CN111954593B - 生产热塑性材料容器的系统和工艺方法 - Google Patents

Abstract

一种用于生产热塑性材料瓶子(5)的系统(1)，该系统(1)依次包括：‑挤出机(10)；‑模制装置(20)，其用于生产预成型件；‑热调节装置(30)，其用于热调节预成型件；‑吹制装置(40)，其用于由预成型件生产瓶子(5)；‑脉冲光照射装置(50，55，60，70)；‑无菌灌装和封盖装置(80)。

Description

生产热塑性材料容器的系统和工艺方法

发明领域

本发明涉及一种用于生产热塑性材料容器(例如瓶子，特别是用于在无菌环境中包装的敏感性产品的瓶子)的系统，并且涉及一种用于生产这种容器的工艺方法。

发明背景

在包装领域，容器(例如用于在无菌环境中包装的敏感性产品的瓶子)的无菌性是一个至关重要的方面。这类产品的示例是食品、药品和化妆品。

由热塑性材料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))制成的容器通常通过过氧化氢(H₂O₂)或过氧乙酸(PAA)的溶液进行灭菌。

虽然它们是常用的，但这种灭菌方法有一系列缺点，包括：存在化合物残留物、处理时间相对较长、灭菌装置难以控制以及使用成本相对较高的耗材(特别是H₂O₂和PAA)。

此外，某些系统包括使用特定系统，该特定系统用于保持系统本身无菌。然而，这样的系统昂贵，难以生产，并且需要昂贵的养护。

EP2292550A1公开一种用于生产塑料瓶子的装置，并且US2016/193776A1公开了使用管道来利用无菌气体供应预成型件以防止它们的污染。

因此，需要改进对食品用的热塑性材料容器进行工业灭菌的方法。

发明概述

本发明的目的是提供一种系统，该系统允许优化用于食品、药品或化妆品的热塑性材料容器(例如瓶子，例如用于容纳需要无菌灌装的敏感性产品的PET瓶子)的杀菌、消毒或灭菌。

本发明的另一个目的是提供这样一种类型的系统，相对于现有技术，该系统允许以更简单且更有效且负担得起的方式实施杀菌、消毒或灭菌操作。

本发明的另一个目的是提供一种可以通过前述系统来实施的工艺方法。

通过提供一种用于生产塑料容器的系统，本发明实现了这些目的中的至少一个目的和从本说明书中将变得明显的其他目的，该系统依次包括：

-挤出机；

-模制装置，其用于生产预成型件；

-热调节装置，其用于热调节预成型件；

-吹塑装置，其用于由预成型件生产容器；

-脉冲光照射装置；

-无菌灌装和封盖装置，其用于对容器进行灌装和封盖。

有利的是，挤出机和前述装置是同一系统的部分，因此限定了生产线。特别地，挤出机和前述装置布置在相同的环境中，例如相同的仓库或工业建筑物内。换句话说，前述系统实质上是一个系统。

应当理解，用于转移容器的装置(例如，一个或更多个运输轮(transportwheels))不排除设置在一个或更多个装置之间。优选但非排他地，仅容器的转移装置(即预成型件和/或瓶子的转移装置)设置在一个或更多个装置之间。

脉冲光照射装置优选地仅布置在吹塑装置和无菌灌装和封盖装置之间。

特别地，优选地，用光(例如，脉冲光)照射的装置不设置成照射预成型件。特别地，优选地，这种脉冲光照射装置不布置在吹塑装置的上游。

根据一个方面，该系统有利地被配置成通过脉冲光对刚吹制的瓶子进行灭菌，所述瓶子源于预成型件，所述预成型件通过一系列装置在同一系统中制造，所述一系列装置依次地(优选地以直接顺序)执行以下步骤：挤出、注射和压缩、热调节和吹制。在灭菌后，瓶子被无菌灌装并封盖。所述步骤中的每个通常在相应的模块中执行，或者换句话说，通过相应的装置来实施。这些装置是同一系统的部分。这种装置优选地彼此连接，优选地彼此直接连接。

根据一个方面，本发明还提供了一种生产塑料容器的工艺方法，该工艺方法可以在如上所限定的系统中实施，该工艺方法包括以下步骤：

a)通过模制装置生产预成型件；

b)通过热调节装置对预成型件进行热调节；

c)通过吹塑装置由预成型件生产容器；

d)通过脉冲光照射装置照射容器；

e)通过无菌灌装和封盖装置用液体灌装并对容器进行封盖。

有利的是，用脉冲光照射允许对容器或容器的一部分进行杀菌、消毒或灭菌。为此，优选使用广谱光，该光通过一盏或更多盏灯(优选高强度放电(HID)类型的灯，举例来说，例如一盏或更多盏氙灯)的闪烁产生。

该系统的布局允许脉冲光照射被高效地且有效地用作杀菌、消毒或灭菌的手段。

特别地，通过提供布置在脉冲光照射装置上游的挤出机、模制装置、热调节装置和吹制装置，经受脉冲光照射的瓶子已经具有低水平的污染。事实上，由于塑料在挤出机和模制装置中达到的温度，塑料的污染水平非常低，并且不需要对预成型件使用进一步灭菌手段，并且也不需要用于避免预成型件污染的屏障。事实上，特别是由于挤出机中达到的温度，预成型件的污染水平是足够低的。

用于食品(如食用液体)的容器所需的必要无菌水平是通过对容器进行脉冲光照射来实现的。

此外，有利的是，无菌灌装和封盖装置布置在脉冲光照射装置的下游，优选地紧接在该照射装置的下游。因此，瓶子不会失去暴露于脉冲光下所获得的益处。

脉冲光照射装置优选包括并排放置的两个转移轮，这两个转移轮限定了相应的节圆。第一轮将瓶子转移到第二轮。瓶子遵循的路径包括拐点。这样的拐点在两个轮的节圆的切点处。在两个节圆处的切线附近(更具体地说，在拐点附近)瓶子所遵循的路径的延伸段可接近于基本上线性的延伸段。换句话说，瓶子大致沿着直线、沿着其路径的延伸段对齐。这种直线优选地在节圆直径处(可选地除了几毫米外)相对于相切线形成最佳角度。有利地，脉冲光照射设备被设置为相对于相切线以前述最佳角度布置。脉冲光照射设备具有至少一盏灯，该灯优选具有直的几何形状。脉冲光照射设备优选地布置在两个转移轮的上方，使得灯的纵向轴线相对于两个轮的节圆处的相切线以最佳角度布置，从而以直线最佳地与瓶子沿着两个轮的节圆的路径近似。

考虑到照射设备产生具有主要线性分量的光束的事实，可以理解这种布置的优点。因此，接近相切线的瓶子以最佳的且基本均匀的方式暴露于脉冲光。瓶子的受到照射的部分通常至少包括瓶子的颈部，特别是颈部的外部。

脉冲光照射设备，特别是其至少一盏灯，优选面向瓶子的颈部，优选仅面向瓶子的颈部。

脉冲光照射机器，也称为第二照射设备，优选设置在第二轮的下游。这种机器优选地包括多个脉冲光灯，这些脉冲光灯被构造成，特别是尺寸被构造成被插入瓶子中，以便照射瓶子的内部。这种机器优选地包括无菌上腔室和非无菌下腔室，瓶子的颈部被布置在无菌上腔室中，瓶子的在颈部环下方的部分被布置在非无菌下腔室中。无菌腔室和清洁腔室之间的分离允许瓶子的颈部被隔离，从而通过仅对容器的颈部和内表面进行灭菌就可以实现无菌包装。

从属权利要求描述了本发明的特定实施例。

附图简述

依据对用于生产热塑性材料容器的系统的特定但非排他的实施例的详细描述，本发明的另外的特征和优点将更加明显。还描述了可以通过这种类型的系统来实施的示例性工艺方法。

通过非限制性示例，参考也是通过非限制性示例给出的附图来提供该描述，在附图中：

图1示出了根据本发明的系统的布局的示意性平面图；

图2示出了图1中的细节的示意性视图；

图3示出了根据本发明的系统的实施例的示意性平面图。

在附图中的相同的参考数字表示相同的元件或部件。

发明的实施例的详细描述

参考附图，示出了用于生产由热塑性材料(例如PET)制成的容器的系统1。系统1依次包括：

-挤出机10；

-模制装置20，其用于生产预成型件；

-热调节装置30，其用于热调节预成型件；

-吹制装置40，其用于由预成型件生产瓶子5；

-脉冲光照射装置50、55、60、70，其用于照射瓶子5；

-无菌灌装和封盖装置80。

特别地，挤出机10和前述装置一个接一个地依次布置，从而限定生产线。

挤出机10可以是本身已知的类型，并因此其不再进一步描述。

模制装置20可以是注射、压缩或注射-压缩型的。模制装置20优选是旋转型的。

模制装置20优选为注射-压缩旋转型。模制装置20中的塑料优选处于250℃至300℃之间的温度，例如大约280℃。瓶子的预成型件通过模制装置20制成。

热调节装置30布置在模制装置20的下游，并用于热调节预成型件。预成型件优选地通过热调节装置30、通过加热装置进行加热，优选地加热到90℃至150℃之间的温度，例如大约130℃。热调节装置30优选为旋转型。

优选地，在模制装置20和热调节装置30之间设置一个或更多个转移装置，例如一个或更多个转移轮，用于将预成型件从模制装置20转移到热调节装置30。

吹制装置40布置在热调节装置30的下游，并用于由预成型件生产瓶子。预成型件通常经历拉伸-吹制过程。

进入吹制装置40的预成型件的污染水平通常(但不排他地)小于非无菌预成型件的1ppm。

优选地，在热调节装置30和吹制装置40之间设置一个或更多个转移装置，例如一个或更多个转移轮，用于将预成型件从热调节装置30转移到吹制装置40。

离开吹制装置40的预成型件的污染水平通常(但不排他地)在非无菌瓶子的100ppm至10,000ppm之间，例如为非无菌瓶子的约1000ppm。

脉冲光照射装置50、55、60、70布置在吹制装置40的下游。脉冲光照射装置50、55、60、70优选地直接地布置在吹制装置40的下游，没有提供中间处理装置，并且可选地在吹制装置和脉冲光照射装置之间仅提供转移装置。

脉冲光照射装置50、55、60、70用于对瓶子5进行杀菌、消毒或灭菌(在图2中示意性示出)。

脉冲光照射装置优选包括两个轮50、60或星形件，它们依次布置，适于运输瓶子5(图2)。

轮50、60布置成使得靠近吹制装置40的第一轮50适于将瓶子5转移到远离吹制装置的第二轮60。第一轮50和第二轮60限定了相应的节圆51、61。节圆51、61优选具有相同长度的直径，特别是相同长度的节圆直径。第一轮50的节圆51和第二轮60的节圆61在容器从第一轮50传递到第二轮60的点处相切。理想直线R是节圆51、61的切线，即这些圆的节圆直径的切线。特别地，直线R穿过节圆51、61之间的切点。

第一轮50和第二轮60被构造成在相互相反的方向上旋转，特别地遵循在节圆直径之间的两个轮的运动的往复滚动定律(law of reciprocal rolling)。例如，第一轮50被配置为在顺时针方向旋转，而第二轮60被配置为在逆时针方向旋转。轮50、60在其周边设置有多个保持装置，用于保持相应的瓶子5。因此，瓶子5可以与相应的轮一起旋转。瓶子5优选地布置成使得其颈部在相应的轮的上表面上方。瓶子5遵循的路径包括拐点，其对应于节圆51、61之间的切点。接近拐点的瓶子5所遵循的路径的延伸段接近于基本上线性的延伸段。由第一轮50运输的给定数量的瓶子5和由第二轮60运输的给定数量的瓶子5在直线上大致对齐，除了几毫米外，该直线相对于直线R具有最佳角度。包括拐点的路径的这一延伸段由第一轮50的一部分和第二轮60的一部分限定。

脉冲光照射设备55，也称为第一照射设备，设置在两个轮50、60上方，特别是在两个轮之间的转移区上方。脉冲光照射设备55包括至少一盏灯。脉冲光照射设备55，特别是该至少一盏灯，具有直的几何形状，即它限定了直的纵向轴线。脉冲光照射设备55布置在两个轮50、60的上方，从而以最佳方式照射瓶子5的颈部。

仅作为示例，可以使用脉冲光照射设备55，该脉冲光照射设备55包括一个或更多个管状灯，优选氙灯，其优选被配置成发射20kV电脉冲，优选持续时间为0.3ms。脉冲光照射设备55通常包括至少一个高强度放电类型(HID)的灯，优选一个或更多个氙灯，以及一个或更多个反射表面或反射器。优选有两盏灯。灯优选为圆柱形，具有比另外两个尺寸大的尺寸(优选大得多的尺寸)，以便限定相应的纵向轴线。灯的纵向轴线彼此平行。

脉冲光照射设备55优选布置成位于第一轮50的周边的一部分和第二轮60的周边的一部分处，优选在第一轮50的周边的一部分和第二轮60的周边的一部分上方。

脉冲光照射设备55优选地布置成使得灯或多个灯的纵向轴线X(图2)相对于前述直线R具有最佳角度，以便尽可能少地偏离瓶子的路径。纵向轴线X基本上与脉冲光照射设备55的纵向轴线重合或平行。

优选地，纵向轴线X与直线R形成角度α(阿尔法)，该角度等于在节圆51或61中内接的多边形的中心处的角度的一半，该多边形的边等于灯沿纵向轴线X的长度的一半。

以下是从多边形的等式中获得的：

α＝arcsin(灯的长度/(4x轮半径))，

其中“轮半径”是节圆51或61的半径，它们具有相同长度的节圆半径。

如果灯的长度与正多边形不兼容，该等式也是有效的。

相对于上面公开的计算的理论长度，灯的长度可以可选地延长，直到其纵向轴线与瓶子轨迹的偏差小于瓶子相对于切点旋转角度α(围绕运输瓶子的轮的轴线旋转)时出现的最大偏差：这样的偏差等于上述内接多边形的半径与边心距之间的差。

角度α优选在0和15°之间，即0<α<15°，或0≤α≤15°，例如，它等于或大约等于8°。

根据本描述，本领域技术人员可以理解如何根据两个轮50、60的旋转方向来布置脉冲光照射设备55。

例如，当轮50被配置为在顺时针方向旋转并且轮60被配置为在逆时针方向旋转时，纵向轴线X的角度系数优选为负。反之亦然，当轮50被配置成在逆时针方向旋转并且轮60被配置成在顺时针方向旋转时，纵向轴线X的角度系数优选为正。

仅作为非限制性示例，灯的长度等于大约254毫米。

灯面对轮50、60，并且特别是朝向瓶子5，优选朝向瓶子的颈部。脉冲光照射设备55优选被配置成使得灯以1至20Hz之间的闪烁频率发射波长在200至1100nm之间的光。

优选地，脉冲光照射设备55还包括支撑结构，灯容纳在该支撑结构中，并且脉冲光照射设备55设置有反射器。

脉冲光照射设备55优选布置成使得灯和待照射的瓶子5之间的距离小于50mm。

一般来说，两个轮50、60和脉冲光照射设备55优选地限定或者在任何情况下形成灭菌站的一部分，特别是用于对瓶子5的颈部进行灭菌。

脉冲光照射装置50、55、60、70优选但不排他地还包括脉冲光照射机器70，也称为第二照射设备，其布置在第二轮60的下游。脉冲光照射机器70被配置成照射瓶子5的内表面。一个或更多个转移装置，例如一个或更多个转移轮，优选地设置在第二轮60和脉冲光照射机器70之间，以将瓶子从第二轮60转移到脉冲光照射机器70。脉冲光照射机器70优选是旋转型的。

脉冲光照射机器70优选设置有适于发射脉冲光的多盏灯，例如氙灯。每盏灯被配置成插入相应的瓶子中。例如，每盏灯具有管状形状。对瓶子5的内壁的杀菌、消毒或灭菌是通过脉冲光照射机器70实现的。

脉冲光照射机器70优选包括两个腔室，其中有一个上腔室和一个下腔室。下腔室和上腔室通过设置有开口的挡板彼此分开。上腔室优选为无菌腔室，其相对于周围环境保持在5至40Pa之间的超压，例如等于约20Pa的超压。下腔室优选为非无菌腔室，其中产生0至30Pa之间的超压，例如等于约10Pa的超压。这种超压例如通过使用过滤器(例如HEPA过滤器)产生无菌空气的加压模块产生。

挡板两侧之间的压力差，即两个腔室之间的压力差，产生了从上腔室到下腔室的无菌空气流，该无菌空气流通过上述开口。这种无菌空气流产生动态屏障，以保护上腔室免受来自具有较低压力的腔室(即下腔室)的可能污染。

脉冲光照射机器70被配置成使得瓶子5被布置成颈部位于上腔室中并且主体的其余部分位于下腔室中。瓶子的支撑系统具有这样的几何形状和位置，使得当机器停止时和当机械设备旋转以运输瓶子时，该支撑系统是上腔室和下腔室之间的分离挡板的一体部分。

机器70的优点之一是脉冲光可以用于对灯的从机器70的盖子上方的非无菌区转移到下方的无菌腔室的部分进行灭菌，从而保持其无菌。

有利地，脉冲光照射装置50、55、60、70下游的瓶子5具有小于污染瓶子的1ppm的污染水平。

本身已知的无菌灌装和封盖装置80布置在脉冲光照射装置50、55、60、70的下游。特别地，当提供脉冲光照射机器70时，无菌灌装和封盖装置80布置在这种机器70的下游。无菌灌装和封盖装置80中的瓶子灌装有优选灭菌的产品。

一个或更多个转移装置，例如一个或更多个转移轮，优选地设置在脉冲光照射机器70和无菌灌装和封盖装置80之间，以将瓶子从脉冲光照射机器70转移到无菌灌装和封盖装置80。

上述系统1是适用于实施本发明的工艺方法的系统(包括其变型)的示例，该工艺方法将在下面描述。

总体上，本发明提供的工艺方法包括以下步骤：

a)通过挤出机10和模制装置20生产预成型件；

b)通过热调节装置30对预成型件进行热调节；

c)通过吹制装置40由预成型件生产瓶子5；

d)通过脉冲光照射装置50、55、60、70照射瓶子5；

e)通过无菌灌装和封盖装置80用液体或流体灌装并对瓶子5进行封盖。

优选地，步骤d)包括：

步骤d1)，其中通过脉冲光照射设备55照射瓶子5的至少一个颈部；并且可选地

步骤d2)，其在步骤d1)之后，其中每个瓶子5的内部通过相应的灯照射，该灯适于发射脉冲光并被配置成插入相应的瓶子5中。

在步骤d1)，至少瓶子5的颈部优选被至少一次闪光持续照射0.1至3ms，例如持续照射约0.3ms；

并且在步骤d2)，每个瓶子5的内部被至少一次闪光持续照射0.1至3ms，例如持续照射大约0.3ms；

在步骤b)中，预成型件优选达到100至150℃之间的温度，例如130℃。

Claims (9)

1.一种用于生产塑料容器的系统(1)，依次包括：

-挤出机(10)；

-模制装置(20)，其用于生产预成型件；

-热调节装置(30)，其用于热调节所述预成型件；

-吹塑装置(40)，其用于由所述预成型件生产容器(5)；

-无菌灌装和封盖装置(80)，其用于对所述容器进行灌装和封盖；

其中，所述系统(1)包括脉冲光照射装置(50，55，60，70)；

其中，所述挤出机(10)、所述模制装置(20)、所述热调节装置(30)、所述吹塑装置(40)、所述脉冲光照射装置(50，55，60，70)以及所述无菌灌装和封盖装置(80)一个接一个地依次布置，因此限定生产线；

其中，所述脉冲光照射装置(50，55，60，70)包括：

至少两个轮(50，60)，其适于运输瓶子(5)，依次布置，使得第一轮(50)适于将所述瓶子(5)转移到第二轮(60)；和

至少一个第一脉冲光照射设备(55)，其布置在所述第一轮(50)和所述第二轮(60)上方；

其中，所述至少一个第一脉冲光照射设备(55)包括限定纵向轴线(X)的至少一盏灯，

其中，所述第一轮(50)的节圆(51)和所述第二轮(60)的节圆(61)在切点相切，由此限定了与所述第一轮(50)的所述节圆(51)和所述第二轮(60)的所述节圆(61)相切的相切直线(R)，

并且其中，所述纵向轴线(X)与所述相切直线(R)形成的角度(α)在0至15°之间。

2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述第一轮(50)和所述第二轮(60)被配置成在相互相反的方向上旋转，由此所述瓶子(5)在所述第一轮(50)的旋转和所述第二轮(60)的旋转期间遵循一个路径，所述路径包括与所述第一轮(50)的节圆(51)和所述第二轮(60)的节圆(61)之间的切点重合的拐点。

3.根据权利要求2所述的系统(1)，其中，所述脉冲光照射装置(50，55，60，70)包括第二脉冲光照射设备(70)，所述第二脉冲光照射设备(70)布置在所述第二轮(60)的下游，并且设置有多盏灯，所述多盏灯适于发射脉冲光，其中每盏灯被配置成插入相应的瓶子(5)中。

4.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述第二脉冲光照射设备(70)包括上腔室和下腔室，所述上腔室适于接纳每个瓶子(5)的颈部，所述下腔室适于接纳每个瓶子(5)的位于所述瓶子的支撑环下方的部分。

5.一种用于生产塑料容器的工艺方法，所述工艺方法在根据前述权利要求中任一项所述的系统中实施，所述工艺方法包括以下步骤：

a)通过所述挤出机(10)和所述模制装置(20)生产预成型件；

b)通过热调节装置(30)对所述预成型件进行热调节；

c)通过吹塑装置(40)由所述预成型件生产容器(5)；

d)通过脉冲光照射装置(50，55，60，70)照射所述容器(5)；

e)通过无菌灌装和封盖装置(80)用液体灌装并对所述容器(5)进行封盖。

6.根据权利要求5所述的工艺方法，其中，所述步骤d)包括：

步骤d1)，其中至少所述容器(5)的颈部通过至少一个第一脉冲光照射设备(55)被照射。

7.根据权利要求6所述的工艺方法，其中，在步骤d1)中，至少所述容器(5)的颈部被持续0.1ms至1ms的至少一次闪光照射。

8.根据权利要求6或7所述的工艺方法，其中，在步骤d1)之后，提供步骤d2)，其中，每个容器(5)的内部通过相应的灯照射，所述相应的灯将脉冲光发射到相应的容器(5)中。

9.根据权利要求8所述的工艺方法，其中，在步骤d2)中，每个容器(5)的内部通过持续0.1ms至1ms的至少一次闪光照射。

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