[发明专利]用于塑料瓶的冷等离子体处理的方法和实施该方法的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于通过冷等离子体连续处理瓶子的方法，其中所述瓶子 特别是用于容纳液体(特别是食物或制药用液体)的塑料瓶。本发明还涉 及用于实施该方法的装置。

背景技术

在本发明的上下文中，“冷”等离子体指的是其中只有气体中的自由 电子通过电激发被提高至高平均能级，而气体的分子和原子维持实质上对 应于环境能量的平均热能。

塑料瓶中的液体的灭菌包装是食品包装行业的一个正在扩展的分支。 它用于延长货架期和/或改善微生物安全。它：

-一方面，用于容易被病原菌污染的矿泉水；

-另一方面，用于经超高温(UHT)杀菌的可长期贮藏的产品，以避 免重新引入容易使产品(牛奶、汤、果汁)不适合消费的细菌。

此外，为了包装这些产品中的一部分，需要提高瓶子的气密性以减缓 气态或挥发性物质与外界的往来转移，特别地阻止碳酸饮料和啤酒中CO₂的损失、氧气的透入和/或味道的迁移。

这些杀菌和可选地气密操作必须结合在从瓶子成型延续到所述瓶子的 装填的灌装线中。

因此，在灌装单元中连续执行下列操作：

-通过挤制吹塑使瓶子成型；

-可选地，在不能由包括阻挡聚合物的多层结构直接产生扩散阻挡层 的情况下，形成扩散阻挡层；

-对制成的瓶子进行杀菌；

-用预先灭菌的液体进行装填；

-和在对塞子本身进行杀菌之后加上塞子。

在该行业中，增加产量和削减成本是主要的关注点。上述操作的连续 性源自关于各个操作在专门机器上的特殊技术，并且意味着要在生产线的 几个站之间进行转移。因此，试图通过调整或者通过改变该项技术来减少 各个步骤的持续时间，和使在生产线的各种站之间的转移次数最少。

按照惯例，在现有的灌装线上是通过氧化性的化学杀菌液体(诸如过 氧化氢、过乙酸、臭氧水等)来进行杀菌的。在装填之前，瓶子被浸渍或 内部喷淋、  (可选地)加热、漂洗和干燥。这种方法是有效的，但是它产 生液体排出物，而该液体排出物的处理成本要加到该方法的成本中去。此 外，一般而言，水路循环的管理总是引起形成意外或不可避免的微生物污 染的危险，这正是该领域的公司想要消除的。

对于其它类型的用于液态食品的容器(诸如由纸板/铝/聚合物多层制成 的长方形包装)，杀菌是通过紫外线辐射、特别是脉冲模式下的紫外线辐 射来实现的，其中所述紫外线辐射还可能与氧化性的杀菌液体一起作用。 在紫外线辐射和杀菌液体结合起来使用的情况下，获得协同作用且杀菌会 非常迅速。然而，这种方法(其对于处理长方形包装的铝制内表面而言是 理想的)侵蚀性太强以致于不能用在瓶子上。此外，使用UV灯的缺陷在 于其辐射具有方向性，即在明确定义并且有限的立体角内发射辐射。因此， 它在到达待灭活的细菌之前因被处理的容器的几何形状而受到屏蔽作用。 这种方法因此不适合瓶子的几何形状。

已知，在减小的压力下维持在某些气体中的放电等离子体对微生物具 有灭活作用。等离子体杀菌已被考虑用于食品容器。因此，文献EP-1 068 032考虑了利用现场激发的氧微波等离子体减少瓶子内壁上的微生物污染 的可能性(无其它细节)。然而，据称如果未在第二步中结合液体阶段的 话，则效率不足。等离子体作用机制未被描述。

就瓶子的气密性，提出了多种解决方案。

在本申请中并且根据本发明，术语“气密性”或者“扩散阻挡层的沉 积”同样用于指定以下操作，其包括：在瓶子表面上沉积用于限制气体分 子从瓶外扩散到瓶内和从瓶内扩散到瓶外的层。

基于多层共同挤压的方案招致分层危险，并且成本高。树脂涂层效率 低并且引发回收问题。在这两种情况下，聚合物阻挡层保持接触液体且可 能与之相互作用，因而导致化学污染物的转移。

另一种解决方案包括通过与等离子体激发的化学品蒸汽发生反应在瓶 子的聚合物表面上形成阻挡材料层(称为等离子体增强化学气相沉积或 PECVD法)。下面描述这项技术的原理。

首先，电磁激发能被吸收到气体中以维持其中的等离子体态，其中所 述电磁激发能可以是连续的、(可选地)脉冲的、或者在可能延续至微波 范围的频率范围内交替变化的。