[发明专利]热灌装塑料容器的注射拉伸吹塑成型(ISBM)制造方法及其热灌装处理

说明书

技术领域

本发明涉及热塑性聚合物、例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的注射拉伸吹塑成型，以用于制造热灌装容器，优选为瓶子。

本发明尤其涉及在吹塑成型所述预成型件以前，在所述容器的制造中使用的预成型件的热调节。

本发明还涉及通过所述方法获得的热灌装耐热(HR)容器，以及这些HR容器的热灌装装瓶处理。

背景技术

PET是具有大约76℃的玻璃转变温度(Tg)的半结晶热塑性塑料。这意味着，在此温度以上，链在非晶体部分中获得移动性，并且由此从宏观尺度上软化材料。在Tg以上的此弹性性能使得能够通过注射拉伸吹塑成型(ISBM)处理进行容器、尤其是瓶子的制造。

在ISBM处理中，首先利用注塑成型处理使塑料成型为“预成型件”。这些预成型件制造为具有容器的颈部，包括在一端上的螺纹(表面处理)。这些预成型件被包装，并且随后(在冷却以后)供给到再加热拉伸吹塑成型装置中，其中预成型件被加热到它们的玻璃转换温度以上，然后利用金属吹塑模具利用高压将空气吹送到瓶子中。吹塑装置包括吹管，其将加压空气注入到预成型件内部，以使其膨胀并且与模具适配。吹管还在拉伸与吹风过程中通过倾斜与按压在预成型件的底部上参与拉伸。

此外，热灌装是众所周知的杀菌方法，包括：

在至少15s(通常地15-30s)内将高酸性(pH-4.6)液体加热到90-95℃的区域中的温度；

将其保持在这些温度大约2-3分钟；

冷却并且在范围82-85℃的温度下将其灌装到容器中；

密封地并且立即地闭合所述灌装容器，所述容器优选地朝它们的侧面放下，从而瓶口与闭合件也被灭菌；

冷却容器以防止液体的热分解。

通过此大约76℃的Tg，PET初始地不适于作为用于在此温度以上的热灌装处理的瓶子聚合物材料，其中软化的PET对可能发生的变形存在较低的抵抗力，即：

1.收缩；以及

2.塌陷

1.由于分子在不稳定阶段(在吹塑处理过程中)拉伸，因此瓶子收缩，即残余应力，一旦T＞Tg，残余应力就释放(T＝瓶壁温度，并且Tg＝瓶子塑料聚合物材料的玻璃转变温度)。通过将聚合物的非结晶部分拉伸到更接近无规卷曲的构造引起此收缩。

此现象在标准ISBM冷固化处理中特别地显著，其中吹塑成型壁被冷却。此冷却造成内部应力，其在热灌装过程中扩大了加热处的收缩。

由此，标准的ISBM冷固化处理不适于制造热灌装瓶。

此外已知的是，PET中的非结晶部分的百分比越高，收缩越重要。

这就是为何通过ISBM制造PET热灌装瓶的通常做法，是在拉伸以前或以后更进一步加热PET瓶子，以得到完成拉伸诱导的结晶的热诱导结晶。增加的结晶度为PET提供了显著增强的热稳定性。热变形温度(HDT)增加。这些标准的ISBM热固处理，也称作为“耐热(HR)处理”，提供对ISBM热灌装瓶的接近。

2.由于在瓶子的头部空间区域中存在空气，因此瓶子在填充内压之后的冷却步骤过程中形成的内部下压的作用下塌陷。

可以通过在瓶壁中设计真空面板控制此塌陷，在瓶子不塌陷的情况下真空面板补偿在冷却期间产生的负压(真空)。这些真空面板使瓶子能够不以不期望方式、在不期望部分变形。

但是这些真空面板涉及使用造成这些PTE瓶的经济负担的更多PET。

US8468785B2说明了存在两种“HR处理”：一部分HR处理以及两部分HR处理。

在一部分HR传统处理中，基于模具的壁的高温度获得双轴定向PET链的结晶化的增加。

预成型件首先通过适当的烤炉以适于分子定向的温度预先，即在Tg与熔化温度之间的温度加热，例如经由通过成行的红外辐射(IR)灯发射的红外线辐射，并且然后吹塑加热模具中的瓶子(100-140℃)。所述模具与系统联接，此系统吹送新鲜空气以便在将其从吹塑模具移除以前固化聚合物材料并且将其传送到灌装步骤。模具的温度允许PET的结晶化增加(30％以上)，以使瓶子的结构稳定，以避免在热灌装过程中瓶子的收缩。

在两部分HR传统处理中，预成型件也如上所述预先加热，并且然后吹塑，并且拉伸直到远大于瓶子的体积的体积。此后，通过加热预成型件超过Tg使预先加热的过度吹塑的预成型件的体积缩小，并且然后吹塑并且在模具中成型为待制造的瓶子的形状与尺寸。

US8468785B2增加了因为HR传统处理隐含着补充的、复杂的和昂贵的热固处理并且因为它们未防止对可热灌装PET瓶的重量、成本与外观有害的真空面板的设计，因此这些HR传统处理不合格。