ES2228911T3 - Recipiente de plastico con gradiente de cristalinidad. - Google Patents
Recipiente de plastico con gradiente de cristalinidad.Info
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Abstract
Un recipiente (10) de poli(tereftalato de etileno) para contener un producto comercial, comprendiendo dicho recipiente una porción superior (12) que define una abertura (18) para recibir el producto comercial, una pared lateral (16) de construcción unitaria a partir de una capa única que se extiende generalmente hacia abajo desde dicha porción superior (12), y una porción inferior (14) que se extiende generalmente hacia dentro desde dicha pared lateral (16) y que cierra el fondo de dicho recipiente (10), teniendo dicha pared lateral (16) una superficie interior (36) y una superficie exterior (37), una porción de dicha pared lateral (16) adyacente a dicha superficie interior (36) que tiene una densidad interior y una porción de dicha pared lateral (16) adyacente a dicha superficie exterior (37) que tiene una densidad exterior, dicho recipiente (10) caracterizado porque dicha densidad interior es al menos 0, 005 g/cm3 mayor que dicha densidad exterior, midiendo dicha densidad exterior al menos 1, 370 g/cm3 y midiendo dicha densidad interior al menos 1, 375 g/cm3.
Description
Recipiente de plástico con gradiente de
cristalinidad.
Esta invención se refiere, generalmente, a
recipientes de plástico, según el preámbulo de la reivindicación 1,
para contener un producto comercial durante un procedimiento de
pasteurización o tratamiento en retorta y durante su embarque y uso
posteriores. Más específicamente, esta invención se refiere a
recipientes de plástico que minimizan el desprendimiento violento
de vapores de los productos comerciales en el interior de los
mismos. El documento US-A-5.735.420
describe un recipiente según el preámbulo de la reivindicación
1.
Recientemente, los fabricantes de recipientes de
poli(tereftalato de etileno) (PET) han empezado a
suministrar recipientes de plástico para productos comerciales que
eran envasados previamente en recipientes de cristal. Los
fabricantes, así como los consumidores, han reconocido que los
recipientes de PET son ligeros, económicos, reciclables y se pueden
fabricar en grandes cantidades. Los fabricantes suministran
actualmente recipientes de PET para diversos productos comerciales
líquidos, tales como zumos. También, desean suministrar los
recipientes de PET para productos comerciales sólidos, tales como
encurtidos. Muchas productos comerciales sólidos, sin embargo,
requieren pasteurización o tratamiento en retorta, lo que presenta
un reto enorme para los fabricantes de recipientes de PET.
La pasteurización y el tratamiento en retorta son
ambos métodos para esterilizar los contenidos de un recipiente
después de que ha sido llenado. Ambos procedimientos incluyen el
calentamiento de los contenidos del recipiente hasta una
temperatura específica, usualmente por encima de 70ºC, con una
duración de periodo especificado. El tratamiento en retorta difiere
de la pasteurización en que se aplica también sobrepresión al
recipiente. La presión es necesaria puesto que se usa, a menudo, un
baño de agua caliente, y la sobrepresión mantiene el agua en forma
líquida por encima de su temperatura del punto de ebullición. Estos
procedimientos presentan retos técnicos para los fabricantes de
recipientes de PET, ya que los nuevos recipientes de PET que se
pueden pasteurizar y tratar en retorta para estos productos
alimenticios se tienen que comportar más allá de las capacidades
actuales de los recipientes convencionales termoendurecidos. Más
sencillo, los recipientes de PET de los procedimientos actuales en
la técnica no se pueden producir de manera económica, de modo que
mantienen su integridad material durante el proceso térmico de
pasteurización y tratamiento en retorta durante su
transporte
posterior.
posterior.
El PET es un polímero cristalizable, lo que
significa que está disponible en forma amorfa o en forma
semicristalina. La capacidad de un recipiente de PET para mantener
su integridad material está relacionada con el porcentaje del
recipiente de PET en forma cristalina, conocido también como la
"cristalinidad" del recipiente de PET. La cristalinidad está
caracterizada como una fracción del volumen por la
ecuación:
ecuación:
% Cristalinidad
= \frac{\rho - \rho_{a}}{\rho_{c} - \rho_{a}} x
100
donde \rho es la densidad del
material de PET; \rho_{a} es la densidad del material de PET
amorfo puro (1,333 g/cm^{3}); y \rho_{c} es la densidad del
material cristalino puro (1,455 g/cm^{3}). La cristalinidad de un
recipiente de PET se puede aumentar por tratamiento mecánico y
térmico.
El tratamiento mecánico implica orientar el
material amorfo para conseguir endurecimiento por deformación. Este
tratamiento implica, comúnmente, estirar un recipiente de PET a lo
largo de un eje longitudinal y expandir el recipiente de PET a lo
largo de un eje transversal. La combinación favorece la orientación
biaxial. Los fabricantes de botellas de PET usan actualmente
tratamiento mecánico para producir las mismas con aproximadamente
el 20% de cristalinidad (cristalinidad promedio de las paredes
laterales).
El tratamiento térmico implica calentar el
material (o amorfo o semicristalino) para favorecer el crecimiento
del cristal. Usado por sí mismo en el material amorfo, el
tratamiento térmico del material de PET da como resultado una
morfología esferolítica que interfiere con la transmisión de luz. En
otras palabras, el material cristalino resultante es opaco (y
generalmente indeseable en la pared lateral del recipiente). El
tratamiento térmico, sin embargo, usado después del tratamiento
mecánico da como resultado una cristalinidad superior y una
claridad excelente. El tratamiento térmico de un recipiente de PET
orientado, que se conoce como termoendurecimiento, incluye
típicamente moldear por soplado una preforma de PET contra un molde
calentado de soplado, a una temperatura de
120-130ºC, y mantener el recipiente soplado durante
aproximadamente 3 segundos. Los fabricantes de botellas de PET para
zumo, que se deben llenar en caliente a aproximadamente 85ºC, usan
actualmente termoendurecimiento para producir botellas de PET para
zumo que tienen un intervalo de hasta el 25-30% de
cristalinidad.
Aunque las botellas de PET termoendurecido se
comportan adecuadamente durante los procedimientos de llenado en
caliente, son inadecuadas para aguantar un procedimiento de
pasteurización o tratamiento en retorta. Los recipientes de PET
sufren, también, del desprendimiento violento de vapores. Aunque no
se comprende completamente, el desprendimiento violento de vapores
incluye una transferencia del vapor de un producto comercial a las
paredes de un recipiente de plástico. Este fenómeno, aunque no es
perjudicial, atenúa el vapor del producto comercial, reduciendo por
ello la satisfacción global del
cliente.
cliente.
Así, los fabricantes de recipientes de PET
quieren producir un recipiente de PET que mantenga su integridad
material durante cualquier pasteurización o tratamiento en retorta
posterior de los contenidos en el recipiente de PET, y durante el
embarque posterior del recipiente de PET. Además, los fabricantes de
recipientes de PET quieren producir un recipiente de PET que
minimice el desprendimiento violento de vapores de los productos
comerciales en el interior de los recipientes de PET. Por lo tanto,
un objeto de esta invención es proporcionar un recipiente tal que
supere los problemas y las desventajas de los procedimientos
convencionales en la técnica.
En consecuencia, esta invención proporciona un
recipiente de plástico que mantiene su integridad material durante
cualquier procedimiento de pasteurización o tratamiento en retorta
posterior, y durante su embarque y uso posteriores. Adicionalmente,
esta invención proporciona un recipiente de plástico que minimiza
el desprendimiento violento de vapores de los productos comerciales
en el interior del recipiente de plástico. El objeto de la invención
se resuelve por el recipiente de poli(tereftalato de
etileno), como se define en la reivindicación 1.
Brevemente, el recipiente de plástico de la
invención incluye una porción de una pared lateral que tiene una
superficie interior con una cristalinidad interior y una superficie
exterior con una cristalinidad exterior. La cristalinidad interior
es mayor que la cristalinidad exterior. La cristalinidad superior en
la superficie interior proporciona una resistencia aumentada al
desprendimiento violento de vapores a lo largo de la superficie que
contacta con el producto comercial, minimizando por ello el
desprendimiento violento de vapores de los productos comerciales en
el interior del recipiente de plástico.
Otro objeto es proporcionar un recipiente con
alta cristalinidad, a saber, una cristalinidad total de las paredes
laterales mayor que el 30%.
Otras características y ventajas de la invención
resultarán evidentes de la descripción que sigue y de los dibujos
que se acompañan.
La figura 1 es una vista en alzado del recipiente
de plástico según la presente invención;
la figura 2 es una vista en corte transversal del
recipiente de plástico, tomada generalmente por la línea
2-2 de la figura 1;
la figura 3 es una vista a escala ampliada de la
pared lateral del recipiente de plástico, tomada por la sección 3 de
la figura 2; y
la figura 4 es una gráfica de la
cristalinidad/densidad respecto a la distancia desde la superficie
interior de la pared lateral del recipiente de plástico según la
presente invención.
La siguiente descripción de la realización
preferida es meramente ilustrativa por naturaleza y no está, de modo
alguno, destinada a limitar la invención o su aplicación o uso.
Como se muestra en la figura 1, el recipiente de
plástico 10 de la invención incluye una porción superior 12, una
porción inferior 14 y una pared lateral 16. La porción superior 12
del recipiente de plástico 10 define una abertura 18, e incluye una
región roscada 20 y una región resaltada 22. La abertura 18 permite
que el recipiente de plástico 10 reciba un producto comercial. La
región roscada 20 proporciona una fijación para un tapón roscado de
modo similar (no mostrado), que proporciona, preferiblemente, un
sellado hermético para el recipiente de plástico 10. La región
resaltada 22 proporciona una transición estructural entre la región
roscada 20 y la pared lateral 16.
La porción inferior 14 del recipiente de plástico
10, que se extiende generalmente hacia dentro desde la pared
lateral 16, incluye una base 24, que funciona para cerrar el fondo
del recipiente. La base 24 incluye un soporte 26 o anillo de
contacto y una región rebajada hacia dentro 28. La base 24 funciona
para cerrar la porción inferior 14 y, junto con la porción superior
12 y la pared lateral 16, para contener el producto comercial.
En la realización preferida de la invención, la
pared lateral 16, que se extiende generalmente hacia abajo desde la
porción superior 12, incluye varios paneles 30 que están espaciados
por igual alrededor de la pared lateral 16. Cada uno de los paneles
30 incluye una porción 32 de panel de presión y una porción 34 de
panel de vacío. La porción 32 de panel de presión y la porción 34 de
panel de vacío funcionan para controlar y limitar la deformación de
la pared lateral 16 durante un procedimiento de pasteurización o
tratamiento en retorta del producto comercial dentro del recipiente
de plástico 10, y durante el enfriamiento de la misma. Información
más específica con relación a la porción 32 de panel de presión y
la porción 34 de panel de vacío de los paneles 30 se puede
encontrar en la patente de EE. UU. número 6.460.714, expedida el 8
octubre de 2002, transferida al mismo cesionario que la presente
invención.
El recipiente de plástico 10 está,
preferiblemente, moldeado por soplado, orientado biaxialmente y
termoendurecido con una construcción unitaria a partir de una capa
única de material plástico, tal como resina de
poli(tereftalato de etileno) (PET). Alternativamente, el
recipiente de plástico 10 puede estar formado por otros métodos.
Los recipientes de plástico moldeados por soplado con una
construcción unitaria a partir de un material de PET se conocen y
usan en la técnica de los recipientes de plástico, y su fabricación
en la presente invención es fácilmente comprensible por un experto
ordinario en la técnica.
El recipiente de plástico 10, preferiblemente, se
termoendurece con un procedimiento de ciclo de fluido. El
procedimiento de ciclo de fluido incluye hacer circular un fluido a
alta temperatura sobre una superficie interior 36 de la pared
lateral 16, como se muestra en la figura 2. El fluido a alta
temperatura se hace circular sobre la superficie interior 36 con una
duración suficiente para permitir que la superficie interior 36
alcance una temperatura de al menos 150ºC. La duración real depende
de la composición, la temperatura y la presión del fluido a alta
temperatura, y del caudal del fluido a alta temperatura sobre la
superficie interior 36. En el método preferido, el fluido a alta
temperatura está a una temperatura de al menos 200ºC y a una presión
de al menos 1.000 kPa. Aunque la composición preferida del fluido a
alta temperatura es aire, se pueden usar otros fluidos tal como
vapor de agua, así como temperaturas y presiones superiores. En los
valores preferidos, el fluido a alta temperatura se hace circular
sobre la superficie interior 36 de 1 a 15 segundos, a fin de
transferir la energía calorífica necesaria para inducir la cantidad
apropiada de cristalinidad al recipiente de plástico 10. Información
más específica con relación a este procedimiento de ciclo de fluido
se puede encontrar en la patente de EE.UU. número 6.485.669,
expedida el 26 de noviembre de 2002, cedida al mismo cesionario que
la presente invención.
Usando el procedimiento de ciclo de fluido, se
puede producir el recipiente de plástico 10, que tiene una pared
lateral 16 con una densidad total de las paredes laterales mayor que
1,375 g/cm^{3}. La densidad corresponde aproximadamente al 34,4%
de cristalinidad y permitirá que el recipiente de plástico 10
mantenga su integridad material durante un procedimiento de
pasteurización o tratamiento en retorta del producto comercial en el
recipiente de plástico 10, y durante el embarque posterior del
mismo. Como se usa en la presente memoria, cristalinidades mayores
que el 30% se consideran "altas cristalinidades". Son posibles
otras densidades mayores que 1,375 g/cm^{3}, incluyendo 1,38
g/cm^{3} (que corresponde aproximadamente al 38,5% de
cristalinidad), 1,385 g/cm^{3} (que corresponde aproximadamente al
42,6% de cristalinidad) e incluso 1,39 g/cm^{3} (que corresponde
aproximadamente al 46,7% de cristalinidad), con el procedimiento de
ciclo de fluido, sin impactar significativamente en la transparencia
o claridad perceptible visualmente del recipiente de plástico
10.
La cristalinidad por toda la pared lateral 16
desde una superficie interior 36 hasta una superficie exterior 37
no es constante. Más bien, una cristalinidad interior medida en la
superficie interior 36 es mayor que una cristalinidad exterior
medida en la superficie exterior 37. Ya que se reduce el
desprendimiento violento de vapores cuando se aumenta la
cristalinidad del material que contacta con el producto comercial,
el recipiente de plástico 10 de la presente invención minimiza el
desprendimiento violento de vapores colocando la capa superficial
de la pared lateral 16 con la mayor cristalinidad donde más se
necesita, cerca del producto comercial y en la superficie interior
36 del recipiente de plástico 10.
La diferencia entre la cristalinidad interior y
la cristalinidad exterior es al menos 0,005 g/cm^{3} (que
corresponde aproximadamente al menos al 4% de cristalinidad), y es
más preferiblemente al menos 0,01 g/cm^{3} (que corresponde
aproximadamente al menos al 8% de cristalinidad). Ya que se reduce
el desprendimiento violento de vapores del producto comercial a
medida que se aumenta la cristalinidad, la cristalinidad interior
debería ser al menos el 34% (que corresponde aproximadamente a
1,375 g/cm^{3}), y es más preferiblemente al menos el 42% (que
corresponde aproximadamente a 1,385 g/cm^{3}).
La cristalinidad interior de la superficie
interior 36 y la cristalinidad exterior de la superficie exterior
37 puede ser, sin embargo, difícil de medir, puesto que la
cristalinidad se debe medir a una profundidad específica (al menos
de una molécula). Para evitar esta dificultad, la pared lateral 16
del recipiente de plástico 10 se puede pensar que tenga una
superficie interior 38 con una densidad interior, una capa
intermedia 39 (denominada más adelante "un grosor") y una capa
exterior 40 con una densidad exterior, como se muestra en la figura
3. La capa interior 38 y la capa exterior 40 pueden ser tan
estrechas como la anchura de una molécula o pueden ser tan anchas
como el 50% de la anchura de la pared lateral 16. La capa
intermedia 39, que consiste en el área entre la capa interior 38 y
la capa exterior 40, puede ser, así, relativamente ancha o incluso
no existir. La capa intermedia 39 está hecha, preferiblemente, de
un material de PET. El recipiente de plástico 10 puede estar
revestido con una capa de revestimiento (no mostrada), tal como un
material epoxídico. En estas circunstancias, la capa interior 38 y
la capa exterior 40 se podrían pensar como la capa interior 38
"estructural" de material plástico y la capa exterior 40
"estructural" de material plástico, y no como la capa de
revestimiento. Dentro de este entramado, la densidad interior de la
capa interior 38 es mayor que la densidad exterior de la capa
exterior 40.
Como se muestra en la figura 4 y referido a lo
anterior, la cristalinidad de la pared lateral 16 se puede ver,
también, como un gradiente, que disminuye a medida que es aumentada
la distancia a la superficie interior 36. En una realización
alternativa de la presente invención, el gradiente puede que no sea
lineal, y puede que no tenga siempre una inclinación negativa. Como
se muestra claramente a partir de este diagrama, sin embargo, la
cristalinidad interior es mayor que la cristalinidad exterior.
Como aclaración, la densidad interior y la
densidad exterior se pueden tomar en cualquier porción de la pared
lateral 16. Por ejemplo, la posición exacta de la porción podría
variar a lo largo de tres direcciones: una dirección
circunferencial alrededor del recipiente de plástico 10, una
dirección axial hacia arriba y hacia abajo de la pared lateral 16
del recipiente de plástico 10 y una dirección radial hacia fuera a
través de las capas o secciones de la pared lateral 16. De modo
similar, la cristalinidad interior y la cristalinidad exterior se
pueden tomar en cualquier porción de la pared lateral 16. En
contraste con los otros términos, la cristalinidad interior y la
cristalinidad exterior sólo varían en dos direcciones: la dirección
circunferencial y la dirección axial puesto que, al menos en
teoría, cada medición usada para calcular la cristalinidad interior
se puede tomar a la misma profundidad radial y cada medición usada
para calcular la cristalinidad exterior se puede tomar a la misma
profundidad radial.
La descripción anterior revela y describe una
realización preferida de la presente invención. Un experto en la
técnica reconocerá fácilmente de dicha descripción, y de los dibujos
y las reivindicaciones que se acompañan, que se pueden hacer cambios
y modificaciones a la invención, incluyendo variar la secuencia de
temporización, sin apartarse de la invención como está definida en
las siguientes reivindicaciones.
Claims (8)
1. Un recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) para contener un producto comercial, comprendiendo dicho
recipiente una porción superior (12) que define una abertura (18)
para recibir el producto comercial, una pared lateral (16) de
construcción unitaria a partir de una capa única que se extiende
generalmente hacia abajo desde dicha porción superior (12), y una
porción inferior (14) que se extiende generalmente hacia dentro
desde dicha pared lateral (16) y que cierra el fondo de dicho
recipiente (10), teniendo dicha pared lateral (16) una superficie
interior (36) y una superficie exterior (37), una porción de dicha
pared lateral (16) adyacente a dicha superficie interior (36) que
tiene una densidad interior y una porción de dicha pared lateral
(16) adyacente a dicha superficie exterior (37) que tiene una
densidad exterior, dicho recipiente (10) caracterizado
porque dicha densidad interior es al menos 0,005 g/cm^{3} mayor
que dicha densidad exterior, midiendo dicha densidad exterior al
menos 1,370 g/cm^{3} y midiendo dicha densidad interior al menos
1,375 g/cm^{3}.
2. El recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) de la reivindicación 1, en el que dicha superficie
interior (36) y dicha superficie exterior (37) están formadas por
el mismo material.
3. El recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) de la reivindicación 1, en el que dicha superficie
interior (36) y dicha superficie exterior (37) están situadas en
lados opuestos de dicha capa única de material.
4. El recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) de la reivindicación 3, en el que dicha superficie
interior (36) y dicha superficie exterior (37) están situadas en
lados opuestos de una capa única de material de
poli(tereftalato de etileno) termoendurecido y biaxialmente
orientado.
5. El recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) de la reivindicación 1, en el que dicha superficie
interior (36) tiene una cristalinidad interior y dicha superficie
exterior (37) tiene una cristalinidad exterior, siendo dicha
cristalinidad interior al menos el 4% mayor que dicha cristalinidad
exterior.
6. El recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) de la reivindicación 5, en el que dicha cristalinidad
interior es al menos el 8% mayor que dicha cristalinidad
exterior.
7. El recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) de la reivindicación 1, en el que dicho
poli(tereftalato de etileno) dentro de dicha pared lateral
(16) está biaxialmente orientado.
8. El recipiente (10) de poli(tereftalato
de etileno) de la reivindicación 1, en el que dicha densidad
interior es al menos 0,010 g/cm^{3} mayor que dicha densidad
exterior.
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