DE2953772C2 - Blow moulding PET containers with configured surfaces - by using a blank with a configured surface the configuration of which is retained during the blowing - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen blasgeformen Behälter, insb. eine Flasche, aus Polyäthylenterephthalat (PETP), der aus einem ver­ dickten Mündungsbereich, einem Zwischenbereich und einem Boden­ bereich besteht und an dem nach dem Blasformen eine Wärmestabili­ sierung von mindestens 150° vorgenommen wurde, durch die im Zu­ sammenhang mit der Dehnung eine Kristallisation bewirkt wird.

Ein blasgeformter Behälter dieser Gattung ist aus der US-PS 40 39 641 bekannt. Dieser Behälter wird in der Weise hergestellt, daß nach dem üblichen Blasformen mit biaxialer Orientierung der Moleküle der gesamte Behälter einem Wärmestabilisierungsvorgang unterzogen wird. Da der Behälter während des Blasformens im Mündungsbereich nicht und im Bodenbereich nur geringfügig ge­ dehnt wird, hat die Wärmestabilisierung zur Folge, daß im Mün­ dungs- und Bodenbereich wegen der mangelnden Orientierung der Moleküle sphärolithische Kristalle entstehen. Im Gegensatz zu der dehnungsbedingten Kristallisation führt diese sphärolithische Kristallisation zu einer vergleichsweise geringen Gasdichtheit wie auch zu einer Trübung des Materials. Die Gasdichtheit ließe sich zwar durch eine Verstärkung der Wanddicke erhöhen, was jedoch einen entsprechenden zusätzlichen Materialaufwand zur Folge hätte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen blasgeformten Behälter der eingangs angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß mit möglichst geringem Aufwand seine Gasdichtheit erhöht und der gesamte Behälter klarsichtig ausgebildet wird.

Diese Aufgabe wird bei einem blasgeformten Behälter mit den eingangs angegebenen Merkmalen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Wärmestabilisierung nur beim Zwischenbereich vorgenom­ men ist, so daß beim Mündungs- und Bodenbereich keine sphäro­ lithische Kristallisation vorhanden ist und diese Bereiche somit weitestgehend amorph sind.

Es war bereits grundsätzlich bekannt, daß Polyäthylenterephtha­ lat seine amorphen Eigenschaften beibehält, wenn es aus dem geschmolzenen Zustand ohne Dehnung möglichst rasch abgekühlt wird. Es ist dann klar und durchsichtig und auch etwas weniger spröde als im kristallisierten Zustand, vgl. z. B. DE-OS 25 40 930.

Durch die vorliegende Erfindung wird jedoch ein blasgeformter Behälter geschaffen, bei dem der Zwischenbereich durch das Recken und Wärmestabilisieren eine dehnungsbedingte kristalline Struktur besitzt, während der Mündungs- und Bodenbereich weit­ gehend amorph sind und allenfalls der Bodenbereich durch die geringfügige Dehnung beim Blasformen eine entsprechende dehnungs­ bedingte Kristallisierung erfährt. Wichtig ist jedoch, daß der gesamte Behälter keine sphärolithischen Kristalle enthält.

Wie sich gezeigt hat, wird durch die Erfindung die Gasdichtheit des Behälters im Mündungs- und Bodenbereich verbessert, so daß der erfindungsgemäß ausgebildete Behälter für die Aufnahme von kohlensäurehaltigen Getränken bestens geeignet ist. Außerdem wird durch die Erfindung erreicht, daß nicht nur der Zwischen­ bereich, sondern auch der Mündungs- und Bodenbereich des Behäl­ ters glasklar ist. Dennoch kann die Wandstärke im Zwischenbe­ reich so gering wie im Stand der Technik gemacht werden.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen

Fig. 1-3 das Blasformen eines Behälters aus einem Vorform­ ling;

Fig. 4 eine blasgeformte Flasche innerhalb einer geöffneten Blasform;

Fig. 5, 6 eine andere Möglichkeit zur Herstellung eines Behäl­ ters;

Fig. 7 einen Schnitt entlang der Linie 7-7 in Fig. 6.

Beschrieben wird die Wärmebehandlung eines blasgeformten Behälters, insbesondere einer Flasche, aus Polyäthylen­ terephthalat. Die Wärmebehandlung kann entweder in der Blasform selbst (Fig. 1-4) oder in einer separaten Matri­ zenform (Fig. 5-7) durchgeführt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1-4 wird der blasgeformte Behälter in den in Fig. 4 gezeigten Formteilen 12, 16 wärmebehandelt. Die Formteile 12, 16 schließen vier thermisch isolierte Abschnitte 12 A-12D bzw. 16 A-16 D ein. Die Abschnitte sind durch Isoliermaterial 13 A, 13 B, 13 C bzw. 17 A, 17 B, 17 C voneinander getrennt. Jeder Abschnitt der Formteile 12, 16 besitzt Mittel zur Wärmebehandlung der formgeblasenen Behälter in Form von Strömungsmittelkanälen 14 A-D und 18 A-D.

Die Abschnitte 12 A und 16 A umschließen denjenigen Teil des Formhohlraumes, in dem der Mündungsbereich des Behälters 25 gebildet wird. Der Zwischenbereich des Behälters 25, der den rohrförmigen Hauptteil der Flasche darstellt, wird in dem von den Abschnitten 12 B und 16 B umgebenen Teil des Formhohl­ raumes gebildet. Die Abschnitte 12 C und 16 C umschließen ein ringförmiges Endteil des Behälters 25, das den Zwischen­ bereich mit dem von den Abschnitten 12 D und 16 D gebildeten Bodenbereich einstückig verbindet.

Den Strömungsmittelkanälen 14 A und 18 A wird Kühlmittel zuge­ führt, um die Temperatur des Kunststoffs im Mündungsbereich herabzusetzen. Den Strömungsmittelkanälen 14 B, 14 C, 18 B und 18 C wird erwärmtes Strömungsmittel zugeführt, z. B. ein Hochtempera­ tur-Siliconöl, um die entsprechenden Bereiche des Behälters 25 wärmezustabilisieren. Den Kanälen 14 D und 18 D wird entweder erwärmtes oder gekühltes Strömungsmittel zugeführt, abhängig von der morphologischen Struktur des Kunststoffes in diesem Bereich des Behälters nach dem Blasformen.

Es wird nun auf die Fig. 1-3 Bezug genommen. In Fig. 1 ist ein Vorformling 10 auf einem Dorn 21 einer Blasdornanordnung 20 in einem von den Formteilen 12-16 umschlossenen Formhohlraum gezeigt. Vor Einbringen in die Blasform wird der Vorformling auf eine Temperatur gebracht, bei der eine Molekularorientie­ rung stattfindet. Ein Vorformling aus Polyäthylenterephthalat wird vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von etwa 75° bis 110°C erwärmt; die genaue Temperatur hängt von der Viskosität des Kunststoffes ab. Vor der Wärmebehandlung ist der thermoplastische Kunststoff im wesentlich amorph, d. h., er hat eine Kristallinität unter etwa 5%.

Der Vorformling 10 wird zunächst mittels eines axial bewegbaren Blasdornes 22 (Fig. 2) gereckt. Der Reckgrad bzw. die Reckge­ schwindigkeit wird so gewählt, daß sich eine Molekularorientie­ rung ergibt und die durch Dehnung bewirkte Kristallisation iniziiert wird. Der Reckgrad hängt von dem verwendeten thermo­ plastischen Kunststoff, der Temperatur des Kunststoffes, der gewünschten Kristallisation und dem Ausmaß der Molekularorien­ tierung ab. Zum Beispiel kann Polyäthylenterephthalat im Bereich von etwa 10 bis 500% pro Sekunde, vorzugsweise etwa 100% pro Sekunde gereckt werden. Das heißt, ein Vorformling einer Länge von 5,08 cm hat nach einer Sekunde eine Länge von 10,16 cm, wenn er mit einem Reckgrad von 100% pro Sekunde gerecht wird.

Um den Blasvorgang zu vervollständigen, wird das Blasmedium unter Druck in das Innere des Vorformlings über radiale Durch­ lässe 23 in de Blasdorn 22 eingeführt. Hierdurch erfolgt die biaxiale Orientierung der Moleküle.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1-3 wird der Behälter 25 für die Wärmestabilisierung in der Blasform gehalten. Infolge der Gestalt des Behälters 25 und der unterschiedlichen Dehnung des Kunststoffes während des Blasformens erhält der Kunst­ stoff in den verschiedenen Bereichen des Behälters 25 unter­ schiedliche morphologische Strukturen. Genauer gesagt, bleibt der Kunststoff im Mündungsbereich des Behälters 25 weitgehend amorph, und es wird allenfalls während der anfänglichen Wärme­ stabilisierung und des Blasformens, wenn überhaupt, nur wenig kristallisiert und molekular orientiert. Der Zwischenbereich des Behälters 25 weist den höheren Grad der molekularen Orientierung auf, weil dieser Bereich des Vorformlings mehr als irgendein anderer gereckt worden ist. Das ringförmige abgerundete Endteil des Behälters 25 dürfte etwas molekular orientiert sen, aber wahrscheinlich weniger als der Zwischen­ bereich. Der Bodenbereich erhält eine sehr geringe Molekül­ orientierung.

Der blasgeformte Behälter 25 wird nun unterschiedlich wärme­ stabilisiert, um die durch das Recken bewirkte Kristallisation im Zwischenbereich des Behälters 25 weiter zu verstärken, wäh­ rend die übrigen Behälterbereiche gekühlt werden, so daß die Entstehung von sphärolithischen Kristallen in diesen Teilen vermieden wird.

So wird bei dem Behälter 25 der Mündungsbereich durch in den Kanälen 14 A und 18 A umlaufendes Kühlmittel gekühlt, um den im wesentlichen amorphen Zustand des Kunststoffs in diesem Bereich aufrechtzuerhalten. Zur Wärmestabilisierung wird der Zwischen­ bereich des Behälters 25 auf eine Temperatur von etwa 150° bis 220°C gebracht Bevorzugt wird dieser Behälterbereich auf eine Temperatur von 180°C erwärmt, bei der die Kristallisations­ geschwindigkeit maximal ist. Das ringförmige, abgerundete End­ teil des Behälters 25 kann auf eine Temperatur von etwa 100° bis 200°C erwärmt werden, abhängig von der während des Reckens bewirkten molekularen Orientierung, wobei die niederen Tem­ peraturen dort zweckmäßig sind, wo der Behälter nicht merklich orientiert ist. Der Bodenbereich des Behälters 25 wird gekühlt, da dort allenfalls eine sehr geringe molekulare Orientierung stattgefunden ist.

Die Wärmebehandlungsdauer liegt zwischen etwa 10 s und 10 min, abhängig vornehmlich vom Ausmaß der Kristallisation. Vorzugs­ weise besitzt der Zwischenbereich des Behälters 25 eine Kri­ stallinität zwischen etwa 10% und 50%.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1-4 sollte der Blasdruck im Inneren des blasgeformten Behälters 25 aufrechterhalten bleiben, um ein Schrumpfen des Kunststoffes während der Wärme­ stabilisierung zu vermeiden und den Kunststoff in Anlage an der Wand des Formhohlraums zu halten. Nach der Wärmestabili­ sierung kann selbstverständlich in den Kanälen 14 B, 14 C, 18 B und 18 C Kühlmittel umlaufen, um, falls gewünscht, den Behälter 25 zu kühlen und sicherzustellen, daß der Kunststoff selbst­ tragend ist.

Die nach diesem Verfahren hergestellten Behälter sind weit­ gehend frei von sphärolithischen Kristallen, jedoch in den­ jenigen Bereichen kristallisiert, in denen eine starke moleku­ lare Orientierung stattgefunden hat, um eine dehnungbedingte Kristallisierung zu erzielen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 5-7 wird der Vor­ formling zunächst in einem von Formteilen 110 und 120 umschlos­ senen Formhohlraum blasgeformt. Die Formteile 110, 120 ent­ sprechen im wesentlichen den in Fig. 4 gezeigten, besitzen jedoch keine thermisch isolierten Bereiche.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird ein im wesentlichen amorpher thermoplastischer Vorformling zunächst bei einer Temperatur, bei der eine molekulare Orientierung begünstigt wird, thermisch konditioniert. Dann wird der Vorformling in den Formhohlraum eingebracht, worauf Blasmedium unter Druck in das Innere des Vorformlings eingeführt wird, um den Behälter blaszuformen. Anschließend wird der Vorformling in den Formteilen gekühlt, bis er selbsttragend ist.

Wenn der Vorformling ausreichend gekühlt ist, wird er auf einem Blasdorn 130 von der Blasformstation in eine Position zwischen zwei Formteile transportiert, die am Umfang eines drehbaren Turmes 140 angebracht sind. Diese Formteile sind mit den Be­ zugszeichen 141-148 (Fig. 6) versehen und sind vorzugsweise wie die in Fig. 4 gezeigten Formteile ausgebildet.

Nachdem der blasgeformte Behälter und der Blasdorn 130 in die in Fig. 7 gezeigte Position gebracht worden sind, werden die den Formhohlraum 141 umschließenden Formteile um den Behälter geschlossen, um die Wärmestabilisierung einzuleiten. Praktisch gleichzeitig hierzu werden die Formteile 148 geöffnet, um den bereits wärmestabilisierten Behälter ausstoßen zu können. Dann kann der den Formteilen 148 zugeordnete Blasdorn in die Blas­ form zurückgezogen werden, um den nächsten Vorformling zum Blasformen aufzunehmen. Anschließend wird der Drehtisch 140 im Uhrzeigersinn verstellt, so daß die Formteile 141 die Stellung einnehmen, die vorher die Formteile 142 einnahmen. Infolgedessen werden die Formteile 148 zu den Formteilen 110 und 120 ausgerichtet, um den nächsten blasgeformten Behälter aufzunehmen. Der Behälter in den Formteilen 141 wird dann wärmestabilisiert, wenn der Drehtisch 140 weitergeschaltet wird. Vorzugsweise wird Blasmedium unter Druck über den Blasdorn 130 in das Innere des blasgeformten Behälters während des Wärme­ stabilisierungsvorgangs zugeführt, um einer Materialschrumpfung entgegenzuwirken. Wie ersichtlich, läßt sich bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 5-7 eine größere Kristallinität dadurch erzielen, daß die Wärmebehandlungsdauer verlängert wird. Der Blasformtakt dagegen wird bei diesem Ausführungsbeispiel nicht verlängert, da der Blasformvorgang von der Wärmestabilisierung unabhängig ist.

Bei dem geschilderten Herstellungsverfahren entsteht ein Behäl­ ter, der aufgrund der dehnungbedingten Kristallisierung gegen­ über Kohlendioxyd undurchlässig ist. Die Wandstärke des Be­ hälters im Zwischenbereich kann daher vergleichsweise gering gemacht werden.

Claims (1)

1. Blasgeformter Behälter, insbesondere Flasche, aus Poly­ äthylenterephthalat (PETP), der aus einem verdickten Mündungsbereich, einem Zwischenbereich und einem Boden­ bereich besteht und an dem nach dem Blasformen eine Wärmestabilisierung von mindestens 150°C vorgenommen wurde, durch die im Zusammenhang mit der Dehnung eine Kristallisation bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestabilisierung nur beim Zwischenbereich vorgenommen ist, so daß bei Mündungs- und Bodenbereich keine sphärolithische Kristallisation vorhanden ist und diese Bereiche somit weitestgehend amorph sind.