-
TECHNISCHES
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Diese
Erfindung betrifft im allgemeinen Kunststoffbehälter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch
1 zum Halten einer Ware während
einer Pasteurisierung oder eines Retortenverfahrens und während eines
anschließenden
Transports und einer Verwendung. Insbesondere betrifft diese Erfindung Kunststoffbehälter, die
einen Aromaverlust von Waren innerhalb der Kunststoffbehälter minimieren.
Die
US 5,735,420 A offenbart
einen Behälter
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
HINTERGRUND
-
Vor
kurzem haben Hersteller von Polyethylenterephthalatbehältern (PET)
begonnen, Kunststoffbehälter
für Waren
zu liefern, die zuvor in Glasbehältern
verpackt worden waren. Die Hersteller, ebenso wie die Verbraucher,
haben erkannt, daß PET-Behälter leichtgewichtig,
billig, recyclierbar und in großen
Mengen herstellbar sind. Hersteller liefern gegenwärtig PET-Behälter für verschiedene
Flüssigwaren,
wie Säfte.
Sie wünschen
ebenfalls, PET-Behälter
für feste
Waren, wie Eingelegtes, zu liefern. Viele feste Waren erfordern
jedoch eine Pasteurisierung oder Retorte, was eine enorme Herausforderung
für die
Herstellung von PET-Behältern
darstellt.
-
Eine
Pasteurisierung und Retorte sind beides Verfahren zum Sterilisieren
der Inhalte eines Behälters,
nachdem er befällt
worden ist. Beide Verfahren schließen das Erwärmen der Inhalte des Behälters auf
eine bestimmte Temperatur, gewöhnlich oberhalb
von 70°C,
für eine
Dauer einer bestimmten Länge
ein. Eine Retorte unterscheidet sich von einer Pasteurisierung,
indem sie ebenfalls Überdruck
auf den Behälter
beaufschlagt. Der Druck ist notwendig, da häufig ein heißes Wasserbad
verwendet wird und der Überdruck
das Wasser in flüssiger
Form oberhalb seiner Siedepunktemperatur hält. Diese Verfahren stellen
technische Herausforderungen für
die Hersteller von PET-Behälter
bereit, da neue pasteurisierbare und retortierbare PET-Behälter für diese
Nahrungsmittelprodukte Leistungen oberhalb und über den gegenwärtigen Fähigkeiten
von herkömmlichen heißfixierbaren
Behältern
zeigen müssen.
Ganz einfach festgestellt, können
die PET-Behälter
der gegenwärtigen
Methoden im Stand der Technik nicht auf eine ökonomische Art und Weise hergestellt
werden, so daß sie
ihre Materialintegrität
während
des thermischen Bearbeitens der Pasteurisierung und der Retorte
während
des anschließenden
Transports bewahren.
-
PET
ist ein kristallisierbares Polymer, was heißt, daß es in einer amorphen Form
oder einer halbkristallinen Form verfügbar ist. Die Fähigkeit
eines PET-Behälters,
seine Materialintegrität
zu bewahren, ist bezogen auf den Prozentanteil des PET-Behälters in
kristalliner Form, ebenfalls als die "Kristallinität" des PET-Behälters bekannt. Die Kristallinität wird als
ein Volumenanteil durch die Gleichung:
gekennzeichnet, wobei ρ die Dichte
des PET-Materials ist; ρ
a die Dichte von reinem amorphen PET-Material
(
1,
333 g/cc) ist; und ρ
c die
Dichte eines reinen kristallinen Materials (
1,
455 g/cc)
ist. Die Kristallinität eines
PET-Behälters
kann durch mechanisches Bearbeiten und thermisches Bearbeiten gesteigert
werden.
-
Ein
mechanisches Bearbeiten schließt
ein Strecken des amorphen Materials ein, um eine Spannungshärtung zu
erreichen. Dieses Bearbeiten schließt gewöhnlicherweise ein Strecken
eines PET-Behälters
entlang einer Längsachse
und ein Dehnen des PET-Behälters
entlang einer Querachse ein.
-
Die
Kombination fördert
eine biaxiale Ausrichtung. Hersteller von PET-Flaschen verwenden gegenwärtig ein
mechanisches Bearbeiten, um PET-Flaschen mit etwa 20 % Kristallinität (durchschnittliche
Seitenwandkristallinität)
herzustellen.
-
Ein
thermisches Bearbeiten schließt
ein Erwärmen
des Materials (entweder amorph oder halbkristallin) ein, um ein
Kristallwachstum zu fördern.
Bei Verwendung für
amorphes Material resultiert ein thermisches Bearbeiten von PET-Material
in einer sphärolithischen
Morphologie, die mit der Transmission von Licht wechselwirkt. Mit
anderen Worten ist das resultierende kristalline Material opak (und
im allgemeinen unerwünscht
in der Seitenwand des Behälters).
Bei Verwendung nach dem mechanischen Bearbeiten resultiert jedoch
ein thermisches Bearbeiten in einer höheren Kristallinität und ausgezeichneter Klarheit.
Das thermische Bearbeiten eines gestreckten PET-Behälters, welches
als Heißfixieren
bekannt ist, schließt
typischerweise ein Blasformen einer PET-Vorform gegenüber einer
erwärmten
Blasform bei einer Temperatur von 120–130°C und ein Halten des geblasenen
Behälters
für etwa
3 Sekunden ein. Hersteller von PET-Saftflaschen, welche bei etwa 85°C heißgefüllt werden
müssen,
verwenden gegenwärtig
das Heißfixieren,
um PET-Saftflaschen mit einem Bereich von bis zu 25–30 % Kristallinität herzustellen.
-
Obwohl
heißfixierte
PET-Flaschen eine adäquate
Leistung während
der Heißfüllverfahren
zeigen, sind sie unzureichend, um einem Pasteurisierungs- oder Retortenverfahren
standzuhalten. PET-Behälter
leiden ebenfalls unter einem Aromaverlust. Obwohl es nicht vollständig verstanden
ist, schließt
der Aromaverlust einen Transfer des Aromas einer Ware zu den Wänden eines
Kunststoffbehälters ein.
Dieses Phänomen,
obwohl es nicht schädlich
ist, schwächt
das Aroma der Ware, wodurch die Gesamtzufriedenheit des Verbrauchers
vermindert wird.
-
Daher
wünschen
die Hersteller von PET-Behältern,
einen PET-Behälter
herzustellen, der eine Materialintegrität während einer anschließenden Pasteurisierung
oder Retorte der Inhalte in dem PET-Behälter bewahrt, und während eines
anschließenden
Transports des PET- Behälters. Ferner
wünschen
die Hersteller von PET-Behältern,
einen PET-Behälter
herzustellen, welcher einen Aromaverlust der Waren innerhalb der
PET-Behälter
minimiert. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen solchen
Behälter
bereitzustellen, der die Probleme und Nachteile der herkömmlichen
Methoden im Stand der Technik überwindet.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Demzufolge
stellt diese Erfindung einen Kunststoffbehälter bereit, welcher Materialintegrität während jedes
anschließenden
Pasteurisierungs- oder Retortenverfahrens bewahrt, und während eines
anschließenden
Transports und der Verwendung. Zusätzlich stellt diese Erfindung
einen Kunststoffbehälter
bereit, welcher einen Aromaverlust der Waren innerhalb des Kunststoffbehälters minimiert. Die
Aufgabe der Erfindung wird durch den Polyethylenterephthalatbehälter gelöst, wie
er in Anspruch 1 definiert ist.
-
Kurz
gesagt schließt
der Kunststoffbehälter der
Erfindung einen Bereich einer Seitenwand mit einer inneren Oberfläche mit
einer inneren Kristallinität und
einer äußeren Oberfläche mit
einer äußeren Kristallinität ein. Die
innere Kristallinität
ist größer als die äußere Kristallinität. Die höhere Kristallinität der inneren
Oberfläche
liefert eine gesteigerte Widerstandsfähigkeit gegenüber einem
Aromaverlust entlang der Oberfläche,
welche die Ware berührt,
wodurch ein Aromaverlust der Waren innerhalb des Kunststoffbehälters minimiert
wird.
-
Eine
andere Aufgabe ist es, einen Behälter mit
hoher Kristallinität
bereitzustellen, nämlich
einer Gesamtseitenwandkristallinität von größer als 30 %.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Diskussion
und den beigefügten
Zeichnungen offensichtlich werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Frontansicht
des Kunststoffbehälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 ist eine Querschnittsansicht
des Kunststoffbehälters,
aufgenommen entlang der Linie 2 – 2 aus 1;
-
3 ist eine vergrößerte Ansicht
der Seitenwand des Kunststoffbehälters,
aufgenommen entlang des Abschnitts 3 aus 2; und
-
4 ist ein Graph der Kristallinität/Dichte gegenüber dem
Abstand von der inneren Oberfläche der
Seitenwand des Kunststoffbehälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich beispielhafter
Natur und ist in keiner Weise beabsichtigt, um die Erfindung oder
ihre Anwendung oder Verwendungen einzuschränken.
-
Wie
in 1 gezeigt ist, schließt der Kunststoffbehälter 10 der
Erfindung einen oberen Bereich 12, einen unteren Bereich 14 und
eine Seitenwand 16 ein. Der obere Bereich 12 des
Kunststoffbehälters 10 definiert
eine Öffnung 18 und
schließt
einen Gewindebereich 20 und einen Schulterbereich 22 ein. Die Öffnung 18 ermöglicht es
dem Kunststoffbehälter 10,
eine Ware aufzunehmen. Der Gewindebereich 20 liefert eine
Anfügung
für eine
in ähnlicherweise
mit einem Gewinde versehene Kappe (nicht gezeigt), welche bevorzugt
eine hermetische Abdichtung für
den Kunststoffbehälter 10 bereitstellt.
Der Schulterbereich 22 liefert einen strukturellen Übergang
zwischen dem Gewindebereich 20 und der Seitenwand 16.
-
Der
untere Bereich 14 des Kunststoffbehälters 10, welcher
sich im allgemeinen nach innen von der Seitenwand 16 erstreckt,
schließt
eine Basis 24 ein, welche fungiert, um den Boden des Behälters abzuschließen. Die
Basis 24 schließt
einen Träger 26 oder
einen Kontaktring und einen nach innen ausgenommenen Bereich 28 ein.
Die Basis 24 fungiert, um den unteren Bereich 14 abzuschließen und,
zusammen mit den oberen Bereich 12 und der Seitenwand 16,
die Ware zu halten.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung schließt
die Seitenwand
16, welche sich im allgemeinen nach unten
von dem oberen Bereich
12 erstreckt, mehrere Tafeln
30 ein,
die gleichmäßig um die
Seitenwand
15 beabstandet sind. Jede der Tafeln
30 schließt einen
Drucktafelbereich
32 und einen Vakuumtafelbereich
34 ein.
Der Drucktafelbereich
32 und der Vakuumtafelbereich
34 fungieren,
um die Deformation der Seitenwand
16 während eines Pasteurisierungs-
oder Retortenverfahrens der Ware innerhalb des Kunststoffbehälters
10 zu
steuern und zu begrenzen, und während
des Kühlens
der Ware. Speziellere Information bezüglich des Drucktafelbereichs
32 und
des Vakuumtafelbereichs
34 der Tafel
30 kann in
der
US 6,460,714 , ausgegeben
am B. Oktober 2002, übertragen
an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Erfindung, gefunden werden.
-
Der
Kunststoffbehälter 10 wird
bevorzugt blasgeformt, biaxial gestreckt und heißfixiert mit einer einheitlichen
Konstruktion aus einer einzelnen Schicht von Kunststoffmaterial,
wie Polyethylenterephthalatharz (PET). Alternativ kann der Kunststoffbehälter 10 durch
andere Verfahren gebildet werden. Kunststoffbehälter, die mit einer einheitlichen
Konstruktion aus einem PET-Material blasgeformt sind, sind bekannt
und werden im Stand der Technik für Kunststoffbehältern verwendet,
und ihre Herstellung in der vorliegenden Erfindung wird von einem
Fachmann auf diesem Gebiet leicht verstanden werden.
-
Der
Kunststoffbehälter
10 wird
bevorzugt heißfixiert
mit einem Fluidcyclusverfahren. Das Fluidcyclusverfahren schließt ein Zirkulieren
eines Hochtemperaturfluids über
eine innere Oberfläche
36 der Seitenwand
16 ein,
wie in
2 gezeigt ist.
Das Hochtemperaturfluid wird über
der inneren Oberfläche
36 für eine ausreichende
Dauer zirkuliert, um es der inneren Oberfläche
36 zu ermöglichen,
eine Temperatur von wenigstens 150°C zu erreichen. Die tatsächliche
Dauer hängt
von der Zusammensetzung, der Temperatur und dem Druck des Hochtemperaturfluids
ab, und der Fließgeschwindigkeit
des Hochtemperaturfluids über
die innere Oberfläche
36.
In dem bevorzugten Verfahren ist das Hochtemperaturfluid bei einer
Temperatur von wenigstens 200°C, und
bei einem Druck von wenigstens 1.000 kPa. Obwohl die bevorzugte
Zusammensetzung des Hochtemperaturfluids Luft ist, können andere
Fluide, wie Dampf, verwendet werden, ebenso wie höhere Temperaturen
und Drücke.
Bei den bevorzugten Werten wird das Hochtemperaturfluid über der
inneren Oberfläche
36 für 1 bis
15 Sekunden zirkuliert, um die notwendige Wärmeenergie zu übertragen,
um die geeignete Menge an Kristallinität in dem Kunststoffbehälter
10 zu
induzieren. Speziferische Information bezüglich dieses Fluidcyclusverfahrens
kann in der
US 6,485,669 ,
ausgegeben am 26. November 2002, übertragen an den Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung, gefunden werden.
-
Durch
Verwendung des Fluidcyclusverfahrens kann der Kunststoffbehälter 10 mit
einer Seitenwand 16 mit einer Gesamtseitenwanddichte größer als
1,375 g/cc hergestellt werden. Die Dichte entspricht grob 34,4 %
Kristallinität
und wird es dem Kunststoffbehälter 10 ermöglichen,
seine Materialintegrität
während
eines Pasteurisierungs- oder Retortenverfahrens der Ware in dem
Kunststoffbehälter 10 und
während
eines anschließenden
Transports des Kunststoffbehälters 10 zu
bewahren. Wenn hierin verwendet, werden Kristallinitäten größer als
30 % als "hohe Kristallinitäten" betrachtet. Andere
Dichten größer als
1,375 g/cc, einschließlich
1,38 g/cc (grob entsprechend 38,5 % Kristallinität), 1,385 g/cc (grob entsprechend
42,6 % Kristallinität)
und sogar 1,39 g/cc (grob entsprechend 46,7 % Kristallinität) sind
mit dem Fluidcyclusverfahren möglich,
ohne die visuell wahrnehmbare Transparenz oder Klarheit des Kunststoffbehälters 10 wesentlich
zu beeinflussen.
-
Die
Kristallinität
durch die Seitenwand 16 von einer inneren Oberfläche 36 zu
einer äußeren Oberfläche 37 ist
nicht konstant. Vielmehr ist eine innere Kristallinität, die auf
der inneren Oberfläche 36 gemessen
wird, größer als
eine äußere Kristallinität, die auf
der äußeren Oberfläche 37 gemessen
wird. Da ein Aromaverlust vermindert wird, wenn die Kristallinität des Materials,
welches die Ware berührt,
gesteigert wird, minimiert der Kunststoffbehälter 10 der vorliegenden
Erfindung einen Aromaverlust durch Anordnen der Oberflächenschicht
der Seitenwand 16 mit der größten Kristallinität, wo sie
am meisten erforderlich ist, neben der Ware und auf der inneren
Oberfläche 36 des
Kunststoffbehälters 10.
-
Der
Unterschied zwischen der inneren Kristallinität und der äußeren Kristallinität ist wenigstens 0,005
g/cc (grob entsprechend wenigstens 4 % Kristallinität) und ist
am bevorzugtesten wenigstens 0,01 g/cc (grob entsprechend wenigstens
8 % Kristallinität).
Da der Aromaverlust der Ware vermindert wird, wenn die Kristallinität gesteigert
wird, sollte die innere Kristallinität wenigstens 34 % (grob entsprechend 1,375
g/cc) sein, und ist bevorzugter wenigstens 42 % (grob entsprechend
1,385 g/cc).
-
Die
innere Kristallinität
der inneren Oberfläche 36 und
die äußere Kristallinität der äußeren Oberfläche 37 können jedoch
schwierig zu messen sein, da die Kristallinität bei einer bestimmten Tiefe (wenigstens
1 Molekül)
gemessen werden muß.
Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, kann von der Seitenwand 16 des
Kunststoffbehälters 10 angenommen
werden, daß sie
eine innere Schicht 38 mit einer inneren Dichte, eine mittlere
Schicht 39 (später
bezeichnet als "eine
Dicke") und eine äußere Schicht 40 mit
einer äußeren Dichte
aufweist, wie in 3 gezeigt
ist. Die innere Schicht 38 und die äußere Schicht 40 können so
eng sein wie die Breite eines Moleküls oder können so groß sein wie 50 % der Breite
der Seitenwand 16. Die mittlere Schicht 39, bestehend
aus dem Bereich zwischen der inneren Schicht 38 und der äußeren Schicht 40,
kann somit relativ bereit sein oder überhaupt nicht existieren.
Die mittlere Schicht 39 ist bevorzugt aus einem PET-Material
hergestellt. Der Kunststoffbehälter 10 kann
mit einer Beschichtungsschicht (nicht gezeigt) beschichtet sein,
wie einem Epoxymaterial. Unter diesen Umständen sollten die innere Schicht 38 und
die äußere Schicht 40 als
die innere "strukturelle" Schicht 38 des Kunststoffmaterials
und die äußere "strukturelle" Schicht 40 des
Kunststoffmaterials angenommen werden und nicht als die Beschichtungsschicht.
Innerhalb dieses Grundgerüsts
ist die innere Dichte der inneren Schicht 38 größer als
die äußere Dichte
der äußeren Schicht 40.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, und
unter Bezugnahme des Obigen, kann die Kristallinität der Seitenwand 16 ebenfalls
als ein Gradient betrachtet werden, der abnimmt, wenn der Abstand
von der inneren Oberfläche 36 gesteigert
wird. In einer alternativen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann der Gradient nicht linear sein und
kann nicht immer eine negative Steigung aufweisen. Wie aus diesem Schaubild
deutlich entnommen werden kann, ist jedoch die innere Kristallinität größer als
die äußere Kristallinität.
-
Zur
Verdeutlichung können
die innere Dichte und die äußere Dichte
an jedem Bereich der Seitenwand 16 genommen werden. Beispielsweise
könnte die
exakte Stelle des Bereichs entlang dreier Richtungen variieren:
einer umfänglichen
Richtung um den Kunststoffbehälter 10,
einer axialen Richtung hinauf und hinunter der Seitenwand 16 des
Kunststoffbehälters 10 und
einer radialen Richtung heraus durch die Schichten oder Abschnitte
der Seitenwand 16. In ähnlicher
Weise können
die innere Kristallinität und
die äußere Kristallinität an jedem
Bereich der Seitenwand 16 genommen werden. Im Gegensatz
zu den anderen Begriffen können
die innere Kristallinität und äußere Kristallinität lediglich
in zwei Richtungen variieren: der umfänglichen Richtung und der axialen Richtung,
da, zumindest in der Theorie, jede Messung, die verwendet wird,
um die innere Kristallinität zu
messen, bei der gleichen radialen Tiefe genommen wird, und jede
Messung, die verwendet wird, um die äußere Kristallinität zu berechnen,
bei der gleichen radialen Tiefe genommen wird.
-
Die
vorangehende Diskussion offenbart und beschreibt eine bevorzugte
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird leicht
aus einer solchen Diskussion und aus den beigefügten Zeichnungen und Ansprüchen erkennen,
daß Veränderungen
und Modifikationen an der Erfindung durchgeführt werden können, einschließlich einer
Variation der Timingsequenz, ohne von der Erfindung, wie sie in
den folgenden Ansprüchen
definiert wird, abzuweichen.
