可能具有比瓶的其余部分薄30-40％的厚度。这些点代表了二氧化碳逃逸的潜在泄漏点。

在吹塑机中，需要更严格的冷却以冷却花瓣状底部，其采用在机器的出口处的水流。由于需要越来越短的循环时间，具有花瓣状的底部的冷却变成一个甚至更关键的工艺步骤。

发明内容

因此，本发明的目的是解决上述现有技术的缺点。

本发明的第一个任务是提供一种瓶，其不受具有花瓣状底部的瓶的问题影响，特别地，其相对于现有技术瓶更不倾向于应力开裂、爆裂和外翻(extroversion)。

另外，本发明的任务是提供用于制备聚合材料的瓶的方法，该方法比现有技术的方法更加成本有效，同时允许显著简化目前具有多重复杂难题的方法，多重复杂难题包括考虑到所涉及压力，显著复杂的加压空气线路的布置。

这样的目的是通过本发明的用于制备聚合材料的瓶的方法实现，方法的定义形成了本说明书的完整部分。

附图说明

本发明的其它特征和优点从它的一些优选实施方式的说明中变得更显而易见，其在下文中通过仅参照如下附图的非限制性实施例做出，其中：

图1示出了可用于吹塑瓶的典型热塑性预成型体的侧视截面图；

图2示出了可从图1中的预成型体获得的具有花瓣状底部的传统瓶的侧视截面图；

图3示出了可通过本发明的方法从图1中的预成型体获得的具有凸出底部的瓶的侧视截面图。

具体实施方式

特别地，已经设计了制备适合于在碳酸饮料的情况下使用的聚合材料的瓶的方法，该方法包括以下步骤：

a)将预成型体置于模具中；

b)吹塑预成型体以形成具有朝向外侧的非花瓣状底部凸面的瓶，

其特征在于，在步骤b)中应用大于15的总拉伸比。

本发明的优点和特征从如下通过非限制性说明做出的一些实施方式实施例的详细描述中将显而易见。

根据本发明，用于制备适合于在碳酸饮料的情况下使用的聚合材料的瓶的方法因此包括以下步骤：

a)将预成型体置于模具中；和

b)吹塑预成型体以形成具有朝向外侧的非花瓣状底部凸面的瓶。

步骤(b)是借助于吹塑气体进行的。在某些实施方式中，吹塑气体具有不大于15巴或低于10巴的压力。在其它实施方式中，如果需要具有不同浮凸或凹陷的瓶的标志或部分，则吹塑压力可能被提高。

方法的特征在于使用大于15，优选大于16的总拉伸比。

更优选地，总拉伸比为16至23。

另外，已经看到特别有利的是在4至5.5的径向拉伸比的情况下使用3.5至4.5的轴向拉伸比。

根据一个可能的实施方式，特性粘度可以是0.78至0.84dL/g，优选约0.8dL/g。

根据ASTM D4603和ISO 1628-5标准测定特性粘度。这种测定是采用毛细管粘度计(例如Ubbelohde Type 1B)实施的，并且规定在约0.5g/dL浓度下和在约30.0±0.1℃的恒定温度下聚合物溶解在合适溶剂(60％苯酚/40％四氯乙烷)中，直到实现热平衡。使溶液通过毛细管粘度计，并记录流动时间。

用于吹塑的所制备的预成型体的温度可以是90℃至115℃。

在本发明的一个可能的实施方式中，模具可以被预热。

在本发明的一个实施方式中，在本发明的方法中使用的模具适合于获得具有由大体上半球形面组成的底部的瓶。

采用刚刚描述的方法特征，可使用2至15巴和优选低于10巴的吹塑压力。

为了获得具有朝向外侧的底部凸面的瓶，特别是具有半球形底部的瓶，使用具有明确设计用于此目的的预定义特征的预成型体也是重要的。

特别地，在浇口区域中，预成型体的厚度对将由其获得的瓶的底部的厚度的比例为8至14。有用的是本文中说明对于传统瓶，该比例为1.5至3。

通过将大于15，优选大于16的总拉伸比应用于如此设计的预成型体，可获得的瓶具有底部的所需抗拉强度，降低的应力开裂，在过压情况下较高的爆破强度等等。

采用这种方法获得的瓶具有底部的厚度的高均匀性，如在图3中示出的，其中仅在浇口的区域处可见稍微的增厚。相反，由相同的预成型体(图1)开始获得的在图2中示出的具有花瓣状底部的传统瓶具有厚度的显著变化，其导致上文列举的不利性质。

特别地，根据本发明的瓶的凸出底部的特征将优选在于0.1至0.4mm的平均厚度，而在具有传统类型的半球形底部的瓶中，在18g的相同重量的情况下，底部的厚度一般在0.18至2.5mm范围内。

在底部区域中的厚度的高均匀性允许根据本发明的瓶最大化机械特征，避免了材料的过度拉伸区域或积聚。另外，由于不存在过度拉伸区域，改进了气体不透过性。

证实了可用上文的方法获得的厚度的高均匀性的本发明的瓶的另一个特征是瓶底部的平均厚度对瓶主体的平均厚度的比例。这个参数(R_{底部/主体})优选为0.5至2。相反，在具有半球形底部的传统瓶中，这样的R_{底部/主体}为7至12。

根据本发明的瓶的这个有利特征允许减少使用的材料，因此降低瓶的成本，同时改进了其机械和物理性能。

根据本发明的瓶的进一步特征在于与相等重量的传统瓶相比更大的爆破强度。拉伸越大，双轴取向的PET膜的机械性能越好，并且因此爆破强度越大。

在如上所示的拉伸比的情况下，可在所形成的瓶整体中获得非常高的双轴取向值。高的双轴取向值允许获得高的机械特征，同时保持将二氧化碳保留在瓶内部的能力。这是因为较大水平的双轴取向允许降低瓶在压力下的膨胀性，和允许增加双轴取向的膜的结晶度值，并因此增加了对CO₂的阻挡。

如果使用具有0.78至0.84dL/g的特性粘度的聚合物制备的具有传统花瓣状基底的瓶具有17至23的总拉伸比值，则将获得具有极度不均匀厚度和难以形成底部的瓶。

在预成形体的重量和特性粘度相同的情况下，在具有传统底部的瓶中，无论其是球形或花瓣状，实际上获得的总拉伸比为8至14。

本发明的方法允许预成型体和容器的更简单的设计，因为消除了花瓣状底部的复杂性。

另外，还确保了方法的降低的复杂性，其由于例如使用高压而消除了结构复杂性。

尽管在过去制备了具有圆形底部的瓶，它们也不是在如本发明的总拉伸比下的情况下制备的，因为不需要降低用于预成型体的材料的重量。

根据本发明获得的瓶还示出了显著的热稳定性。特别地，在本发明的瓶的样品的热稳定性测试(在38℃下在4.2GV的情况下24小时)中，获得如下值：

-平均高度百分比变化

ο平均值1％

ο最小值0.88％

ο最大值1.1％

-平均肩部直径的百分比变化

ο平均值2.63％

ο最小值2.45％

ο最大值2.85％。

应注意，尺寸的通常接受的百分比变化为2.5％至3.5％。

使用如上文所示那些的拉伸比可达到的优点主要涉及由于在瓶的底部处可获得最大的双轴取向值导致的可获得的底部的机械特征。

另外，爆破强度被最大化，并且因此可以使用在例如特性粘度方面具有较低特征的聚合物。

关于花瓣状底部的进一步优点是消除了在被拉伸的无定形区域和非拉伸的无定形区域之间的过度区域，并且由于区域出现应力开裂现象，可能发生在填充和/或贮存步骤过程中通过爆裂导致的破坏或底部的外向。

实际上，在注入口区域中，即在瓶的底部的中心区域中，在具有花瓣状的瓶中，厚度关于在预成型体的相应点中的厚度被降低约三分之一，并且有时在那个点处的瓶的厚度几乎与预成型体的厚度相同，这是由于设备的工艺限制或由于预成型体或瓶的，特别是底部的不适当设计导致的。在采用本发明获得的瓶中，厚度被降低至少七倍，而且可能达到甚至二十的值，确保了高度令人满意的机械特征。

另外，也获得了关于具有圆形底部的传统瓶优点，因为使用这样的高的总拉伸比消除了在注入口周围的(即在瓶的底部的中心部分周围的)材料的积聚。

尽管根据本发明的瓶需要使用用于使其保持在竖直位置的基底，但这样的基底的额外成本是显著低的，不需要特别的材料和加工，并且根据本发明获得的成本和性能的优点远远超出了代价。

本领域技术人员可对上文描述的实施方式进行多种改变和/或用等价物替换的要素以符合具体需要，而这不背离所附权利要求的范围。

Claims (10)

1.用于制备适合于在碳酸饮料的情况下使用的聚合材料的瓶的方法，包括以下步骤：

a)将预成型体置于模具中；

b)吹塑所述预成型体以形成具有朝向外侧的非花瓣状底部凸面的瓶，

c)获得具有以下的所述具有朝向外侧的非花瓣状底部凸面的瓶：

-0.1与0.4mm之间的平均底部厚度；

-0.5与2之间的瓶底部的平均厚度与瓶主体的平均厚度之间的比R_{底部/主体}，

其特征在于，在步骤b)中应用大于15或大于16的总拉伸比。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述总拉伸比在16和23之间。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于特性粘度在0.78和0.84dL/g之间。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于提供用于所述吹塑的所述预成型体的温度在90℃与115℃之间。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于所述吹塑的压力在2与15巴之间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述吹塑的压力低于10巴。

7.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于获得的瓶具有由基本上半球形的面组成的底部。

8.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中轴向拉伸比在3.5与4.5之间且径向拉伸比在4与5.5之间。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其中在浇口区域中，所述预成型体的厚度和将由所述预成型体获得的瓶的底部的厚度之间的比例在8与14之间。

10.具有朝向外侧的非花瓣状底部凸面的聚合材料的瓶，其特征在于具有：

-0.1与0.4mm之间的平均底部厚度；

-0.5与2之间的瓶底部的平均厚度与瓶主体的平均厚度之间的比R_{底部/主体}。

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