JP2008540185A

JP2008540185A - 軽量の延伸ブロー成形ｐｅｔコポリマー容器およびそれを製造するためのプリフォーム

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Publication number: JP2008540185A
Application number: JP2008511137A
Authority: JP
Inventors: シ，ユウ; チャン，ロン，フェイ; クヨルラウグ，クリストファー，シー．
Original assignee: Coca Cola Co
Current assignee: Coca Cola Co
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2026-04-25
Also published as: CA2607504C; US20060257603A1; US20100098894A1; ATE485222T1; WO2006124199A1; RU2390482C2; BRPI0609387A2; EP1885602A1; ES2354718T3; CN101203431A; US7820257B2; AR054116A1; BRPI0609387B8; CN101203431B; BRPI0609387B1; US8247049B2; EP1885602B9; AU2006248005B2; JP5175717B2; DE602006017691D1

Abstract

【課題】同じ材料から製造した標準的重量の延伸ブロー成形容器と同等、またはそれより優れた熱的特性および機械的特性の軽量延伸ブロー成形容器を生成できるようにする特定のフープ比および軸比の制限を有するプリフォームの設計を提供する。
【解決手段】約（１２）から約（１６）の全体的延伸倍率を有する延伸ブロー成形容器を製造するための射出成形プリフォームであって、全体的延伸倍率はフープ延伸倍率と軸延伸倍率の積であり、フープ延伸倍率が約５．６から約６．５であり、軸延伸倍率が約２．４から約２．７であり、プリフォームは、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、１００℃および６．２バールで測定される約６５０から約８００ｍｌのフリーブロー容積を有するＣＧＰＥＴコポリマーを備える。本発明は、また、前記プリフォームから製造した延伸ブロー成形容器にも関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリフォームの設計およびそれから製造されたプリフォーム、ならびにこのようなプリフォームの製造に関する。また、本発明は、延伸ブロー成形した容器およびその製造方法に関する。

ポリ（エチレンテレフタレート）樹脂は、少量の追加成分を含んだり、また、多くの場合含んだりしているが、業界では、通常、「ＰＥＴ」と呼ばれている。ＰＥＴは、ジュース、水、炭酸ソフトドリンク（「ＣＳＤ」）などの容器の製造に広く使用されている。ＰＥＴは、一般に優れた機械的特性とガスバリア性との組合せのために、これらの目的に使用されている。

本明細書で呼ばれるＰＥＴ容器は、延伸ブロー成形した容器である。当業者に認識されるように、延伸ブロー成形したＰＥＴ容器は、最初にＰＥＴ樹脂から射出成形したプリフォームを加工することによって製造される。ＰＥＴ樹脂は、特定の構成であるプリフォームの型に注入される。従来技術の容器製造方法では、プリフォームの構成は、最終的なボトルのサイズおよび容器の加工に使用されているポリマーの特性によって決定される。プリフォームの製造後、プリフォームをブロー成形して、延伸ブロー成形した容器が提供される。

ＰＥＴ容器は、特に温暖な気候および／または夏場の月に炭酸飲料を封じ込め、保存するために使用する場合、非常に硬質の仕様に適合しなければならない。このような状況では、容器は、多くの場合、高温にて容器内の高圧によって引き起こされ、業界では、一般に「クリープ」と呼ばれる熱膨張が起こる。膨張は、容器の側壁でＰＥＴ分子間の空間を増大させ、それによってＣＯ_２が通常の状態より高速で側壁を通って逃げることができる。膨張は、また、容器のヘッドスペースも増加させ、これによって炭酸が飲料からヘッドスペース区域に逃げることができる。炭酸が容器内に封入されながら、どのようにして飲料から放出されるかにかかわらず、炭酸を失うことは望ましくない。何故なら、そうなると飲料は「気が抜けた」風味になってしまうからである。クリープは容器の内部空間を増加させ、これは容器中の飲料の高さを低下させる。この高さの低下は、容器が完全に満杯ではないという消費者の認識に解釈され、したがって製品品質の認識が低下する。

まＰＥＴ容器の性能は、側壁の強度にも関連する。保管および輸送時において、充填されたＰＥＴ容器は通常、数層の充填済み容器が相互に積み重ねられる。これは、容器へのかなりの縦方向の応力を引き起こし、大部分が側壁に現れる。ＰＥＴ容器に十分な側壁強度または頂部負荷がない場合、容器は保管または使用中に潰れてしまうことがある。

さらに、容器品質に対する消費者の認識は、保持した場合の容器の触感に現れる。消費者が容器を保持し、強く握ると、容器の側壁が変形する。側壁の撓みが大きすぎる場合、容器は軟らかすぎると感じられ、製品が、より硬質のパッケージで包装された製品と比較して同じ品質であっても、消費者はこれを品質の良くない製品に関連させる。

当業者が認識していることであるが、費用を削減するためには、ＰＥＴ容器の製造に使用するＰＥＴの量を削減することが望ましい。ＰＥＴ容器が軽量化されると、材料費を低減し、製造工程中のエネルギー使用量が低減し、輸送費が低減できる。軽量化した容器は、固形廃棄物も低減させ、環境に対するマイナス影響も少なくなる。しかし、容器当たりのＰＥＴの量が低減すると、上述した望ましい特性も犠牲にされ、それ故、資源削減と性能とのバランスを達成することは困難となる。

ＰＥＴ容器の重量を低減させる従来技術の方法は、一般に、容器の製造に使用されるポリマー量の低減に集中してきた。容器の重量は、性能試験を通じて使用時の容器の性能を劇的に犠牲にしないことが示される量まで削減することができるが、バリアコーティングを使用しない従来技術の軽量化方法では、容器性能に多少の低下が見られる。一般に、上記容器特性は、容器の製造に使用されるＰＥＴ樹脂の量に直接関連する。従来技術の容器軽量化方法では、ＰＥＴ樹脂の使用量を低減すると、完成容器の肉厚が減少し、その結果、完成容器のバリア性および強度特性が低下する。それ故、ＰＥＴ容器の性能を最大限にしながら、ＰＥＴ容器の重量削減を試みるという均衡を保つことは、特に温暖な気候では問題として残る。

容器製造工程中のエネルギー消費量は、プリフォームの厚さに直接関連する。何故なら、プリフォームが厚いほど、加熱し、冷却するポリマーの質量が大きくなる。したがって、ＰＥＴ容器の製造に関連するエネルギー費用を削減する１つの方法は、プリフォームの厚さを減少させることによってプリフォームを軽量化することである。従来技術のその方法は、プリフォームの設計にコアの変更またはキャビティの変更を行うことである。コアの変更は、プリフォームの内壁の一部をくり抜くことによって、プリフォームの内径を増加させる。キャビティの変更は内径に影響しないが、プリフォームの外壁の一部を除去する。しかし、プリフォームの厚さは、部分的に、プリフォームの製造に使用されているポリマーの固有延伸倍率に関連する。すなわち、ポリマーの固有延伸倍率はプリフォームの延伸倍率を決定し、これはプリフォームの厚さに相関するプリフォームの内径と、プリフォームのフィニッシュの下からの高さとの関数である。プリフォームは、プリフォームの延伸倍率がポリマーの固有延伸倍率より多少高くなり、したがって機械的性能が許容可能な状態で曇りのない容器、または実質的に曇りのない容器を生成するために、ＰＥＴ樹脂をその歪み硬化点を越えて延伸し、結晶化および配向を最適化することによって、ＰＥＴ樹脂の性能を最大にするように設計される。プリフォームの内径が増加すると、プリフォームの延伸倍率が低下し、これはＰＥＴ樹脂の延伸を最大にしないことによって、最終的な容器の特性に影響する。したがって、従来技術では、固有延伸倍率が通常は約１３から１６の範囲のＰＥＴ樹脂を使用すると、プリフォームの厚さを効果的に低減させることができないので、容器製造工程におけるエネルギー費削減に限界があることが理解されている。

容器の品質を改善し、薄肉化したプリフォームを使用することによってサイクル時間を短縮して、生産性を改善し、製造時のエネルギー消費量を削減するために使用されている従来技術の１つの方法は、ポリマーの延伸倍率を低下させて、プリフォームの延伸倍率を低下できるようにすることである。ＰＥＴ樹脂自体を改質して、ポリマーの延伸倍率の低下が試みられている。これは、ＰＥＴ樹脂の分子量または固有粘度（ＩＶ）を増加させることによって達成されてきた。何故なら、ＰＥＴ樹脂のＩＶが高いほど、固有延伸倍率が低いポリマーになるからである。しかし、ＰＥＴ樹脂のＩＶが増加すると、ポリマーの溶融粘度が高くなる。溶融粘度が高くなると、ポリマーの処理に使用する溶融温度を高くしなければならない。その結果、エネルギー使用量が増加し、処理中にポリマーが劣化する可能性も高くなる。溶融温度の上昇は、射出成形中に必要なサイクル時間も長くする。それ故、ポリマーの延伸倍率を低下させるこの方法の結果として生じるマイナスの性質は、プリフォームの肉厚を低減させるという上述の利点の全てを上回ってしまう。

ポリマーの延伸倍率の低下は、長鎖の分岐を追加しても達成することができる。しかし、ＰＥＴ樹脂のＩＶを改質するのと同様、この方法もＰＥＴの溶融粘度を上昇させ、ＩＶが高いポリマーと同じ問題を引き起こす。それ故、この方法は望ましくない。

以上を鑑みて、処理中にエネルギー消費量が高くならないプリフォームの設計を開発することが望ましい。さらに、完成した延伸ブロー成形した容器に、低い熱膨張率、良好な側壁剛性、および曇りのない容器、または実質的に曇りのない容器のような良好な機械的特性を提供するプリフォームの設計を開発することが望ましい。さらに、プリフォームの射出成形中の、したがって容器の製造工程のエネルギー消費量を削減することが望ましい。本発明はこのような目的に適合する。

１つの態様では、本発明は、従来技術の延伸ブロー成形容器と同等である機械的特性および熱的特性を有する軽量の延伸ブロー成形容器を製造するためのプリフォームに関する。さらに、本発明は、完成容器に使用中に加えられる応力を最適化するプリフォームの設計方法に関する。

本発明は、容器が従来技術で使用可能なＰＥＴ樹脂を使用している場合、同じ材料から製造した標準的重量の延伸ブロー成形容器と同等、またはそれより優れた熱的特性および機械的特性の軽量延伸ブロー成形容器を生成できるようにする特定のフープ比および軸比の制限を有するプリフォームの設計を提供する。本発明は、また、上記プリフォームの製造方法および延伸ブロー成形した容器およびその製造方法を含む。

本発明によると、フープ方向での延伸を増加させることにより、従来の容器等級（container grade）のＰＥＴコポリマー（以後、「ＣＧＰＥＴコポリマーまたは従来のＰＥＴ」と呼ぶ）で、より高い機械的強度を有するように容器を製造することができる。本発明の発明者は、フープの延伸倍率を増加させることにより、軸方向の延伸倍率を有意に変更しなくても、同等の強度で軽量化した、場合によっては機械的強度が向上したプリフォームを製造できることを発見した。さらに他の態様では、発明者は、従来のＰＥＴの延伸ブロー成形した容器を、従来の設計のプリフォームと比較して、製造時に使用するポリマーの量を削減し、優れた特性で製造するために使用できる新規のプリフォーム設計を特定した。

特に、本発明は、約１２から約１６という全体的延伸倍率を有する延伸ブロー成形容器を製造する射出成形プリフォームを含む。全体的延伸倍率はフープ延伸倍率と軸延伸倍率の積であり、フープ延伸倍率は約５．６から約６．５、軸延伸倍率は約２．４から約２．７であり。プリフォームは、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、１００℃および９０ｐｓｉで測定される約６５０から約８００ｍｌのフリーブロー容積を有するＣＧＰＥＴコポリマーを含む。さらに、本発明は、上記プリフォームをブロー成形して製造した容器を含む。好ましい実施形態では、プリフォームは、開放口を形成する部分、本体を形成する中間部分、および基部を形成する閉鎖部分を備える。

本発明の追加の利点は、一部が以下の詳細な説明で示され、一部は説明から明白になるか、本発明の実践によって学習することができる。本発明の利点は、添付の特許請求の範囲で特に指摘される要素および組合せによって実現され、達成される。以上の一般的説明および以下の詳細な説明は本発明の例示的かつ説明的な態様であり、特許請求の範囲による本発明を制限するものではないことを理解されたい。

本発明は、本発明の以下の詳細な説明、および本明細書で提供される実施例、および本明細書で検討する図面を参照することにより、さらに容易に理解することができる。本発明は、言うまでもなく変更できるような、記載された特定の方法、処方および条件に制限されないことを理解されたい。本明細書で使用する用語は、特定の態様を説明することのみを目的とし、制限的ではないことも理解されたい。

本明細書および特許請求の範囲では、いくつかの用語に言及するが、これは以下の意味を有するものと定義される。

単数形は、他で文脈により明白に示さない限り複数も含む。

本明細書では、範囲は、「約」１つの特定の値から、および／または「約」または別の特定の値までと表現することがある。このような範囲が示された場合、別の態様は１つの特定の値から、および／または他の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を使用して、値を近似値として表す場合、これは特定の値が別の態様を形成すると理解される。

「任意選択の」または「任意選択として」とは、その後に記述される事象または状況が起こっても、または起こらなくてもよく、その記述が、上記事象または状況が発生する場合、および発生しない場合を含むことを意味する。例えば、「任意選択として成分を含む」という語句は、組成がその成分を含むことができ、その記述が、その成分を含む組成およびその成分を含まない組成の両方を包含することを意味する。

本発明は、容器が従来技術で使用可能なＰＥＴ樹脂を使用した場合、同じ材料から製造した標準的重量の延伸ブロー成形容器と同等、またはそれより優れた熱的特性および機械的特性を有する軽量の延伸ブロー成形容器を生成することができる特定のフープ比および軸比の制限があるプリフォームの設計を提供する。本発明は、また、上記プリフォームを製造する方法および延伸ブロー成形容器およびその製造方法を含む。

本発明によると、フープ方向で延伸を増加させることにより、容器は従来の容器等級のＰＥＴコポリマーで、より高い機械的強度を有するように製造することができる。本発明の発明者は、フープ方向の延伸倍率を増加させることにより、軸方向の延伸倍率を有意に変更しなくても、同等の強度で軽量化した、場合によっては機械的強度が向上したプリフォームを製造できることを発見した。さらに他の態様では、発明者は、従来のＰＥＴの延伸ブロー成形した容器を、従来の設計のプリフォームと比較して、製造時に使用するポリマーの量を削減し、優れた特性で製造するために使用できる新規のプリフォームの設計を特定した。

本発明の説明では、容器等級のＰＥＴコポリマー（以後、「ＣＧＰＥＴコポリマー」と呼ぶ）は、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、且つ軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、１００℃および９０ｐｓｉで測定される約６５０から約８００ミリリットル（ｍｌ）のフリーブロー容積を有するものと定義される。また、このＣＧＰＥＴコポリマーを、以後、従来のＰＥＴとも呼ぶ。

ＣＧＰＥＴコポリマーは、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、１００℃および９０ｐｓｉで測定される約４００ｍｌから約６５０ｍｌ未満のフリーブロー容積を有するものと定義される、固有延伸倍率が低いコポリマー（以後、「ＬＮＳＲＰＥＴコポリマー」と呼ぶ）と対比される。２００５年５月１１日出願の、「ＰｒｅｆｏｒｍＦｏｒＬｏｗＮａｔｕｒａｌＳｔｒｅｔｃｈＲａｔｉｏＰＥＴＣｏｐｏｌｙｍｅｒ，ＣｏｎｔａｉｎｅｒＭａｄｅＴｈｅｒｅｗｉｔｈａｎｄＭｅｔｈｏｄｓ」と題され、その開示を参照により明示的に本明細書に組み込むものとする共願特許出願が、従来技術で使用可能なＰＥＴ樹脂から製造したプリフォームよりも低い固有延伸倍率を有するＬＮＳＲポリマーから製造し、特定のフープ比および軸比の制限で延伸倍率が低下したプリフォームを開示している。この参考文献は、また、このプリフォームの設計から製造し、優れた機械的特性を有する延伸ブロー成形容器、特に飲料容器も開示している。また、この参考文献は、透明容器、または実質的に透明で曇りのない、または実質的に曇りのない延伸ブロー成形容器も開示している。さらに、ＬＮＳＲポリマーは、２００２年１１月１日に出願された米国仮特許出願第６０／４２３，２２１号に対して、米国特許法第１１９条による優先権を主張する、２００３年１０月３０日に米国特許商標庁に出願された米国特許出願第１０／６９６，８５８号の継続出願であり、２００４年１０月１８日に米国特許商標庁に出願された共願の米国特許出願第１０／９６７，８０３号で別個に開示されて、特許請求の範囲に記載されており、これらの出願の開示も、参照により全体を明示的に本明細書に組み込むものとする。

フリーブロー容積は、ポリマーの固有延伸倍率に関係がある値を有し、これは測定がさらに困難で、特殊な計器を必要とする。ニートポリマーのフリーブロー容積測定値は、本明細書の実施例で示すように、ポリマーの固有延伸倍率を測定する方法を提供する。ポリマーの固有延伸倍率は、ブロー成形工程においてポリマーの特性によってプリフォームに与えられる最小延伸倍率の限界を決定することによって、プリフォームの設計に影響を及ぼす。それ故、本明細書では、フリーブロー容積が、ポリマーの固有延伸倍率を表すために選択された方法である。実施例１で示すように、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用の標準的な２５グラム重量のプリフォームを、基礎測定として選択し、１００℃および９０ｐｓｉの標準的試験条件を使用した。上記範囲のフリーブロー容積を有する容器等級のＰＥＴコポリマーでは、このようなコポリマーの固有延伸倍率が、約１２から約１６になる。上記範囲のフリーブロー容積のＬＮＳＲＰＥＴコポリマーでは、このようなコポリマーの固有延伸倍率が、約８から約１２になる。

プリフォームの延伸倍率が、本明細書で本発明について説明するために使用される別の値である。プリフォームの延伸倍率とは、当技術分野で周知のものである専門用語を指し、下式のいずれかによって定義される。
（１）全体的延伸倍率＝［（容器の最大内径／プリフォームの内径）］×［容器のフィニッシュ下の高さ］／（プリフォームのフィニッシュ下の高さ）
（２）フープ延伸倍率＝（容器の最大内径／プリフォームの内径）
（３）軸延伸倍率＝（容器のフィニッシュ下の高さ／プリフォームのフィニッシュ下の高さ）
（４）代替的な表示では、全体的延伸倍率＝フープ延伸倍率×軸延伸倍率

特定のポリマーの性能特性を最大にするには、プリフォームの設計は、プリフォームの全体的延伸倍率が、ＰＥＴコポリマーの固有延伸倍率より大きくなるような設計でなければならない。上式を使用して、特定のＰＥＴコポリマーとともに使用する特定のプリフォームの延伸倍率を得るか、または設計するのに、ほぼ無限の方法があることが認識される。しかし、本発明の発明者は、特定のプリフォームの全体的延伸倍率を出すために軸延伸倍率とフープ延伸倍率の両方を変更することができるが、本発明によると、その結果となる容器で最適な機械的特性およびバリア性能を得るために、従わねばならない関係があると判断した。

本発明の１つの態様によると、ＣＧＰＥＴコポリマーとともに使用する延伸ブロー成形容器を製造するための本発明の射出成形プリフォームは、約１２から約１６、または１２から６の全体的延伸倍率を有するように設計される。特に、これらの特定の全体的延伸倍率以内で、フープ延伸倍率は約５．６から約６．５、または５．６から６．５、または約５．７から約６．５である。軸延伸倍率は約２．４から約２．７、または２．４から２．７である。ＣＧＰＥＴコポリマーは、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、１００℃および９０ｐｓｉで測定される約６５０から約８００ｍｌのフリーブロー容積を有する。別の態様では、ＣＧＰＥＴは、約６５０から約７５０ｍｌのフリーブロー容積を有する。

特定の全体的延伸倍率の配合にするために、これらの範囲内でフープおよび軸延伸倍率を変化させることによって、熱安定性が向上し、軽量化され、エネルギー消費量が減少するなど、性質が改良された延伸ブロー成形容器を提供できることを、発明者らは発見した。このように特性が改良された結果、容器内に閉じ込められる飲料製品にはいくつかの利点が生じる。例えば、飲料の貯蔵寿命の改良である。本発明では、透明または実質的に透明なプリフォームおよび延伸ブロー成形容器も発見した。

延伸ブロー成形容器では、容器は、略円筒形に適合する。この略円筒形の形状の結果、使用中、特に炭酸ソフトドリンクの使用中に構造に与えられる応力は、フープ方向と軸方向では異なる。一般に、フープ方向の応力は、軸方向のそれの約２倍である。炭酸ソフトドリンクでは、内圧によって引き起こされる容器側壁への応力が、容器を延伸させることがある。この現象は、また、当業者にはクリープとしても知られている。クリープは、製品の品質、ならびに容器の品質にとって良くない。特に、クリープは、容器の容積を増大させ、容器の見かけの充填レベルを低下させてしまう。これは消費者に、容器内の製品が少ないという誤った認識を引き起こすことがある。クリープは、容器の変形を引き起こして、容器の形状を変化させることがあり、形状は多くの場合、ブランドを表すものである。クリープは、ＣＳＤのヘッドスペース容積も増加させる。これはＣＯ２を飲料からヘッドスペースへと移動させ、したがって飲料中のＣＯ２の量を減少させる。ＣＳＤの貯蔵寿命は飲料中のＣＯ２の量に決定されるので、ヘッドスペース容積の増加はＣＳＤ製品の貯蔵寿命を大幅に低減する。熱がこの減少を悪化させ、さらに熱膨張またはクリープを引き起こす。

ＣＧＰＥＴコポリマー用に設計された従来のプリフォームは、通常、約１２から約１６の全体的延伸倍率、４．３から５．５の範囲のフープ延伸倍率、および２．４から２．８の範囲の軸延伸倍率を有する。プリフォームの軸延伸を低減させて、この方向の配向度を低下させながら、プリフォームのフープ延伸を増加させて、この方向の配向度を上げることが可能であることを、発明者は発見した。これによって、フープ配向度の向上が達成される。容器の配向は、プリフォームの延伸倍率に関連するので、フープ延伸が高くなると、フープ方向の配向度を増加させ、それ故、フープ方向の変形を減少させることができる。この発見から、軸方向よりもフープ方向でプリフォームを延伸する方が有利であることが判明した。これによって、フープ方向の方が大きく延伸すると、その結果の飲料容器の配向が改良され、それ故、容器の特性が改良されることが判明した。

本発明のプリフォーム設計から製造した軽量容器は、驚くことに、側壁の剛性向上などの特性を呈し、これは従来の設計で、これより重いプリフォームから製造した飲料容器が呈する特性と等しい、またはそれを上回る。特に、本発明の延伸ブロー成形容器は、ＣＧＰＥＴコポリマー（すなわち、従来のＰＥＴ）から製造され、従来のプリフォームの設計を使用する延伸ブロー成形容器よりも、少なくとも軽量化されている。すなわち、本発明のプリフォーム設計から製造した容器は、約１２から約１６の全体的延伸倍率、約２．４から約２．８の軸延伸倍率、および約４．３から約５．５のフープ延伸倍率を有するプリフォームから製造して同じ容積を有する第２の容器（以後、「従来の設計」と呼ぶ）と比較して、重量が少なくとも５％減少している。別の態様では、プリフォームの設計は、重量が少なくとも１０％減少している。本発明のこのような軽量容器は、従来技術の延伸ブロー成形容器と等しいか、またはそれより優れた機械的特性および熱的特性を呈する。さらに、曇りのない容器、または実質的に曇りのない容器が得られる。

類似の物理的性質を有する同じ容器を製造するために従来技術で通常可能なものより軽量のプリフォームを製造するように、プリフォームの物理的寸法を変更できることが判明した。このプリフォームは軽量化されているが、驚くことにその結果の容器は、従来のＰＥＴから従来の重量で従来の設計のプリフォームを使用して製造した容器と比較し、許容可能なレベルの強度を呈し、同等の容器側壁の剛性を提供することが判明した。本発明のこの設計は、従来の重量を有するプリフォームでの使用には推薦されない。本発明のこの設計は、軽量という目的のために特に設計されたものである。それ以外では、従来の重量を有するプリフォームで使用すると、側壁が厚すぎて、サイクル時間が不利になる。

本明細書で検討する本発明のプリフォームの設計方法を使用すると、存在するポリマーの量が減少した容器を生成し、それでも従来技術の軽量化手順と比較して、完成容器の特性で同等の特性を得ることができる。上記容器は軽量であるが、それでも機械的特性が向上し、結晶度が上がり、貯蔵寿命が改良されるという機械的特性および熱的特性の改良を呈し、約１２から約１６の延伸倍率を有するプリフォームを使用して製造することができる。

本発明のプリフォームの設計は、従来技術のプリフォームの設計の技術とは異なる。何故なら、指定された配合に合致するプリフォームは、フープ延伸倍率および軸延伸倍率が比例せずに変動するからである。これは、完成した延伸ブロー成形容器の側壁の剛性を向上させるフープおよび軸延伸倍率を、完成した延伸ブロー成形容器に与える。

図１を参照すると、従来の設計を有するプリフォーム１０が図１に示されている。図１の寸法は正確に縮尺されたものではない。

プリフォーム１０は、本発明の１つの態様ではＣＧＰＥＴコポリマーの射出成形によって製造される。上記プリフォームは、ねじを切った首部のフィニッシュ１２を備え、その下端は蓋フランジ１４で終了する。蓋フランジ１４の下には略円筒形の区間１６があり、これは肉厚を増加させるように、外径が徐々に減少する区間１８で終了する。区間１８の下には、細長い本体区間２０がある。プリフォームの高さは、蓋フランジ１４から細長い本体区間２０の閉じた端部２１まで測定する。

図１に示すプリフォーム１０は、ブロー成形され、図２に示す容器２２を形成する。容器２２が備える外殻２４は、口２８を画定するねじ付き首部のフィニッシュ２６と、ねじ付き首部のフィニッシュの下にある蓋フランジ３０と、蓋フランジから延びるテーパ状区間３２と、テーパ状区間の下に延びる本体区間３４と、容器の底部にある基部３６とを備える。容器の高さは、蓋フランジ３０から基部３６の閉じた端部まで測定する。容器２２は、図２に示すように、容器に入れた飲料３８の製造に適切に使用される。容器に入れた飲料３８は、容器２２および容器の首部２８を密封するクロージャ４０内に配置された炭酸ソフトドリンク飲料のような飲料を含む。

本発明の１つの態様では、本発明のプリフォームの一部を形成する中間本体は、約１．５から約８ｍｍの肉厚を有することができる。プリフォームの一部を形成する中間本体は、約１０から約３０ｍｍの内径を有することもでき、フィニッシュとは反対側のプリフォームの閉じた端部からフィニッシュまで延びるプリフォームの高さは、５０から１５０ｍｍである。１つの態様では、本発明のいくつかの態様により製造した容器は、約０．２５から約３リットルの範囲内の容積、および約０．２５から約０．６５ｍｍの肉厚を有することができる。しかし、本発明のプリフォームの設計に関連して、全体的延伸倍率および軸およびフープ延伸倍率は、本明細書で述べる配合に従って変更しなければならないことに留意することが重要である。

本明細書では、プリフォーム１０およびその結果の容器２２の寸法を参照する。プリフォームの高さＨは、フィニッシュ１２とは反対側のプリフォームの閉じた端部２１からフィニッシュの蓋フランジ１４までの距離である。プリフォーム１０の内径ＩＤは、プリフォームの細長い本体区間２０の内壁間の距離である。プリフォーム１０の肉厚Ｔは、プリフォームの細長い本体区間２０でも測定する。容器２２の高さＨ’は、フィニッシュ２６とは反対側の容器の基部３６の閉じた端部からフィニッシュの蓋フランジ３０までの距離である。容器の最大内径ＭＤは、容器２２の高さに沿って最も広いポイントにおける容器の直径である。プリフォームのフープ延伸倍率は、容器の最大内径をプリフォームの内径で割った値に等しく、軸延伸倍率は、フィニッシュから下の容器の高さをフィニッシュから下のプリフォームの高さで割った値に等しい。プリフォームの全体的延伸倍率は、フープ延伸倍率と軸延伸倍率の積に等しい。

プリフォーム１０、容器２２、および容器に入れた飲料３８は、本発明の例示的実施形態にすぎない。本発明の１つの態様を含むＣＧＰＥＴコポリマーを使用して、様々な形状を有する様々なプリフォームおよび容器を製造することができることを理解されたい。

驚くことに、プリフォームの設計の新規の方法は、以上および共願の特許出願に記載されたＬＮＳＲＰＥＲポリマーより高い延伸倍率を有するＰＥＴであるＣＧＰＥＴコポリマーを使用して、改良型プリフォームの設計を加工するために使用できると本発明の発明者は判断した。本発明のプリフォームの設計方法は、ＣＧＰＥＴコポリマーから軽量の延伸ブロー成形容器を加工するために使用することができる。本発明のプリフォームの設計に優良なＣＧＰＥＴコポリマーの例は、約１から約５モル％の改質、または１から約３モル％の１，４シクロヘキサンジメタノール改質、あるいは約１から約５モル％、または約１から約３モル％のイソフタル酸またはナフタレンジカルボン酸の改質を有するＰＥＴコポリマーを含む。さらに他の態様では、ＣＧＰＥＴコポリマーは、ＤＥＧがＰＥＴ製造工程の自然の副産物であり、このＤＥＧが使用前に除去されないＰＥＴを意味する。上記ＤＥＧの含有率は、約２．４モル％ＤＥＧより大きい、または約３モル％ＤＥＧより大きい。以前に検討したように、ＤＥＧは、ＰＥＴ製造工程の無害な副産物と当業者には考えられている。したがって、飲料容器の製造に一般的に使用されるＰＥＴは、必然的にＤＥＧを含んでいる。本明細書で説明する本発明まで、このような従来のＰＥＴから、商業的に許容可能な軽量の延伸ブロー成形容器を製造することは不可能であった。何故なら、ポリマー含有量を減少させた結果として肉厚が減少すると、完成容器に適切な性能が与えられないからである。

本発明の別の態様では、容器の製造方法が提供され、方法は、本発明の他所で説明するように、ＣＧＰＥＴコポリマーとともに使用する本発明のプリフォームの設計のフープ、軸および全体的延伸倍率の関係を有する射出成形プリフォームをブロー成形することを含む。

本発明の１つの態様の重要性を理解するために、延伸ブロー成形容器を製造する従来のプロセスの概要を述べる。最初に、従来のポリエステルのエステル化／重縮合プロセスによって得たＰＥＴペレットを溶融し、その後に既知のプロセスを使用し、射出成形工程でプリフォームを形成する。第２に、プリフォームを炉内でポリマーのＴｇより高い温度まで加熱し、次に既知のブロー成形工程で容器を形成する。所望の最終結果は、容器内に閉じ込められ、保存される飲料または食品を適切に保護するのに十分な機械的特性およびバリア性を有する透明なプリフォームおよび透明な容器である。

当業者には理解されるように、透明な容器を生成する際の重要な考慮事項は、最初に透明なプリフォームを生成することである。射出成形ステップ中、ポリマーからプリフォームへの変化中に熱誘導の結晶化が生じ得る。熱誘導の結晶化の結果、付随する曇りの形成とともに、ポリマーの大きい晶子が形成されることがある。晶子の形成を最小限に抑え、したがって透明なプリフォームを提供するために、熱結晶化速度は、晶子がほとんど、または全くないプリフォームを生成できるほど、十分に遅くなければならない。しかし、熱結晶化の速度が遅すぎると、ＰＥＴ樹脂の生成速度に悪影響を及ぼすことがある。何故なら、ＰＥＴの分子量を増加させ、同時に望ましくないアセトアルデヒドを除去するために使用されるプロセスである固相重合の前に、ＰＥＴを熱結晶化しなければならないからである。固相重合はポリマーの分子量を増加させ、したがってポリマーから製造される容器が必要な強度を有するようになる。

熱結晶化速度を低下させる従来技術は、特定量のコモノマーを含むＰＥＴを使用することを含む。最も一般的に使用されるコモノマー改質剤は、イソフタル酸、すなわち、１，４−シクロヘキサンジメタノールであり、これを１．５から３．０モル％の範囲のレベルで添加する。

射出成形中に熱結晶化速度を低下させるという要求と相殺されるのは、ブロー成形中に歪みによって誘発されて生じる結晶化度の速度を上げるという要求である。歪みによって誘発される結晶化は、ＰＥＴの急速な機械的変形の結果であり、極めて小さく透明な晶子を生成する。容器の側壁に存在する晶子の量は、一般に容器の強度およびバリア性能に対応する。

特に、プリフォームの設計の従来技術の方法は、コアを変更するか、またはキャビティを変更するか、または従来のプリフォームの設計と類似のフープおよび軸延伸倍率でプリフォームの再設計することに基づいている。これらの従来技術の設計は、完成容器のフープおよび軸方向に加えられる応力の差を考慮に入れていない。本発明の発明者は、完成容器に加えられる応力の差のために、軸方向の延伸よりフープ方向の延伸の方が大きい必要があると判断した。

指定された全体的延伸倍率内で変更した場合、本発明の設計で提供される軸延伸倍率とフープ延伸倍率のバランスをとると、プリフォームは容易に延伸する。同時に、フープ配向が最大になり、その結果の延伸ブロー成形した容器の熱的特性および機械的特性は良好である。

また、本発明のプリフォームの設計をＣＧＰＥＴコポリマーとともに使用すると、これと同じか、または類似の側壁の剛性および熱膨張特性を有する軽量容器を製造できることが判明した。

本発明のプリフォームの設計を使用した容器の軽量化の可能性は、２つの試験、すなわち、以下で提示する実施例で述べるような熱膨張および側壁の撓みで示すことができる。両方の試験とも、容器の機械的特性を実証する。それぞれ熱膨張は、熱膨張を反映し、側壁の撓みは側壁の剛性を反映する。プリフォームの設計に関係なく、同じ樹脂の組成であれば、容器は軽量な方が通常は低い機械的強度、低い熱安定性（およびそれに付随する大きい熱膨張）、および低い側壁剛性（または大きい側壁撓み）を呈する。熱安定性と側壁剛性の両方の性能を改良すると、応力を受けた容器の寸法変化を直径および高さの変化で測定した値であるクリープを大幅に低減させることができる。これは、特に炭酸ソフトドリンクの場合、使用中の重要な要素になり得る。何故なら、大部分の容器は、充填プロセス中およびその後に、何らかの応力、特に機械的応力および加熱からの応力を受けるからである。また、貯蔵および輸送中の過度の温度も、容器に機械的応力をかけることがある。したがって本明細書では、熱膨張および側壁撓み試験は、容器の性能、特に加圧された容器の性能を比較するために使用される。

本発明のプリフォームの設計は、延伸ブロー成形した容器の製造に使用することができる。上記容器は、ボトル、ドラム缶、水差し、および冷却器などを含むが、これらに限定されない。当業者であれば周知のように、このような容器は、射出成形したプリフォームをブロー成形して製造することができる。適切なプリフォームおよび容器構造、およびその製造方法の例が、米国特許第５，８８８，５９８号で開示され、その開示を参照により全体を本明細書に組み込むものとする。当業者に知られている他のプリフォームおよび延伸ブロー成形した容器構造も、本発明に従って加工することができる。

本発明について以上で説明し、以下で例示によってさらに示すが、これはいかなる意味でも本発明の範囲に制限を設けるものではない。逆に、本発明の精神および／または特許請求の範囲から逸脱することなしに、本明細書の説明を読んだ後、当業者に思い浮かぶような様々な他の実施形態、変形、および同等物にも頼らねばならないことを明白に理解されたい。

＜実施例＞
以下の実施例は、当業者に対して、従来のＰＥＴを使用したＰＥＴボトルを軽量化するための本発明のプリフォームの設計を完全に開示し、説明するために述べるものであり、本発明を純粋に例示するよう意図され、発明者がその発明と見なすものの範囲を制限するものではない。数（例えば、量、温度など）については正確さを確保するように努力したが、何らかの誤差および偏差を考慮しなければならない。他に示していない限り、部品は部品数かける重量であり、温度は°Ｆまたは常温であり、圧力は大気圧またはほぼ大気圧である。

様々なＰＥＴ樹脂を真空炉内で１３５℃にして一晩乾燥させ、射出成形前に５０ｐｐｍ未満の水分レベルを達成した。射出成形は、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、実験室規模のＡｒｂｕｒｇユニットのキャビティ射出成形機を従来のプリフォームの型に入れて実行した。次に、プリフォームをバブルにフリーブロー成形して、各ポリマーの延伸倍率を決定した。フリーブロー成形は、各プリフォームの変数について実行し、バブルは１００℃の温度および９０ｐｓｉで吹いた。フリーブロー容積は、ＰＥＴの固有延伸倍率の指標であり、バブル毎に記録する。フリーブロー容積が大きいほど、ＰＥＴの固有延伸倍率は高くなる。

３モル％ＩＰＡで２．８モル％のＤＥＧを有する最初の樹脂は、ＣＧＰＥＴコポリマーまたは従来のＰＥＴコポリマーである。表１から、他の樹脂はこれより少ないフリーブロー容積を有し、それ故、従来のＰＥＴコポリマーより低い固有延伸倍率を呈することが分かる。

６００ｍｌのＰＥＴボトル用に、２６．５ｇのプリフォームおよび２３ｇのプリフォームを設計した。２つのプリフォームの設計の延伸倍率を表２に示す。６００ｍｌボトルの生成に使用する２８ｇのプリフォームのコアを変更することにより、２６．５ｇのプリフォームを得た。

０．８４のＩＶを有するＣＳＤ容器の製造に使用するのに適切な市販の等級のＰＥＴを、真空炉内で１３５℃にして一晩乾燥させ、射出成形前に５０ｐｐｍ未満の水分レベルを達成した。この樹脂は、本発明の開示に従って「従来通り」と見なされる。何故なら、この樹脂は、製造工程に由来する残留ＤＥＧの除去処理をしていないからである。射出成形は、実験室規模のＡｒｂｕｒｇユニットのキャビティ射出成形機で実行し、２６．５ｇと２３ｇ両方のプリフォームの型に入れた。次に、プリフォームをＳｉｄｅｌＳＢＯ１機械でブロー成形し、６００ｍｌの輪郭のボトルにした。

実施例３のボトルで、以下のように熱安定性試験を実行した。

「受け入れたままの」試験ボトルの寸法および厚さを測定した。次に、ボトルを体積の４．１±０．１まで炭酸を入れた水で充填し、蓋をした。充填したボトルを一晩、周囲温度に曝露し、寸法を測定して、パーセント変化を決定した。ボトルを３８℃に曝露し、寸法を測定して、パーセント変化を決定した。

限界寸法変化が表３に挙げてある。

以上の結果は、合格した２３ｇのボトルの方が、安定性試験中の寸法変化が少ないことを実証している。特に、２６．５ｇのボトルは２３ｇのボトルよりはるかに重く（すなわち、肉が厚く）、したがって熱安定性試験における性能が優れていると予想された。驚くことに、本発明のプリフォームの設計を使用して製造した軽い方のＰＥＴ容器が、この重い方の容器よりはるかに優れた熱安定性を呈した。この結果は、本発明のプリフォームの設計方法を使用して、驚くほど良好な熱安定性を有する軽量の延伸ブロー成形容器を製造できることを示す。

耐環境応力亀裂性
実施例４のボトルを、下記のような加速応力亀裂試験にかけた。耐加速応力亀裂試験では、変数毎に２５個のサンプルをランダムに選択し、ＣＯ２の体積の４．１〜４．５まで炭酸を入れた。サンプルは、７２°Ｆおよび５０％ＲＨで２４時間保管した。次に、これらのボトルそれぞれの基部区域を、希水酸化ナトリウム（０．１％）溶液に浸漬した。次に、基部の亀裂を通した二酸化炭素の漏れ、または破局的な基部の損傷を検出するために、各ボトルを３時間にわたって慎重に検査した。炭酸の漏れまたは基部の破壊が検出された場合、この損傷ポイントまでの時間を記録する。

表４から分かるように、２６．５ｇのボトルの方がはるかに重く、苛性応力亀裂試験では長く持つと予想されたが、２３ｇのボトルが２６．５ｇのボトルより性能が優れていた。この試験結果は、本発明のプリフォームの設計方法を使用して従来のＰＥＴから加工した延伸ブロー成形容器は、従来技術のプリフォームの設計から製造した容器よりも改善された機械的特性を呈することを示す。この結果は驚きである。何故なら、厚い方の２６．５ｇの容器の方が性能が優れていると予想されたからである。この結果は、また、本発明のプリフォームの設計方法で、優れた結果が見られることも確認する。

本発明の範囲から逸脱することなしに、本発明には様々な修正および変更ができることが、当業者には明白である。本発明の他の態様は、本明細書で開示された本発明の仕様および実践を考慮すれば、当業者には明白になる。本明細書および実施例は例示にすぎないと見なされる。

本発明の好ましい実施形態により、従来の容器等級のＰＥＴコポリマーで製造した射出成形プリフォームの縦断面図である。本発明の好ましい実施形態により、図１のプリフォームから製造したブロー成形容器の縦断面図である。

Claims

約１２から約１６の全体的延伸倍率を有する射出成形プリフォームから製造する延伸ブロー成形容器であって、
前記全体的延伸倍率は、フープ延伸倍率と軸延伸倍率の積であり、
前記フープ延伸倍率は、約５．６から約６．５であり、
前記軸延伸倍率は、約２．４から約２．７であり、
前記プリフォームは、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、１００℃および９０ｐｓｉで測定される約６５０から約８００ｍｌのフリーブロー容積を有するＣＧＰＥＴコポリマーを備える容器。
前記プリフォームの前記フープ延伸倍率が、約５．７から約６．５である、請求項１に記載の延伸ブロー成形容器。
前記ＣＧＰＥＴコポリマーの前記フリーブロー容積が、約６５０から約７５０ｍｌである、請求項１に記載の延伸ブロー成形容器。
約２３から約２５ｇのＣＧＰＥＴコポリマーを含み、
当該容器の容積が約４５０から約６５０ｍｌである、請求項１に記載の延伸ブロー成形容器。
約１２から約１６の全体的延伸倍率、約２．４から約２．８のフープ延伸倍率、および約４．３から約５．５の軸延伸倍率を有するプリフォームから製造した同じ容積を有する第２の容器と比較して、少なくとも５％の重量が減少した、請求項１に記載の延伸ブロー成形容器。
少なくとも約１０％の重量が減少した、請求項５に記載の延伸ブロー成形容器。
約１２から約１６の全体的延伸倍率を有する延伸ブロー成形容器を製造するための射出成形プリフォームであって、
前記全体的延伸倍率は、フープ延伸倍率と軸延伸倍率の積であり、
前記フープ延伸倍率は、約５．６から約６．５であり、
前記軸延伸倍率は、約２．４から約２．７であり、
前記プリフォームは、最大直径が６５ｍｍであり、高さが容器のフィニッシュの下から２００ｍｍあり、フープ延伸倍率が５．５であり、軸延伸倍率が２．６である５００ｍｌ容器用に設計された２５グラム重量のプリフォームを使用して、１００℃および９０ｐｓｉで測定される約６５０から約８００ｍｌのフリーブロー容積を有するＣＧＰＥＴコポリマーを備える容器。
前記プリフォームの前記フープ延伸倍率が、約５．７から約６．５である、請求項７に記載の射出成形プリフォーム。
前記ＣＧＰＥＴコポリマーの前記フリーブロー容積が、約６５０から約７５０ｍｌである、請求項７に記載の射出成形プリフォーム。