DE3121421C2

DE3121421C2 -

Info

Publication number: DE3121421C2
Application number: DE3121421A
Authority: DE
Inventors: Torsten Claes Loeddekoepinge Se Nilsson
Original assignee: PLM AB
Current assignee: Rexam AB
Priority date: 1980-05-29
Filing date: 1981-05-29
Publication date: 1990-08-09
Also published as: FR2483314A1; CA1181556A; BE888998A; CH653609A5; DE3121421A1; US4381277A; FR2483314B1; AT381902B; GB2076732B; NL8102557A; GB2076732A; ATA241381A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einer Schicht aus Abschirmwerkstoff versehenen Behälters aus einem Roh ling aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyäthylen terephthalat, bei dem die Abschirmschicht auf einen Vorformling aus dem Kunststoff aufgebracht, der Formling axial gestreckt und zu dem Behälter umgeformt wird.

Es ist bekannt, Behälter aus thermoplastischen Kunststoffen herzustellen, die dem inneren Druck widerstehen können, der z. B. bei der Aufbewahrung von kohlesäurehaltigen Getränken, insbesondere Getränken wie Limonaden und Bier, auftritt. Bei Verwendung von z. B. Polyäthylenterephthalat, im weiteren PET genannt, ist es möglich, die Behälter mit relativ dünnen Wänden herzustellen.

Derart dünnwandige PET-Behälter besitzen jedoch im gewissen Ausmaß eine Gasdurchlässigkeit für z. B. Kohlendioxid. Sauerstoff aus der Umge bung, ebenso wie Licht, können ebenfalls die Wände durchdringen. Diese Umstände haben nachteilige Einwirkung auf den Geschmack des Behälterin halts.

In vielen Anwendungsfällen besteht deshalb häufig der Wunsch, daß der Behälter eine Abschirmschicht aufweist, die nur in geringem Ausmaß einen Durchlaß von Gasen oder Licht erlaubt. Es gibt eine Reihe bekannter, verschiedener Verfahren, Behälter mit solchen Schichten zu versehen. Beispiele hierfür sind die Auftragung einer Schutzschicht beim fertigen Behälter, die Koextrusion eines Werkstoffes, bei dem eine Schicht einen Schutzwerkstoff enthält, oder die Auftragung einer inneren oder äußeren Schutzschicht beim Vorformling.

Insbesondere bei der Technik gemäß der eingangs genannten Art, den Vorformling mit einer oder mehreren Schutzschichten zu versehen (DE-OS 27 17 307), treten Schwierigkeiten dadurch auf, daß jede Schutzschicht beim Umformen des Vorformlings in den Behälter stark an Dicke abnimmt. Wenn, wie bei PET, sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung z. B. eine Reckung um das Dreifache erfolgt, so wird die Dicke der Abschirmschicht auf ein Neuntel reduziert, wobei auch die Gefahr besteht, daß die Schicht aufreißt und nicht die ganze Behälteroberfläche gleichmäßig bedeckt, wenn sie ursprünglich zu dünn war.

Die Verwendung einer genügend dicken und zusammenhängenden Schutz schicht ist jedoch in vielen Anwendungsfällen notwendig, so daß eine Reihe von Verfahren entwickelt worden ist, bei denen eine Schutzschicht von erforderlicher Dicke vor Umformen des Vorformlings in den Behälter auf dem Vorformling aufgetragen wird. Bei einem dieser Verfahren wird die Schutzschicht mehrfach aufgetragen, z. B. durch wiederholtes Eintau chen mit evtl. dazwischenliegendem Trocknen, bei einem anderen Verfah ren ist die Flüssigkeit, in die der Vorformling eingetaucht wird, relativ zähflüssig, während bei einem weiteren Verfahren ein koagulierender Werkstoff und eine Wasserdispersion nach dem Trocknen ein geeignetes, filmbildendes Polymer bilden.

Eine häufig verwendete Schutzschicht (DE-OS 27 17 307) wird als Polyvinylidenchlorid (PVDC) in Wasser dispergiert aufgetragen. Nach dem Auftragen wird die Mischung bei relativ niedriger Temperatur getrocknet, um eine unerwünschte Hautbildung auf der Oberfläche der Mischung zu verhindern, die sonst das Trocknen erschweren würde, d. h. den Wasser abgang von der Schicht unterhalb der Oberfläche der Mischung. Wenn eine dicke Schutzschicht gefordert ist, erfolgt das Auftragen der Schutz schicht in mehreren Etappen, wobei jede neu hinzugekommene Schicht auf oben beschriebene Weise getrocknet wird.

Alle die bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß sie sehr langsam und aufwendig sind, so daß sie sich für die Massenproduktion von Behäl tern nicht eignen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung des Verfahrens, bei dem die Dicke der Abschirmschicht beim Auftragen auf den Behälterwerk stoff verringert werden kann, ohne daß die Gefahr des Zerreißens der Schicht beim Umformen zum Behälter besteht.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß das Aufbringen des Ab schirmwerkstoffs nach axialem Strecken des Vorformlings erfolgt.

Da der Vorformling beim PET bereits in der Axialrichtung um das ca. 3fache gestreckt ist, wird er und damit auch die Abschirmschicht bei der Umformung zum Behälter in der Dicke lediglich nur auf höchstes ca. ein Drittel reduziert.

Vor dem Umformen des Formlings in den fertigen Behälter wird der Werk stoff im Formling auf eine geeignete Formungstemperatur erwärmt. Gemäß der Erfindung läßt man in bestimmten Anwendungsbeispielen dieses Erwär men den Härtungsvorgang der aufgetragenen Abschirmschicht und das damit zusammenhängende Binden zwischen dem Werkstoff des gestreckten Vorformlings und dem Werkstoff, der die Abschirmschicht bildet, abschlie ßen. Die Dickenverminderung der Abschirmschicht des Vorformlings, die durch die Erfindung möglich ist, erleichtert ein derartiges Verfahren.

Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Patentansprüche.

So kann die Aufbringung der Abschirmschicht oder Abschirmschichten durch Eintauchen in eine Lösung erfolgen, die den Abschirmwerkstoff enthält. Die Abschirmschicht kann aber auch aufgespritzt oder mit anderen bekannten Verfahren aufgebracht werden. Das axiale Strecken des Vorformlings kann mittels eines Zielrings, aber auch durch ande re Mittel erfolgen.

Gemäß einer Ausführungsform entsteht der Vorformling durch Anbringen eines inneren Teilformlings in einem äußeren Teilvorformling, wobei der äußere Durchmesser des inneren Teilformlings nur in geringem Umfang unter dem inneren Durchmesser des äußeren Teilvorformlings liegt. Die Abschirmschicht wird auf der äußeren Oberflä che des inneren Teilformlings und/oder der inneren Oberfläche des äuße ren Teilvorformlings aufgetragen, bevor die beiden Teilvorformlinge zum zusammengesetzten Formling zusammengeführt werden.

Die Anwendung von einem Teilformling und einem Teilvorformling, die einen zusammengesetzten Formling bilden, bei dem die Abschirmschicht zwischen dem Teilformling und dem Teilvorformling liegt, erbringt u. a. die Vorteile, daß bei gefülltem Behälter der Inhalt nicht in direkte Berührung mit der Abschirmschicht des Behälters kommt und der Abschirmwerkstoff durch den Einschluß zwischen der äußeren und inneren Behälterwand keine Möglichkeit hat, sich von einer Behälterfläche zu lösen. Es hat sich gezeigt, daß insbesondere dann, wenn die Abschirmschicht als Beschichtung der äußeren Behälteroberfläche ausgeführt ist, bei Aufbe wahrung kohlensäurehaltiger Getränke Kohlendioxid die Behälterwand durchdringt, wodurch sich die Abschirmschicht von der Außenoberfläche der Behälterwand lösen kann. Der Einschluß zwischen den beiden Behäl terteilwänden, der durch Anwendung der Erfindung erzielt wird, verhin dert ein Lösen der Abschirmschicht von der Behälterwand.

Man kann erfindungsgemäß Teilformling und Teilvorformling mit Abschirmschichten versehen, wobei die eine Schicht das Durchdringen von Gasen und die andere das Durch dringen von Licht verhindern, oder wobei die eine Schicht das Durchdrin gen von Sauerstoff und die andere das Durchdringen von Kohlendioxid verhindern. Vorzugsweise wird hierbei die Sauerstoffabschirmschicht beim äußeren Teilvorformling aufgetragen.

Man kann erfindungsgemäß auch Teilformling oder Teilvorformling, und hierbei vorzugsweise den inneren Teilformling, mit zwei oder mehreren Abschirmschichten aufeinander ver sehen. Dadurch, daß die Abschirmschichten beim Erwärmen des zusammengesetzten Teilvorformlings und dessen anschließendem Um formen in den Behälter ein gutes Anliegen gegen und einen siche ren Einschluß zwischen den Werkstoffschichten erhalten, wird die Funktion der Abschirmschichten gewährleistet.

Erfindungsgemäß kann auch der axial gestreckte und mit der Abschirmschicht beschichtete Vorformling als ein Teilform ling verwendet werden, der zusammen mit einem oder mehreren Teilvorformlingen, bei denen noch keine axiale Streckung stattgefunden hat, den zusam mengesetzten Formling bildet. Die genannte Kombination findet insbesondere dann Anwendung, wenn einer oder einige der Teilvorformlinge aus einem Werkstoff bestehen, die nicht bei relativ niedriger Temperatur gestreckt werden können, d. h. Tem peraturen im oder unterhalb vom Bereich der Glasumwandlungsempera tur (TG). In manchen Fällen ist es notwendig, solchen Werkstoff zu verwenden, um eine Werkstoffschicht zu erhalten, die dem geformten Behälter die erforderlichen Eigenschaften in bezug auf Gasdurchläs sigkeit, Lichtdurchlässigkeit, Reaktion mit der Umgebungsatmosphäre oder im Behälter aufbewahrtem Füllgut usw. zu verleihen, und die nicht allein durch Auftragen einer Abschirmschicht auf den Oberflä chen der jeweiligen Teilformlinge oder Teilvorformlinge erzielt wer den können.

Es besteht auch die Möglichkeit, die äußere Oberfläche eines der inneren Teilformlinge oder Teilvorformlinge mit einem Aufdruck und/oder Dekor zu ver sehen. Die Gestaltung des Aufdruckes und/oder des Dekors wird hierbei auf die Streckung des Werkstoffes abgestimmt, die beim an schließenden Umformen des Formlings in den Behälter stattfindet.

Vorzugsweise wird der Werk stoff im Teilformling bzw. in den Teilvorformlingen in axialer Richtung bei einer Temperatur in der Nähe von oder in dem Bereich der Glasumwand lungstemperatur (TG) gestreckt. Hierbei wird der Werkstoff durch ein mechanisches Verfahren gestreckt, bei dem die Vorform linge wenigstens einen Ziehring durchlaufen, der die Wanddicke der Vorformlinge und somit auch die äußeren Durchmesser der Vor formlinge reduziert. Ein derartiges Streckungsverfahren ist in dem schwedischen Patentantrag 80 04 003-3 beschrieben. Durch die mechanische Orientierung läßt sich somit einfach ein Außendurchmes ser bei dem inneren Teilformling erzielen, der exakt auf den In nendurchmesser des äußeren Teilvorformlings abgestimmt ist, ebenso wie auf die Maßveränderungen, die sich durch das Auftragen der Ab schirmschicht bei den Teilformlingen und Teilvorformlingen ergeben.

In der Technik ist eine große Anzahl von Werkstoffen vom Typ Polyester oder Polyamid mit gleichartigen Eigenschaften bekannt. Die Erfindung ist als solche völlig oder teilweise auch für diese Werk stoffe anwendbar, wobei die Dickenreduktionen 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, Polycapro lactam, Polyhexamethylen-Sebacamid, Polyäthylen-2,6- und 1,5-Naphthalat, Polytetramethylen-1,2-Dioxybensoat und Copolymere von Äthylentereph thalat, Äthylenisophthalat und andere, ähnliche Polymere.

Eine Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der Zeichnung. Es zeigt

Abb. 1 einen Längsschnitt durch einen Vorformling,

Abb. 2a einen Längsschnitt durch einen axial gestreck ten Vorformling mit einer äußeren Abschirmschicht,

Abb. 2b einen Längsschnitt durch einen axial gestreck ten Vorformling mit einer inneren Abschirm schicht,

Abb. 3a, b einen Längsschnitt durch Vorformlinge, die für anschließendes axiales Strecken vor gesehen sind,

Abb. 3c, d einen Längsschnitt durch axial gestreckte Teilform linge bzw. Teilvorformlinge mit äußerer Abschirmschicht (Abb. 3c) und innerer Abschirmschicht (Abb. 3d),

Abb. 3e einen Längsschnitt durch einen aus Teilformling und Teilvorformling gemäß Abb. 3c, d zusammen gesetzten Formling,

Abb. 3f eine Teilvergrößerung des Bereiches A in Abb. 3e.

In den Abb. 1-2 erkennt man einen Rohling, der nach axialem Strecken einen axial gestreckten Vorformling 11 a oder einen axial ge streckten Vorformling 11 b mit einem Bodenteil aus ungestrecktem Werk stoff gebildet hat. Der Werkstoff im Rohling 10 ist amorph. Für das Umformen des Rohlings in den axial gestreckten Vorformling 11 wird der zylindrische Teil des Rohlings durch ein Streckungsver fahren bei gleichzeitigem Vermindern der Wanddicke verlängert. Dies erfolgt dadurch, daß der Rohling 10 einen oder mehrere Ziehringe durchläuft, deren innerer Durchmesser den Durch messer des Rohlings vor dem Durchlaufen unterschreitet.

Um den axial gestreckten Vorformling gemäß Abb. 2a auszubilden, wird das genannte Streckungsverfahren dadurch ergänzt, daß auch der Werkstoff im Bodenteil des Vorformlings gestreckt wird. In Abb. 2b ist der gestreckte Vorformling mit einer inneren Abschirmschicht 12 b beschichtet, während in Abb. 2a der gestreckte Vorformling mit einer äußeren Abschirmschicht 12 a beschichtet ist.

In den Abb. 3a-f ist eine Ausführungsform dar gestellt, bei der zwei Rohlinge 10 a bzw. 10 b so aufeinander abgestimmt sind, daß sie nach axialer Streckung die ge streckten Vorformlinge 13 a, b von solcher Abmessung bilden, daß diese ineinanderpassen. Nach Einführen des kleineren Vorformlings (Teilform ling 13 a) in den größeren Vorformling (Teilvorformling 13 b) bilden die beiden einen zusammengesetzten Formling 15. Der kleinere Teilformling 13 a ist in den Abbildungen mit einer äußeren Abschirmschicht 14 a und der größere Teilvorformling 13 b mit einer inneren Abschirmschicht 14 b versehen. Auf diese Weise entsteht bei dem zusammengesetzten Formling im Übergang zwischen den Teilformling und Teilvorformling ein Bereich, der aus den beiden Abschirmschichten 14 a, b besteht. In Abb. 3f sind die Abschirmschichten mit übertriebener Dicke dar gestellt.

Der Werkstoff in Teilformling 11 a und Teilvorformling 11 b bzw. im zusammengesetz ten Formling 15 wird auf die Formungstemperatur erwärmt, wonach der Formling in den Behälter umgeformt wird. Es ist selbstverständlich möglich, vor Umformen des jeweiligen Form lings in den Behälter den Mündungsteil des Formlings 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.

Bei der Herstellung eines axial gestreckten Vorformlings (11, 13, 15) aus PET geht man von einem rohrförmigen Rohling (10) aus. Die Kristallisation des Werkstoffes ist weniger als 10% und vorzugs weise als 5%. In einem oder mehreren aufeinanderfolgenden Vor gängen wird die Werkstoffdicke des Rohlings auf ca. ¹/₃ der ur sprünglichen Dicke reduziert. Die Reduktion erfolgt entweder über die gesamte Länge des Vorformlings oder in einem oder mehreren Ab schnitten des Vorformlings. Ein Ziehring wird hierbei verwendet, dessen innerer Umfang auf den äußeren Umfang des Rohlings auf solche Weise abgestimmt ist, daß der Ziehring beim Verschieben in Axialrichtung des Rohlings eine Reduktion der Werkstoffdicke be wirkt. Der Werkstoff hat hierbei unmittelbar vor der Reduktion der Dicke eine Temperatur, die unter den oder im Bereich der Glasumwand lungstemperatur (TG) liegt und vorzugsweise die Glasumwandlungstempe ratur mit maximal 15°C unterschreitet. Auch wenn sich die technische Wirkung bei einer wesentlich niedrigeren Temperatur einstellt, ist es von Vorteil, mit einer Ausgangstemperatur zu arbeiten, die in der Nähe der Glasumwandlungstemperatur (TG) liegt, z. B. 1 bis 3°C unter der Glasumwandlungstemperatur, da diese Aus gangstemperatur beim Werkstoff eine hohe Geschwindigkeit beim Ver schieben des Ziehrings ermöglicht. In gewissen Anwendungsbeispielen wirkt der Ziehring mit einem inneren Formungsorgan zusammen, daß im Inneren des Rohlings angeordnet wird, wobei das innere Formungs organ eine äußere Begrenzung aufweist, die auf die innere Begren zungsfläche des Vorformlings angepaßt ist. Bei anderen Anwendungs beispielen wird lediglich das innere Formungsorgan verwendet. Beim Verschieben des Ziehrings und/oder inneren Formungsorgans in Axial richtung des Rohlings reduziert sich die Werkstoffdicke im Roh ling bei Kontakt mit dem Ziehring und/oder Formungsorgan. Während des Umformungsvorgangs bildet sich eine Übergangszone zwischen Werk stoff der ursprünglichen Dicke und Werkstoff der reduzierten Dicke, wobei sich diese Übergangszone nach und nach in Axialrichtung des Roh lings verschiebt. Der Werkstoff in der Übergangszone wird während des Umformungsvorgangs durch Wärmeableitung auf den Ziehring und/oder das im Inneren des rohrförmigen Rohlings angeordnete Organ bei einer Temperatur gehalten, die in der Nähe der Glasumwandlungstempera tur (TG) liegt. In gewissen Anwendungsfällen darf der Werkstoff in der Übergangszone jedoch eine Temperatur annehmen, die die Glasumwand lungstemperatur (TG) mit höchstens 30°C und vorzugsweise höchstens 15°C übersteigt. In gewissen Anwendungsfällen wird der Werkstoff im Bereich neben der Übergangszone unmittelbar nach Reduktion der Dicke des Werkstoffes auf eine Temperatur abgekühlt, die unter der Glas umwandlungstemperatur (TG) liegt.

Es wird ein axial gestreckter Vorformling (11, 13, 15) hergestellt, der Werkstoff aus in der Haupt sache monoaxialer Orientierung und von reduzierter Wanddicke auf weist, und bei dem, im Verhältnis zu dem entsprechenden Werkstoff beim Rohling, der äußere Umfang abgenommen und/oder der innere Umfang zugenommen hat.

Normalerweise darf die Kristallisation bei einem axial gestreckten Vorformling einen Höchstwert von ca. 30% annehmen. Vorzugsweise läßt man jedoch die Kristallisation einen Wert im Bereich 10-25% annehmen, wobei die durch die monoaxiale Orientierung aufgetretene Kristallisation maximal ca. 17% beträgt.

Obige Beschreibung basiert auf der Annahme, daß die Reduktion der Werkstoffdicke bis zum endgültigen Wert in einem einzigen Reduktions schritt erfolgt. Es kann jedoch auch mit einer Anzahl aufeinanderfolgender Reduktionsschritte die Werkstoffdicke vermindert werden, um in einem letzten Schritt die Werkstoffdicke beim PET auf ca. ¹/₃ der ursprünglichen zu bringen. Der Ziehring bzw. die Ziehringe bestehen hierbei aus einer Anzahl von Teilringen für die nacheinander stattfindende, schrittweise Reduktion der Werkstoffdicke. Die in diesem Absatz beschriebene Ausführungs form findet vorzugsweise dann Anwendung, wenn der Werkstoff des Rohlings große Wanddicke aufweist und/oder bei hohen Vorschubge schwindigkeiten der Ziehringe.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines mit wenigstens einer Schicht aus Abschirmwerkstoff versehenen Behälters aus einem Rohling aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise aus Polyäthylen terephthalat, bei dem die Abschirmschicht auf einen Vorformling aus dem Kunststoff aufgebracht, der Formling axial gestreckt und zu dem Behälter umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbrin gen des Abschirmwerkstoffes (12 a, 12 b, 14 a, 14 b) nach axialem Strec ken des Vorformlings (11 a, 11 b, 13 a, 13 b) erfolgt.

2. Verfahren gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen des Abschirmwerkstoffes (12 a, 12 b, 14 a, 14 b) durch Eintauchen des Vorformlings (11 a, 11 b, 13 a, 13 b) in eine Lösung oder in eine Dispersion, die den Abschirmwerkstoff enthält, erfolgt.

3. Verfahren gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abschließende Erhärten des Abschirmwerkstoffes (12 a, 12 b, 14 a, 14 b) bei dem Erwärmen des Formlings vor dem Umformen in den Behälter erfolgt.

4. Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß das axiale Strecken des Vorformlings (11 a, 11 b, 13 a, 13 b) mittels wenigstens eines Ziehrings erfolgt.

5. Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß der Formling aus einem beschichteten und axial ge streckten Teilformling (13 a) und zumindest einem Teilvorformling (13 b) zusammengesetzt ist.

6. Verfahren gemäß Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Teilvorformling (13 b) axial gestreckt und mit zumindest einer Abschirmschicht (14 b) versehen ist.

7. Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abschirmschicht (14 a, 14 b) von dem Teilformling (13 a) und dem Teilvorformling (13 b) umgeben angeordnet ist.