DE3121420C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus einer Anzahl von Schichten bestehenden, einen Mündungsteil und einen verschlossenen Boden­ teil aufweisenden Vorformling zum Umformen in einen Behälter aus thermoplastischem Kunststoff.

Ein bekannter mehrschichtiger Behälter, der aus einem solchen bekannten Vorformling hergestellt ist (DE-OS 28 19 766) hat den Vorteil, daß er wenigstens teilweise aus wiederverwertbarem Kunststoff hergestellt werden kann, was zu Kosteneinsparungen führt und aus Umweltschutzgründen anzustreben ist. Obwohl dieser wiederverwertbare Kunststoff normalerweise verun­ reinigt ist, hat dies für die Verwendung des Behälters keine Nachteile, da zumindest eine Schicht des Vorformlings und des späteren Behälters aus frischem, reinem Kunststoff bestehen kann, das z. B. innen am Behälter angeordnet ist, um den Inhalt, z. B. Lebensmittel oder Getränke, mit vollständig reinem Kunststoff zu umschließen. Auch außen könnte eine solche Schicht vorgesehen sein, wenn der Behälter auch außen völlig aus reinem Kunststoff bestehen muß. Dieser bekannte Vorformling wird aus einem koextrudierten Rohr hergestellt, das in Stücke geschnitten wird. Dabei beste­ hen aber besondere Probleme beim Schließen des Bodenteils, da hier dafür gesorgt werden muß, daß der Bodenteil an der ge­ wünschten Stelle, also meistens innen, tatsächlich von dem nicht verunreinigten Bodenmaterial bedeckt ist.

Der bekannte Vorformling besteht zudem nach der Extrusion aus im wesentlichen amorphen Material, so daß der Rohling noch verhältnismäßig weich und leicht verformbar ist, was bei der Weiterverarbeitung oder der Zwischenlagerung der Rohlinge Schwierigkeiten mit sich bringen kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Roh­ lings, der einfacher gehandhabt, besser gelagert und besser weiterverarbeitet werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß der Vorformling aus getrennten, ineinanderpassenden Teilvorformlingen besteht, die jeweils einen Mündungsteil und einen verschlossenen Boden­ teil aufweisen, und daß der Kunststoff mindestens eines der Teilvorformlinge in axialer Richtung im wesentlichen auf die Länge des herzustellenden Behälters gestreckt ist.

Der Vorformling besteht aus zwei Teilvorformlingen, was zu­ nächst komplizierter erscheint, als die Herstellung aus einem koextrudierten Rohr. Der Vorteil ist aber, daß auf einfache Weise sichergestellt ist, daß sich an der gewünschten Oberflä­ che überall reines Kunststoffmaterial befindet. Weiter bestehen nicht beide Vorformlinge aus amorphem Material. Zumindest einer der Vorformlinge ist in axialer Richtung ungefähr auf die Länge des herzustellenden Behälters gestreckt, so daß die Kristalli­ nität dieses Teilvorformlings erhöht ist, was eine größere Stabilität nicht nur dieses Teilvorformlings, sondern des gesamten Vorformlings ergibt. Der Vorformling ist daher leichter zu behandeln und weiterzuverarbeiten.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil tritt auf, wenn der Behälter eine Beschichtung aufweisen soll. Eine solche Beschichtung kann vorgesehen sein, um bei unter Druck stehenden kohlensäurehal­ tigen Getränken das Entweichen von Kohlensäure zu verhindern. Eine solche Beschichtung kann auch das Eindringen von Sauer­ stoff in den Behälter verhindern oder aber einen Lichtschutz bilden. Dabei wird man die Beschichtung häufig nicht außen am Behälter vorsehen, da sie hier leicht beschädigt werden könnte oder bei innerem Überdruck Anlaß zu Blasen geben könnte. Wird die Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Behälters angeordnet, so kommt diese mit dem Inhalt des Behälters in Berührung, was aus verschiedenen Gründen häufig unerwünscht oder unzulässig ist. Man wird daher die Beschichtung häufig zwischen den Wänden der Teilvorformlinge vorsehen wollen. In diesem Fall muß die Beschichtung ganz offensichtlich vor dem Expandieren zu fertigen Behältern vorgenommen werden.

Beim Expandieren findet z. B. bei Polyethylenterephthalat eine dreifache Reckung in Axialrichtung und eine dreifache Reckung in Umfangsrichtung statt, damit man optimale Festigkeit erhält. Dies bedeutet eine neunfache Flächenvergrößerung, so daß die Beschichtung genügend dick gewählt werden muß, damit sie beim Expandieren nicht reißt. Dies bringt Probleme wegen des Trock­ nungsverhaltens sowie Kostenprobleme mit sich, da das Beschichtungsmaterial sehr teuer ist.

Sieht man nun aber erfindungsgemäß vor, den im Falle von Polyethylenterephthalat bereits dreifach axial gereckten Teil­ rohling zu beschichten, so findet nachher nur noch die Umfangs­ streckung auf das Dreifache statt, so daß die erwähnten Pro­ bleme nicht oder nicht in dem Maße auftreten, so daß man we­ niger Beschichtungsmaterial benötigt und die Arbeitsvorgänge schneller aufeinander folgen können.

Zweckmäßigerweise ist der gestreckte Teilvorformling so weit gestreckt, daß bei Verwendung von Polyethylenterephthalat oder von einem vergleichbaren Kunststoff für die Teilvorformlinge die Bereiche der Teilvorformlinge, die gestreckt und dadurch orientiert sind, eine Kristallinität von maximal ca. 30%, vorzugsweise 10-25% aufweisen, wobei die infolge des Streckens auftretende Kristallinität höchstens 17% beträgt.

Bei einer wahlweisen Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Teilvorformlinge mit einer Abschirmschicht versehen, wobei die eine Schicht das Durchdringen von Gasen und die andere das Durchdringen von Licht verhindert, oder wo die eine das Durchdringen von Sauerstoff und die andere das Durchdringen von Kohlendioxid verhindert. Hierbei wird die Sauerstoffsperr­ schicht vorzugsweise beim äußeren Teilvorformling angebracht.

Der eine Teilvorformling, und dabei vorzugsweise der innere Teilvorformling, kann mit zwei oder mehreren Abschirmschichten übereinander versehen sein. Dadurch, daß die Abschirmschichten beim Erwärmen und anschließenden Umformen des zusammengesetzten Vorformlings in den Behälter eine gute Anliegung gegen und einen sicheren Einschluß zwischen den Werkstoffschichten erhal­ ten, wird die Funktion der Abschirmschichten gewährleistet.

Es besteht auch die Möglichkeit, die äußere Oberfläche eines der inneren Teilvorformlinge mit einem Aufdruck und/oder Dekor zu versehen. Die Ausführung des Aufdruckes und/oder Dekors wird hierbei auf die Streckung des Werkstoffes angepaßt, die beim anschließenden Umformen des Vorformlings in dem Behälter statt­ findet.

Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird der Werkstoff im Vorformling bzw. in den Teilvorformlingen in axialer Richtung und bei einer Ausgangstemperatur im oder unter den Bereich der Glasumwandlungs­ temperatur (TG) des Werkstoffes gestreckt. Das Strecken des Werkstoffes erfolgt vorzugsweise durch ein mechanisches Verfahren, wobei die Vor­ formlinge einen oder mehrere Ziehringe durchlaufen, die die Wanddicke in den Vorformlingen und somit auch die äußeren Durchmesser der Vorform­ linge reduzieren. Ein derartiges Streckverfahren ist im schwedischen Patentantrag SE 80 04 003-3 beschrieben. Durch die mechanische Orien­ tierung läßt sich somit beim inneren Teilvorformling auf einfache Weise ein Außendurchmesser erhalten, der exakt auf den Innendurchmesser des äußeren Teilvorformlings auf die maßlichen Veränderungen, die die Auftragung der Abschirmschicht auf den Teilvorformling bedingt, an­ gepaßt werden kann.

Bei Anwendung der oben beschriebenen Teilvorformlinge zur Herstellung von Behältern wird der Werkstoff des zusammengesetzten Vorformlings auf die Formgebungstemperatur erwärmt, wonach das Umformen in den Behälter stattfindet. Es ist selbstverständlich möglich, vor dem Umformen des jeweiligen Vorformlings in einen Behälter den Mündungsteil des jeweili­ gen Vorformlings mit den erforderlichen Verschlußanordnungen für den zukünftigen Behälter, z. B. Gewinde, zu versehen. Auf gleiche Weise ist es möglich, von Vorformlingen auszugehen, die vor dem axialen Strecken mit solchen Verschlußanordnungen ausgeführt sind.

Im allgemeinen erfolgt das axiale Strecken der Vorformlinge auf die Weise, daß die Vorformlinge Ziehringe mit schrittweise abneh­ mendem Durchmesser durchlaufen. Die Erfindung kann selbstverständlich auch für solche Herstellungsprozesse Anwendung finden, wo das axiale Strecken der Vorformlinge durch andere Mittel erfolgt. Für die Aus­ führungsform der Erfindung, wo axial gestreckte Teilvorformlinge einen zusammengesetzten, axial gestreckten Vorformling bilden, gilt selbst­ verständlich die Forderung, daß die angewandten Streckverfahren Teil­ vorformlinge erbringen, die die Toleranzen aufweisen, die für ein In­ einanderpassen der Teilvorformlinge erforderlich sind.

Durch Anbringen der Abschirmschichten auf axial gestreckten Vorformlingen kommen die Abschirmschichten auf einer Oberfläche zu liegen, die für fertiggeformte Behälter gleicher Größe wesentlich größer ist als bei bisher angewandter Technik, wo ungestreckte Vorformlinge mit Abschirm­ schichten versehen wurden. Bei der Verwendung von z. B. PET wird in vielen Anwendungsfällen eine biaxiale Orientierung des Werkstoffes ange­ strebt, wobei der Werkstoff um das mindestens ca. 3fache in einer der Axialrichtungen gestreckt wird. Auf diese Weise erhält der Werkstoff u. a. die für den jeweiligen Fall erforderlichen mechanischen Eigenschaften. Ein Strecken des Werkstoffes um das 3fache in beiden Axialrichtungen führt mit sich, daß sich die Oberfläche des Vorformlings gegenüber der Oberfläche des Behälters ca. 1 : 9 verhält, was wiederum bedeutet, daß sich die Dicke einer auf dem Vorformling auf­ getragenen Abschirmschicht in gleichem Ausmaß vermindert. In gewissen Anwendungsfällen werden die erforderlichen Eigenschaften durch ein monoaxiales Strecken um das ca. 3fache und ein anschließendes, gerin­ geres Strecken in Querrichtung erreicht. Bei den Anwendungsfällen, wo soeben genannte Streckverhältnisse angewendet werden, führen gewisse Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit sich, daß sich die Abschirmschicht um das maximal 3fache vermindert, was wiederum den Vorteil erbringt, daß die Abschirmschicht beim Vorformling nicht gleich dick ausgeführt werden muß, wie bei Anwendung der bisher ange­ wandten Technik. Da das Auftragen dicker Abschirmschichten eine er­ schwerende Phase im Zusammenhang mit der Herstellung von Behältern darstellt, bedeutet die Erfindung eine wesentliche Vereinfachung des Herstellungsprozesses.

Insbesondere bei der Anwendung eines zusammengesetzten Vorformlings ist es bei gewissen Anwendungsbeispielen von Vorteil, das abschließende Aus­ härten der Abschirmschicht ebenso wie deren Anbindung an den Werkstoff des Teilvorformlings stattfinden zu lassen, nachdem die beiden Teilvor­ formlinge ineinander angeordnet worden sind. Dadurch, daß die Abschirm­ schichten erst nach Ineinanderfügen der beiden Teilvorformlinge und vorzugsweise im Zusammenhang mit dem Erwärmen des Vorformlings auf die Formungstemperatur des Werkstoffes aushärten, wird eine gute Anliegung der Abschirmschichten gegeneinander erzielt. Selbst wenn nur eine Abschirm­ schicht angewendet wird, erzielt man durch das genannte Verfahren ein gutes Anliegen gegen den Werkstoff in dem Teilvorformling, der keine Abschirmschicht aufweist.

Gemäß der Erfindung werden eine oder mehrere Abschirmschichten auf dem jeweiligen Vorformling durch Eintauchen in eine Lösung angebracht, die den Abschirmwerkstoff enthält. In wahlweisen Ausführungsformen wird der Abschirmwerkstoff an den Vorformling gespritzt. Der Gedanke der Erfindung umschließt selbstverständlich auch die Anwendung anderer Auftragverfahren.

Selbst wenn alle die im allgemeinen Teil der Beschreibung aufgegriffe­ nen Ausführungsformen der Erfindung nicht im einzelnen getrennt im An­ schluß an die Einzelbeschreibung beleuchtet worden sind, dürfte aus der Einzelbeschreibung eindeutig hervorgehen, daß sämtliche Ausführungsformen im Rahmen der Vorformlingsvarianten (zusammengesetzt aus Teilvorform­ lingen) liegen, die im Anschluß an Abb. 1-3 beschrieben worden sind.

Normalerweise darf die Kristallisation bei einem Teilvorformling aus Polyäthylenterephthalat einen Höchstwert von ca. 30% annehmen, wenn ein weiteres Umformen des Vorformlings stattfinden soll. Vorzugsweise läßt man jedoch die Kristallisation einen Wert im Bereich 10-25% annehmen, wobei die durch die monoaxiale Orientierung aufgetretene Kristallisation maximal bei ca. 17% beträgt.

Die Werte der Kristallisation, die in dieser Anmeldung angegeben sind, beziehen sich auf die Theorie, die in der Publikation "Die Makromolekulare Chemie" 176, 2459-2465 (1975) gezeigt ist.

Obige Beschreibung befaßt sich mit rohrförmigen Vorformlingen von kreis­ rundem Querschnitt. Selbstverständlich liegt es im Gedanken der Erfindung, auch mit rohrförmigen Vorformlingen anderer Querschnittsformen zu arbeiten.

In der Technik ist eine große Anzahl von Werkstoffen vom Typ Polyester oder Polyamid mit gleichartigen Eigenschaften wie Polyäthylenterephthalat bekannt. Die Erfindung ist als solche völlig oder teilweise auch für diese Werkstoffe anwendbar, wobei die Dickenreduktion und Temperaturen auf die spezifischen Bedingungen für den jeweiligen Werkstoff anzupassen sind. Beispiele für Werkstoffe, bei denen die Erfindung nach obiger Anpassung anwendbar ist, sind Polyhexamethylen-Adipamid, Polycaprolactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-1,2-Dioxybensoat und Copolymere von Äthylenterephthalat, Äthylenisophthalat und anere ähnliche Polymere.

Eine nähere Beschreibung der Erfindung erfolgt im Anschluß an eine Anzahl von Abbildungen, wobei

Abb. 1a, b einen Längsschnitt durch Teilvorformlinge zeigt,

Abb. 1c einen Längsschnitt durch einen aus den Teilvorform­ lingen gemäß Abb. 1a und 1b zusammengesetzten Vorformling zeigt,

Abb. 2a, b einen Längsschnitt durch axial gestreckte Teilvor­ formlinge zeigt,

Abb. 2c einen Längsschnitt durch einen aus den Teilvorform­ lingen gemäß Abb. 2a und 2b zusammengesetzten Vorformling zeigt,

Abb. 3a, b einen Längsschnitt durch mit einer Abschirmschicht versehene, axial gestreckte Teilvorformlinge zeigt,

Abb. 3c einen Längsschnitt durch einen aus den Teilvorform­ lingen gemäß Abb. 3a und 3b zusammengesetzten Vor­ formling zeigt,

Abb. 3d eine Vergrößerung des Bereiches A in Abb. 3c darstellt.

In Abb. 1a, b erkennt man einen Teilvorformling 10 a und einen Teilvor­ formling 10 b, jeder mit einem Mündungsteil 22 a, b und einem verschlos­ senen Bodenteil 25 a, b. Die beiden Teilvorformlinge sind nach einem beliebigen Verfahren hergestellt, beispielsweise durch Spritzgießen oder durch Extrusion. Im letzteren Fall wurde der verschlosse­ ne Bodenteil in einem gesonderten Formvorgang hergestellt.

In Abb. 1c ist dargestellt, wie die beiden Teilvorformlinge 10 a, b zu einem Vorformling 11 zusammengesetzt sind. Um dies zu ermöglichen, ist der innere Durchmesser des Teilvorformlings 10 b etwas gößer als der äußere Durchmesser des Teilvorformlings 10 a. Auf gleiche Weise sind die Längen der beiden Teilvorformlinge aufeinander abgestimmt. Die Abb. 1a-c sind in dieser Hinsicht maßlich nicht völlig korrekt.

In Abb. 2a, b erkennt man einen axial gestreckten Teilvorformling 16 a und einen axial gestreckten Teilvorformling 16 b. Der Teilvorformling 16 a ist so bemessen, daß er in den Teilvorformling 16 b paßt, und bei­ de Teilvorformlinge haben einen Mündungsteil 21 a, b und einen ver­ schlossenen Bodenteil 24 a, b.

Die beiden Teilvorformlinge 16 a, b entstehen durch Umformen von Teil­ vorformlingen, die in der Hauptsache aus amorphem Werkstoff bestehen. Die beiden vorher diskutierten Teilvorformlinge 10 a, b stellen Bei­ spiele für solche Teilvorformlinge dar. Beim Umformen verlängert sich der zylindrische Teil des Teilvorformlings durch ein Streckverfahren bei gleichzeitiger Verminderung der Wanddicke. Dies erfolgt vorzugsweise auf die Art, daß der Teilvorformling, z. B. einer der vorher diskutier­ ten Teilvorformlinge 10 a, b, einen oder mehrere Ziehringe durch­ läuft, deren innerer Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Teilvorformlings vor dem Durchlauf durch die Ziehringe. Um den axial gestreckten Teilvorformling gemäß Abb. 2 zu bilden, wird der genannte Streckvorgang durch ein Ausstrecken des Werkstoffes auch im Bodenteil des Teilvorformlings ergänzt.

In Abb. 2c ist gezeigt, wie die beiden Teilvorformlinge 16 a, b zu einem Vorformling 18 zusammengesetzt sind. Um dies zu ermöglichen, ist der innere Durchmesser des Teilvorformlings 16 b etwas größer als der äußere Durchmesser des Teilvorformlings 16 a. Auf gleiche Weise sind die Längen der beiden Teilvorformlinge aufeinander abgestimmt.

In Abb. 3a-d ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der zwei Teilvorformlinge nach auf oben beschriebene Weise durchgeführ­ ter axialer Streckung gestreckte Vorformlinge 13 a, b von solchen Ab­ messungen bilden, daß diese ineinander passen. Nach Einführen des kleineren Vorformlings 13 a in den größeren Vorformling 13 b bilden die beiden Vorformlinge einen zusammengesetzten Vorformling 15. Der kleine­ re Vorformling 13 a ist in den Abbildungen mit einer äußeren Abschirm­ schicht 14 a und der größere Vorformling 13 b mit einer inneren Ab­ schirmschicht 14 b versehen. Auf diese Weise entsteht bei dem zusammen­ gesetzten Vorformling im Übergang zwischen den beiden Teilvorformlingen ein Bereich, der aus den beiden Abschirmschichten 14 a, b besteht.

Claims (5)

1. Aus einer Anzahl von Schichten bestehender, einen Mündungs­ teil und einen verschlossenen Bodenteil aufweisender Vorformling zum Umformen in einen Behälter aus thermo­ plastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling (11, 15, 18) aus getrennten, ineinanderpas­ senden Teilvorformlingen (10, 13, 16) besteht, die jeweils einen Mündungsteil (20, 21, 22) und einen verschlossenen Bodenteil (23, 24, 25) aufweisen, und daß der Kunststoff mindestens eines der Teilvorformlinge (13 a, 13 b, 16 a, 16 b) in axialer Richtung im wesentlichen auf die Länge des herzustellenden Behälters gestreckt ist.

2. Vorformling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorformling (11, 15, 18) aus zwei der Teilvorformlinge besteht, wobei der äußere Teilvorformling (10 b, 13 b, 16 b) aus früher verwendetem und rückgewonnenem Kunststoff be­ steht.

3. Vorformling nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeich­ net durch mindestens eine Abschirmschicht (14 a, 14 b), die an der inneren oder an der äußeren Oberfläche wenigstens eines der Teilvorformlinge (13 a, 13 b) angeordnet ist.

4. Vorformling nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmschicht (14 a, 14 b) von dem Kunststoff der Teilvorformling umgeben ist.

5. Vorformling nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Polyethylen­ terephthalat oder von einem vergleichbaren Kunststoff für die Teilvorformlinge (13 a, 13 b, 16 a, 16 b) die Bereiche der Teilvorformlinge, die gestreckt und dadurch orientiert sind, eine Kristallinität von maximal ca. 30%, vorzugswei­ se von 10-25% aufweisen, wobei die infolge des Streckens auftretende Kristallinität höchstens 17% beträgt.