專利名稱：具有碳處理內(nèi)表面的塑料容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于回收塑料的塑料容器。更特別是，本發(fā)明涉及基于回收塑料的吹塑塑料容器，其具有抗?jié)B性和具有碳涂布的內(nèi)表面。
按照慣例，回收塑料用于容器，特別是那些容納人消費(fèi)的內(nèi)容物的容器已限于多層塑料容器，在此回收塑料是不直接接觸到容器內(nèi)容物的外層。
多層塑料容器通常在很大的范圍內(nèi)被用于包裝產(chǎn)品，包括食物和飲料，藥物，既衛(wèi)生又美觀，以及家用產(chǎn)品。眾所周知，塑料容器易于模塑，成本具有競爭性，重量輕，以及通常適合于許多應(yīng)用。多層容器具有的好處是能夠在每一層使用不同的材料，其中，每種材料具有適應(yīng)執(zhí)行所要求功能的特殊性能。
因?yàn)樗芰先萜骺梢栽试S低分子氣體，如氧氣和二氧化碳，緩慢地滲透入它們的物理結(jié)構(gòu)，所以當(dāng)與由其它滲透性較小的材料如金屬或玻璃形成的容器比較時(shí)，使用塑料容器有時(shí)顯示是不太理想的。在大多數(shù)的應(yīng)用中，產(chǎn)品內(nèi)容物的保存期限與能有效地對付這種分子滲透的包裝能力直接相關(guān)。在碳酸飲料的情況中，如啤酒，容器周圍大氣中的氧能夠逐漸向里滲透入容器的塑料壁到達(dá)容器的內(nèi)部并使內(nèi)容物變壞。而且，內(nèi)容物產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w可以向外滲透入容器的塑料壁直到終于釋放在外面，造成碳酸飲料損失一些味道并且可能變得“平淡”。
為了解決上述涉及的一些問題，塑料容器生產(chǎn)者已經(jīng)利用各種技術(shù)去減少或消除諸如此類氣體的吸收和/或滲透。一些更普通的技術(shù)包括增加全部或部分容器壁的厚度；在壁結(jié)構(gòu)中加入一個(gè)或多個(gè)阻隔層；包括在容器壁內(nèi)的氧清除或反應(yīng)材料；以及在容器的內(nèi)和/或外表面上施加各種涂料。然而，許多傳統(tǒng)的阻隔和/或清除劑材料將不會有效地減少氧或二氧化碳二者在延長期時(shí)間滲透。而且，通常還有與大多數(shù)傳統(tǒng)技術(shù)有關(guān)的其它實(shí)際問題，最普通地，增加材料費(fèi)用和/或生產(chǎn)無效率。
近來，塑料的使用已經(jīng)成為一個(gè)重大的社會問題。回收已成為一種日益重要的環(huán)境事務(wù)，以及許多政府和管理專家繼續(xù)研究解決該問題。在許多管區(qū)中，有關(guān)回收塑料最小含量和塑料容器的收集、返回和再使用的法規(guī)要么已經(jīng)考慮或者已經(jīng)頒布。例如，在塑料容器用于容納消耗品的情況中，如食品或飲料，規(guī)定常常要求某種內(nèi)容物和接觸到該內(nèi)容物的最里層的最小厚度。傳統(tǒng)的方法，如共注塑或多注塑，常常受到能夠有效地加入到容器結(jié)構(gòu)中的回收塑料量的限制。通常能夠有效地加入到適于食品內(nèi)容物的傳統(tǒng)共注塑容器的回收量小于容器總重量的40％。
因此，工業(yè)上存在一種需求及本發(fā)明的目的是提供一種具有高回收量的塑料容器，其適于盛裝碳酸類產(chǎn)品如碳酸飲料，并且當(dāng)與由其它材料制成的商品容器比較時(shí)，能夠提供令人滿意的性能水平。還存在著一種需要，即利用傳統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)大批量商品量的這類容器的方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的并需要提供一種具有抗?jié)B性的基于回收塑料的容器，以及將傳統(tǒng)多層塑料容器的高成本麻煩減至最小或避免。還有更進(jìn)一步的目的是在合理的成本以商業(yè)上適宜的工藝及有效的產(chǎn)品來做這些。
認(rèn)識這些有關(guān)傳統(tǒng)多層塑料容器的問題和關(guān)系，特別是那些用于容納碳酸類飲料的多層容器，提供一種具有增強(qiáng)的阻氣性和高回收塑料含量的塑料容器是有益的。根據(jù)本發(fā)明原理構(gòu)造的容器在那些上述可得優(yōu)點(diǎn)之上提供幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)一般是通過使用合乎需要的回收塑料和在容器內(nèi)表面上的碳涂層來實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)重大的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的容器可以有所希望的大回收量。而且，利用傳統(tǒng)的加工技術(shù)和制造設(shè)備能夠生產(chǎn)出改進(jìn)的容器。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是具有功能和商業(yè)利益的現(xiàn)有容器的有效抗?jié)B性在含有大量回收塑料的容器也具有。而且，根據(jù)本發(fā)明的原理生產(chǎn)的容器易于后來的回收使得本發(fā)明的實(shí)施非常有利。此外，本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)是允許制造者在沿著容器的內(nèi)和/或外層的垂直長度上的任何給定位置，可控制地改變材料的配置和壁厚。
根據(jù)本發(fā)明的原理，提供的吹塑多層容器具有上壁部，位于上壁部下方的中間側(cè)壁部，以及位于中間側(cè)壁部下方的底部，底部適于非獨(dú)立或獨(dú)立地支持容器。該容器包括一層由回收塑料形成的模塑外層和一碳涂層鄰接并合乎需要地在模塑外層的內(nèi)表面上，模塑外層大體上是與內(nèi)層作同等擴(kuò)張的?；厥盏耐鈱雍兄辽?0％重量的回收塑料，但是，根據(jù)應(yīng)用的需要可以含有大于75％重量的和希望超過90％重量的回收塑料。在優(yōu)選的實(shí)施例中，外層的厚度沿其垂直長度可控制地調(diào)節(jié)。如果需要，外層也可以包括另外的抗?jié)B性材料和/或氧清除/反應(yīng)材料加入其中。
根據(jù)本發(fā)明的原理，吹塑多層容器也提供具有上壁部分，位于上壁部下方的中間側(cè)壁部分以及位于中間側(cè)壁部下方的底部，底部采取非獨(dú)立地或獨(dú)立地支持容器。容器包括(ⅰ)由塑料材料形成的模塑內(nèi)層，該內(nèi)層具有垂直長度和碳處理的內(nèi)表面；和(ⅱ)由回收塑料形成的模塑外層，它大體上是與內(nèi)層作同等擴(kuò)張的?；厥盏耐鈱雍腥萜骺傊亓康闹辽?0％重量，但是，根據(jù)應(yīng)用的需要，能夠包含大于90％重量。在優(yōu)選的實(shí)施例中，內(nèi)和/或外層的厚度沿著它們各自的垂直長度可控制地調(diào)節(jié)。如果功能上需要，內(nèi)層和/或外層也可以包括另外的抗?jié)B性材料和/或氧清除/反應(yīng)材料。
本發(fā)明的其它和更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)及新的特征，從下面實(shí)施本發(fā)明的最佳方式的詳細(xì)說明，同時(shí)結(jié)合相關(guān)的附圖是顯而易見的，其中，以插圖和例子的方式，公開本發(fā)明的實(shí)施方案。


圖1A,1B和1C是容器各部分的橫截面和放大視圖，其中表明了形成容器各層的相對厚度。
圖2是多層預(yù)成型品的一個(gè)例子的局部剖面圖。
圖3是多層預(yù)成型品的另一例子的局部剖面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明原理的容器的剖面圖。
圖5,6和7是容器各部分的橫截面和放大視圖，其中表明了形成容器各層的相對厚度。
圖8是預(yù)成型品的一個(gè)例子的局部剖面圖。
圖9是預(yù)成型品的另一例子的局部剖面圖。
參見圖1A-1C，它們分別表示圖1的1A,1B和1C部分的放大詳圖，該容器10包括(a)模塑內(nèi)層20，具有垂直長度和內(nèi)表面22；(b)模塑外層24；和(c)中心垂直軸線A。模塑內(nèi)層20的內(nèi)表面22至少部分地涂布碳的薄層或薄膜26。當(dāng)不需要用外層24完全包封內(nèi)層20時(shí)，優(yōu)選模塑外層26大體上是與內(nèi)層20同等擴(kuò)張的并對容器10的壁提供結(jié)構(gòu)支持。
模塑內(nèi)層20是由熱塑性材料構(gòu)成。下列樹脂可用作內(nèi)層20的塑料材料聚乙烯樹脂，聚丙烯樹脂，聚苯乙烯樹脂，環(huán)烯烴共聚物樹脂，聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂，聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂，乙烯-(乙烯醇)共聚物樹脂，聚-4-甲基戊烯-1樹脂，聚(甲基丙烯酸甲酯)樹脂，丙烯腈樹脂，聚氯乙烯樹脂，聚偏二氯乙烯樹脂，苯乙烯-丙烯腈樹脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂，聚酰胺樹脂，聚酰胺酰亞胺樹脂，聚縮醛樹脂，聚碳酸酯樹脂，聚對苯二甲酸丁二醇酯樹脂，離聚物樹脂，聚砜樹脂，聚四氟乙烯樹脂等等。當(dāng)涉及食品內(nèi)容物時(shí)，內(nèi)層20優(yōu)選由純聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，和/或聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯的共混物形成。然而，也可使用其它熱塑性樹脂，特別是被批準(zhǔn)用于與食品接觸的那些。
模塑外層24是由回收塑料材料構(gòu)成的，包括前段文字中陳述的塑料，但是通常是由回收的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成。但是，本發(fā)明不限于一種具體類型的回收塑料而且也可使用其它的回收塑料材料。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，內(nèi)層20的壁厚，沿其垂直長度取在0.5密耳-5密耳(0.0127mm-0.127mm)的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在1-2密耳(0.0254mm-0.0508mm)之間。在某些情況中，如涉及食品內(nèi)容物的地方，可以指定內(nèi)層20要求的最小厚度并且必須滿足。如圖1和圖1A,1B及1C所示，內(nèi)層的厚度可以沿垂直長度變化。在這種方式中，容器10的不同部分沿垂直長度能夠有可變的控制厚度，提供改善的材料使用情況和增加設(shè)計(jì)適應(yīng)性。例如，位于上部12的內(nèi)層20(如圖1A所示)的厚度可以比中間側(cè)壁部14(如圖1B所示)薄。而且，在壁底部16(如圖1C所示)的內(nèi)層20的厚度可以比在中間側(cè)壁部14(如圖1B所示)的同樣的層厚度要厚。
與本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)一致，內(nèi)層含有少于容器10總重量的0.60重量，優(yōu)選少于容器10總重量的0.30，更優(yōu)選少于容器10總重量的約0.15。本發(fā)明利用異常薄的內(nèi)層20的能力-具體地當(dāng)與其它傳統(tǒng)多層容器比較時(shí)-能夠提供重大的經(jīng)濟(jì)利益和刺激，特別是在原材料比回收材料更貴和/或缺乏的情況。
如先前所述，內(nèi)層20的內(nèi)表面22涂布一薄碳層26，其為增強(qiáng)容器10提供增強(qiáng)的抗?jié)B性。在優(yōu)選的實(shí)施例中，碳涂層26是由摻雜氮?dú)獾母叨葰浠療o定形碳構(gòu)成。碳涂層26的厚度小于約10μm及涂層26的重量小于容器總重量的約1/10,000th。本發(fā)明的一個(gè)重要特征是處理500cc的塑料容器需要的碳涂層26僅為3mg。而且，盡管碳涂層26顯著的薄，提供的抗?jié)B防護(hù)量卻是很大的，并且當(dāng)與金屬罐頭和玻璃瓶中達(dá)到的防護(hù)比較時(shí)，氧和二氧化碳的滲透防護(hù)是滿意的，初步的測試顯示有關(guān)本發(fā)明提供的防止氧滲透的抗?jié)B性可以比用未處理的PET制成的容器好30倍以上。提供的防止二氧化碳滲透的抗?jié)B性比用未經(jīng)處理的PET制成的容器好7倍以上；和提供的防止全部乙醛遷移的抗?jié)B性能夠比未經(jīng)處理的PET好6倍以上。
模塑外層24含有容器10總重量的至少約0.40重量，但是對于某些應(yīng)用可以含有超過容器10總重量的0.90重量。在優(yōu)選的實(shí)施例中，外層24的壁厚，沿其垂直長度在6-23密耳(0.1524mm-0.5842mm)范圍內(nèi)。如圖1和圖1A,1B及1C所示，外層厚度也可沿其垂直長度分別地或獨(dú)立地變化。在這種方式中，容器10的不同部分(垂直于中心縱軸A)可以有不同的內(nèi)層厚度，不同的外層厚度和/或不同的總厚度尺寸，全部由設(shè)計(jì)而定。例如，位于上部12的模塑外層24的厚度(如圖1A所示)可以比中間的側(cè)壁部分14厚得多(如圖1B所示)。同樣地，在壁底部16的外層24的厚度(如圖1C所示)可以比中間側(cè)壁部14(如圖1B所示)同層的厚度厚。因?yàn)槟Ｋ芡鈱?4通常是由不太貴的塑料材料構(gòu)成，其不直接接觸容器10的內(nèi)容物，不太貴的材料可以用于成型許多容器結(jié)構(gòu)的有機(jī)組成部分，如圖1和圖1A所示的頸部凸緣30和外螺紋30。
然而，常常是不必要的-并能夠使回收過程復(fù)雜化-在特殊應(yīng)用中，內(nèi)層20和/或外層24可以進(jìn)一步包括另外的抗?jié)B性材料和/或氧清除/反應(yīng)材料(未示出)，這在本領(lǐng)域里通常是已知的。使用阻隔層材料的更普通的一些例子包括，偏氯綸，乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)和丙烯腈共聚物，如Barex。術(shù)語偏氯綸是使用其普通的商業(yè)意義規(guī)劃例如由1,1-二氯乙烯和氯乙烯或丙烯酸甲酯聚合形成的聚合物。另外的單體可以包括眾所周知的。最通常使用的經(jīng)常是1,1-二氯乙烯聚合物，而且其它的防氧滲透材料是眾所周知的。氧清除材料可以包括由幾家大石油公司和樹脂制造商為此目的而銷售的材料。這種材料的一個(gè)具體例子是在商品名AMOSORB下銷售的，并可從市場上買到來自阿莫科公司的。
本發(fā)明的又一顯著優(yōu)點(diǎn)是其提供有效抗?jié)B性的能力，摻入高含量的回收塑料，以及有利于當(dāng)今的回收。內(nèi)層20和外層24兩者都是由塑料材料構(gòu)成且能夠易于回收。不同于經(jīng)常使用在多層容器方面的許多其它防滲材料，其難于分離，本發(fā)明的碳涂層26對于構(gòu)成容器10的塑料材料的回收沒有影響。
本發(fā)明包括另外的優(yōu)點(diǎn)，即能提供抗?jié)B性增強(qiáng)的容器10，其可用于容納食品。內(nèi)表面經(jīng)無定形碳膜處理過的塑料容器經(jīng)Technische NationalOnderzoek批準(zhǔn)用于與食品接觸，該標(biāo)準(zhǔn)組織為歐洲經(jīng)濟(jì)共同體所認(rèn)可，美國食品和藥物管理機(jī)構(gòu)(USFDA)一般是在方法上批準(zhǔn)。
本發(fā)明的容器10可以通過幾種已知的加工技術(shù)的任一種形成，該技術(shù)允許多層吹塑容器10的制造具有塑料模塑內(nèi)層20和相對厚的回收塑料模塑外層24。在優(yōu)選的實(shí)施例中，多層容器10經(jīng)過吹塑工序形成，包括一多層預(yù)成型品34，通常如圖2中所描繪的。雖然沒有要求的特點(diǎn)，但是，預(yù)成型品34可以包括頸部凸緣30(用于再加工目的)和外螺紋32(以保證封閉)，這與圖1所示的同樣特征相一致。在容器10吹塑后，如圖1所示，但是在填充操作之前的一些時(shí)候，容器10的內(nèi)層20的內(nèi)表面22作碳處理，如下面進(jìn)一步的討論。
在第一優(yōu)選實(shí)施例中，如圖2所示，預(yù)成型品34是通過擠塑成型具有內(nèi)表面22＇的內(nèi)層20＇和注塑成型外層24＇而生產(chǎn)的。預(yù)成型品34的內(nèi)層20＇和外層24＇與容器10的內(nèi)層20和外層24相一致。預(yù)成型品內(nèi)層20＇的擠塑允許制造廠家生產(chǎn)出比通常可能利用傳統(tǒng)注塑或共注塑方法的更薄的層。例如，擠塑多層預(yù)成型品34的內(nèi)層可以制成如15-20密耳(0.381mm-0.508mm)一樣薄或更薄。相反，如果不是不可能，也是難于可靠地注塑一內(nèi)層具有同等厚度外形。而且，擠塑或共擠塑方法允許制造廠家易于沿著擠出物長度改變所擠出材料的厚度，變化內(nèi)層厚度是所希望的，由于包括美學(xué)的，有效的材料利用和成本降低，以及不同的強(qiáng)度要求的幾個(gè)原因。
預(yù)成型品34的外層24＇是由回收塑料材料成型，并且根據(jù)本發(fā)明，大體上比內(nèi)層20＇要厚，外層24＇可以在內(nèi)層20＇之上注塑或壓塑，盡管注塑通常是優(yōu)選的。這樣的重疊模塑法還允許成型頸部凸緣30和外螺紋32。
在第二個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，多層預(yù)成型品34的生產(chǎn)是通過熱成型一種塑料薄片材和成型該片材成為預(yù)成型品34的具有內(nèi)表面22＇的內(nèi)層20＇。熱成型方法允許成型具有非常薄的內(nèi)層20＇的預(yù)成型品34。事實(shí)上，最小壁厚為3密耳(0.0762mm)或更小是可能的。如在擠塑內(nèi)層20＇的情況下，一旦預(yù)成型品34的內(nèi)層20＇形成，回收塑料外層24＇就能在內(nèi)層20＇之上注塑或壓塑從而提供多層預(yù)成型品34。圖3是一個(gè)具有熱成型內(nèi)層20＇和注塑外層24＇的成型預(yù)成型品34的代表性例子。根據(jù)這種第二優(yōu)選實(shí)施例的原理成型的預(yù)成型品34通常較好地適合于要求較大開口13或配嘴的應(yīng)用。
然后多層容器可以利用傳統(tǒng)的吹塑工序吹塑。由于在隨后的吹塑加工中，預(yù)成型品34將被拉伸和“變薄”，預(yù)成型品34的厚度-在與吹塑容器相同部分相應(yīng)的部分-將固有稍厚幾分，事實(shí)上，預(yù)成型品34各部分的厚度通常是考慮形成成品容器10要求的外形厚度所必須的拉伸和環(huán)向膨脹量設(shè)計(jì)。為清晰性起見，在下文，具有未經(jīng)碳處理的內(nèi)層和外層20,24的容器，應(yīng)與內(nèi)表面22經(jīng)碳處理過的容器10區(qū)別開。
在具有內(nèi)層20和外層24的容器生產(chǎn)出來后，一碳涂層形成在內(nèi)層20的內(nèi)表面22的至少一部分。碳涂層26不必立刻施加到容器，然而，通常更有效的是在容器吹成之后并在適當(dāng)?shù)臏囟惹€內(nèi)迅速地施加涂層26。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，將吹塑多層容器從傳統(tǒng)的高速旋轉(zhuǎn)吹塑機(jī)中取出，并隨后直接或間接地(即，經(jīng)過中間再加工步驟)傳送到用于給容器施加碳涂層26的裝置。在高速生產(chǎn)應(yīng)用中，碳涂層裝置通常也將是旋轉(zhuǎn)型的，能夠用于將碳涂層施加到容器10的內(nèi)表面22的這種裝置的一個(gè)例子從SidelofLe Havre,France可得并且是在商品名“ACTIS”下在市場上銷售。
用于碳涂布多層容器10的方法將在下面更進(jìn)一步地細(xì)述。根據(jù)用于碳涂布容器10的內(nèi)表面22的一種優(yōu)選方法，提供一種具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和中心立軸的傳統(tǒng)的碳涂布或碳處理裝置。碳涂布裝置通常繞其中心立軸以第一旋轉(zhuǎn)方向，即反時(shí)針方向以相當(dāng)高的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。吹塑機(jī)或其它旋轉(zhuǎn)容器傳遞機(jī)構(gòu)，通常位于很靠近碳涂層裝置的地方，功能是為隨后的涂碳處理的提供容器來源。為便于傳遞，旋轉(zhuǎn)容器傳遞機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向與碳涂布裝置的旋轉(zhuǎn)方向相反-即順時(shí)針-并且多層容器10機(jī)械地從容器傳遞機(jī)構(gòu)移動(dòng)到碳涂布裝置。盡管本發(fā)明的實(shí)踐沒有要求，容器10優(yōu)選包括頸部凸緣30或其它物理手段用于機(jī)械傳遞過程中至少部分地支持容器10。
當(dāng)容器10從傳遞機(jī)構(gòu)傳遞到碳涂布裝置時(shí)，容器10優(yōu)選被上部12固定在垂直的方向，開口13一般朝上。如果需要，也可產(chǎn)生真空，并用以支持或部分地支持容器10。在傳遞過程中，單個(gè)容器10是通過接納機(jī)構(gòu)接納，接納機(jī)構(gòu)是碳涂布裝置的部件。接納機(jī)構(gòu)繞碳涂布裝置的中心軸旋轉(zhuǎn)，抓住或固定該容器，以及封閉該容器上部12的開口13，很像一個(gè)蓋子。當(dāng)適當(dāng)?shù)囟ㄎ挥诔^并鄰接開口13時(shí)，接納機(jī)構(gòu)產(chǎn)生密封從而“不透氣”地在容器上密封。
該接納機(jī)構(gòu)包括至少有兩個(gè)孔位于容器的開口13之上，用于從容器內(nèi)引入或排除氣體。在接納機(jī)構(gòu)中的第一個(gè)孔與真空源相通，如真空泵，在接納機(jī)構(gòu)已經(jīng)可靠地密封住開口13后，容器內(nèi)的空氣用真空裝置通過第一孔排出。真空度落在約10-2-10-5乇范圍內(nèi)是理想的，以便縮短達(dá)到真空的排出時(shí)間和節(jié)約為此必需的能量。在10-2乇以上的較低真空度下，容器中的雜質(zhì)增加較大，另一方面，在10-5乇以下的較高真空度下，需要增加時(shí)間和大量能量以排出容器中的空氣。
一旦容器中的空氣被排空，隨后用新氣體填充或“進(jìn)料”，其將用于碳涂層26的形成。新氣體的流速優(yōu)選在約1-100ml/min的范圍內(nèi)。優(yōu)選容器內(nèi)新氣體的擴(kuò)散通過提供擴(kuò)張而增強(qiáng)，如一根具有多個(gè)吹孔的管子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在開口13被密封一會兒后擴(kuò)張通過第二孔進(jìn)入容器10內(nèi)，并且擴(kuò)張延伸到約25.4mm-50.8mm(1.0in-2.0in)范圍內(nèi)的容器最低部分。
新氣體可以由脂族烴類、芳香族烴類、含氧烴類、含氮烴類等等組成，在室溫為氣態(tài)或液態(tài)。優(yōu)選各具有6個(gè)或多于6個(gè)碳原子的苯、甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯和環(huán)己烷。新氣體可以單獨(dú)使用，但也可使用兩種或多于兩種新氣體的混合物。而且新氣體也可在用惰性氣體如氬和氦稀釋的狀態(tài)下使用。
容器被碳涂布裝置的接納機(jī)構(gòu)接納后的某一點(diǎn)，將容器插入提供來容納容器的圓筒或其它中空空間。在優(yōu)選的實(shí)施例中，碳涂布裝置包括許多中空的圓筒，其與接納機(jī)構(gòu)同向并同步旋轉(zhuǎn)。更優(yōu)選固定和密封容器的開口13的接納機(jī)構(gòu)也起作用覆蓋圓筒。
在新氣體供入容器后，能量從高頻電能源傳遞到容器，如微波產(chǎn)生裝置，電能的效果產(chǎn)生等離子體和引起極度的分子激發(fā)離子化及碳涂層26在容器的內(nèi)表面22上形成。
雖然上述方法說明了一種在容器內(nèi)表面22上形成碳涂層26的過程，但是其它傳統(tǒng)的方法也能成功地使用。例如，塑料容器可代之以被插入和接納在外電極內(nèi)，及具有位于容器內(nèi)的內(nèi)電極。容器排空并通過內(nèi)電極提供進(jìn)新氣體后，電能由高頻電源供應(yīng)到外電極。供應(yīng)的電能在外電極和內(nèi)電極之間產(chǎn)生等離子體。因?yàn)閮?nèi)電極是接地的和外電極是通過絕緣件絕緣的，在外電極上產(chǎn)生負(fù)的自給偏壓，結(jié)果碳膜均勻地沿著外電極形成在容器內(nèi)表面上。
當(dāng)?shù)入x子體在外電極和內(nèi)電極之間產(chǎn)生時(shí)，電子堆積在絕緣外電極的內(nèi)表面上對外電極負(fù)充電，在外電極上產(chǎn)生負(fù)的自給偏壓。在外電極，由于電子的堆積產(chǎn)生電壓降。此時(shí)，作為碳源的二氧化碳存在于等離子體中，并且正離子化碳源氣體被選擇地與容器的內(nèi)表面22碰撞，其沿著外電極排列，然后，互相靠攏的碳結(jié)合在一起，由此在容器的內(nèi)表面22上形成含有異常稠密的涂層的硬碳膜。
碳涂層26的厚度和均勻性的改變可以通過調(diào)節(jié)高頻輸出；容器中新氣體的壓力；為容器充氣的氣體流速；產(chǎn)生等離子體經(jīng)過的時(shí)間周期；自給偏壓和使用的原材料種類；以及其它諸如此類的變量。但是，碳涂層26的厚度優(yōu)選在0.05-10μm范圍內(nèi)，從而得到對滲透有效的抑制和/或低分子有機(jī)化合物的吸收以及改善的氣體抗?jié)B性，除了對塑料極好的粘附性外，還有好的耐久性和好的透明性。
圖4所示是根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的容器100的又一個(gè)實(shí)施例的正視圖。容器100通常包括上壁部112，含有開口113；位于上壁部112下方的中間側(cè)壁部114；以及位于中間側(cè)壁部114下方的底部116。底部116適于或者是非獨(dú)立地支持容器100，即此處采用另外的物件如基杯(未示出)，或是獨(dú)立地，即此處不需要其它物件支持容器豎直立在一普通平面上。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，容器100是由多個(gè)整體形成的腳118形成的獨(dú)立式基底支持，如圖4所示的那些。
參見圖5-7，它們分別表示圖4的100A,100B和100C部分的放大詳圖，容器100包括一模塑外層120，具有垂直長度，一內(nèi)表面122，一外表面123和一中心立軸B。模塑外層120的內(nèi)表面122用碳薄層或膜124至少部分涂布，如在圖1-3的實(shí)施例中。雖然，優(yōu)選用碳層124完全包圍內(nèi)層120，但對具體的應(yīng)用可以不需要的，優(yōu)選模塑外層120大體上與碳層124作同等擴(kuò)張并為容器100提供結(jié)構(gòu)支持。
模塑外層120至少含有50％回收塑料，理想的是至少75％回收塑料，并可以含有多如90％回收塑料。如果需要，模塑外層可以是100％的回收塑料。優(yōu)選地，模塑外層是由回收的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，但是本發(fā)明不限于此，并且事實(shí)上任何回收塑料可以方便地使用。
理想的是模塑外層120由一種熱塑性塑料材料構(gòu)成并可利用圖1所列出的用于模塑內(nèi)層20的材料。
特別理想的是，用小量的抗?jié)B性材料和/或氧清除或反應(yīng)材料與回收塑料混合，如關(guān)于圖1所討論的。例如，小于5％重量的賽綸，乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)和丙烯腈共聚物，如Barex。此外，本發(fā)明能夠易于利用特性粘度(Ⅳ)極低的材料，例如具有Ⅳ低于0.60或0.55的材料。這些材料時(shí)常是白色或帶白色的顏色。本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)是能夠簡單有效地處理加工過程中的碎片，甚至如前述材料。
外層120的內(nèi)表面122涂布一薄碳層124，其對容器100提供增強(qiáng)的抗?jié)B性。碳涂層124的特征、特性和制備已經(jīng)在上面根據(jù)圖1描述并且這也應(yīng)用在圖4-7的實(shí)施例中。
模塑外層120沿其垂直長度的壁厚在6-23密耳(0.1524mm-0.5842mm)的范圍內(nèi)。如圖5-7所示，外層的厚度沿其垂直長度也可以分別地和單獨(dú)地變化。如圖1的外層24一樣。在與圖1的外層24同樣的方式中，因?yàn)槟Ｋ芡鈱?20通常是由不太貴的塑料材料構(gòu)成，該材料不與容器100的內(nèi)容物直接接觸，不太貴的材料可以用于形成容器的大部分，包括容器的許多結(jié)構(gòu)整體部件，如圖4所示的頸部凸緣126和外螺紋128。
同樣地，內(nèi)碳涂層可以很容易地改變，使其厚度沿著容器的垂直長度變化。然而，為方便理想的是提供大體上均勻的碳涂層。
圖4-7的實(shí)施例顯示有關(guān)圖1-3描述的本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)。
圖4-7的容器可以由已知的幾種加工技術(shù)的任何一種成型，其允許制造如圖1所述的單層或多層吹塑容器。在優(yōu)選實(shí)施例中，容器100經(jīng)過吹塑工序成型包括預(yù)成型品130，如通常在圖8中描述的。雖然沒有一個(gè)要求的特征，但是預(yù)成型品130可以包括頸部凸緣132(用于再加工目的)和外螺紋134(為保證密封)，其相應(yīng)于圖4所示的相同特征。容器吹塑成型為成品容器100后，圖4表示了一個(gè)實(shí)施例子，但是有時(shí)在填充工序前，容器內(nèi)表面122作碳處理，如前面進(jìn)一步討論的。
在圖9所示的一個(gè)實(shí)施例中，將成為容器的預(yù)成型品140是通過擠塑成型具有預(yù)成型品主體146和預(yù)成型品基底148，頸部凸緣142和外螺紋144的預(yù)成型品140生產(chǎn)的。擠塑加工允許制造者易于沿著擠出物長度改變擠出材料的厚度。由于幾個(gè)原因預(yù)成型品厚度的改變所希望的，其包括美學(xué)的，有效的材料利用和成本降低，以及不同的強(qiáng)度要求。
預(yù)成型品140含有回收塑料，如上文指出的是本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)。
在圖8的實(shí)施例中，預(yù)成型品130的生產(chǎn)是通過熱成型塑料薄片材和將該片材成型為將要成為預(yù)成型品130的，或注塑或壓塑成型預(yù)成型品130。因此，圖8的預(yù)成型品130可以包括頸部凸緣132和外螺紋134，將成為容器主體部分的主體部分136和將成為容器基底部分的底部138。
然后，可以用上述傳統(tǒng)吹塑工序吹制容器。
在預(yù)成型品通過吹塑成型為半成品容器后，至少在容器120的內(nèi)表面122的一部分上形成碳涂層，并優(yōu)選在整個(gè)內(nèi)表面上，如上對圖1的描述。碳涂層124不必立即施加到容器，然而，通常更有效的是在半成品容器吹制成后以及在合適的溫度曲線內(nèi)迅速地施加碳涂層。
圖4的容器顯示出除圖1那些外的顯著優(yōu)點(diǎn)?；A(chǔ)容器是單層材料，其能夠通過傳統(tǒng)方法很容易地加工。而且，回收的基礎(chǔ)材料能夠易于與其它材料混合，并且由于內(nèi)部的碳涂層而不接觸容器內(nèi)容物。而且，抗?jié)B性能夠迅速和容易地得到以及容器內(nèi)容物不受有害的香氣或味道影響。此外，本發(fā)明消除了對單獨(dú)的抗?jié)B性襯里或原襯里的需要。少量的內(nèi)部碳涂層對于回收沒有不利的影響，并且易于使用有色材料提供所希望顏色的容器，例如，外層能夠易于著色成所希望的商用顏色。
圖4的容器顯示出具有理想的技術(shù)性能的單層容器的顯著優(yōu)點(diǎn)，如抗?jié)B性和低成本。因此，加工比多層容器容易得多，因?yàn)?，人們對單層材料加工沒有必要使用襯里的和復(fù)雜的共注塑加工。而且，人們可以把回收塑料與其它材料混合從而很容易地獲得一些特殊性質(zhì)同時(shí)仍然保留使用理想的低成本回收塑料。例如，人們可以定制產(chǎn)品以獲得所希望的特性同時(shí)仍然利用回收塑料和一種單層材料。
內(nèi)碳涂層是簡單和方便地施加，并且很薄，還阻止有害氣味和味道進(jìn)入容器內(nèi)容物。尤其理想的是將各種顏色用于回收塑料，例如琥珀色用于啤酒。非常理想的是使用如本發(fā)明中這種容器具有專用顏色和用于啤酒或軟飲料或漿汁產(chǎn)品。作為更進(jìn)一步的替換，人們可以將耐熱塑料與回收塑料混合，從而得到非常想要的特性。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施方案，但是本發(fā)明不限于描述和顯示于此的舉例說明，其被認(rèn)為僅僅是實(shí)施本發(fā)明的最好方式的舉例。人們或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解某些替換，變型和變化都將在本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)，并且這類替換，變型和變化都在所附的權(quán)利要求的精神和廣泛范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種吹塑多層容器，包括具有開口的上壁部；位于上壁部下方的中間側(cè)壁部和位于中間側(cè)壁部下方并適合于支持容器的底部，該容器包括由塑料形成的模塑內(nèi)層，具有垂直長度和內(nèi)表面；含有回收塑料的模塑外層，其大體上與內(nèi)層作同等擴(kuò)張；以及形成在內(nèi)層的內(nèi)表面上的碳涂層，其中外層包括容器總重量的至少0.40重量。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中內(nèi)層是由一種樹脂構(gòu)成的一種塑料材料成型的，該樹脂選自下列組中聚乙烯樹脂，聚丙烯樹脂，聚苯乙烯樹脂，環(huán)烯烴共聚物樹脂，聚對苯二甲酸乙二醇酯樹脂，聚萘二甲酸乙二醇酯樹脂，乙烯-(乙烯醇)共聚物樹脂，聚-4-甲基戊烯-1樹脂，聚(甲基丙烯酸甲酯)樹脂，丙烯腈樹脂，聚氯乙烯樹脂，聚偏二氯乙烯樹脂，苯乙烯-丙烯腈樹脂，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯樹脂，聚酰胺樹脂，聚酰胺酰亞胺樹脂，聚縮醛樹脂，聚碳酸酯樹脂，聚對苯二甲酸丁二酯樹脂，離聚物樹脂，聚砜樹脂，聚四氟乙烯樹脂，以及兩種或更多的此類樹脂的組合。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中內(nèi)層是由選自一組包括擠塑和熱成型的一種加工方法成型的，及外層是選自一組包括注塑和壓塑的一種加工方法成型的。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中內(nèi)層包括選自下列組中的一種材料原塑料材料，抗?jié)B性材料，氧清除材料，以及抗?jié)B性和氧清除的一種組合材料。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中至少內(nèi)層和外層之一具有沿其垂直長度變化的厚度。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中內(nèi)層和外層的厚度可控制地相互變化。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中沿著容器中間部分的內(nèi)層厚度小于外層厚度的0.15。
8．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中碳涂層的厚度小于10μm和碳涂層的重量小于容器總重量的約1/10000th。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中碳涂層是無定形的。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，其中碳涂層具有通常均勻的厚度和沿其垂直長度變化的厚度中的一種。
11．根據(jù)權(quán)利要求1的吹塑多層容器，包括含有支持凸緣的容器上部和含有多個(gè)腳的底部中的至少一種。
12．一種吹塑多層容器，包括具有開口的上壁部，位于上壁部下方的中間側(cè)壁部，以及位于中間側(cè)壁部下方和適于支持容器的底部，所述容器還包括一模塑外層，具有內(nèi)表面和外表面并至少由40％的回收塑料成型；一碳涂層鄰近外層的內(nèi)表面形成并粘附其上且大體上與外層作同等擴(kuò)張，其中所述碳涂層的厚度小于約10微米，其中所述容器可以被回收。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，其中所述外層的厚度為6-23密耳，以及其中碳涂層的厚度為0.05-10微米。
14．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，其中所述外層的厚度改變以使中間側(cè)壁部比上壁部和底部薄。
15．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，含有抗?jié)B性材料添加到外層。
16．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，其中來自至少一種氣態(tài)烴的碳涂布在吹塑容器的內(nèi)表面上。
17．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，其中碳涂層是無定形的。
18．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，其中碳涂層具有通常均勻的厚度和沿容器垂直長度變化的厚度中的一種。
19．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，包括含有支持凸緣的容器上部和含有多個(gè)腳的底部中的至少一種。
20．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，其中外層是有顏色的。
21．根據(jù)權(quán)利要求12的容器，其中外層含有至少75％的回收塑料。
22．一種碳涂層涂布容器的制造方法，其包括提供一容器包括具有開口的上壁部，位于上壁部下方的中間壁部，和位于中間壁部下方的底部；在提供用來容納容器的中空空間裝入容器；排出容器內(nèi)的空氣造成真空；用新氣體給容器內(nèi)容積進(jìn)氣；和促使碳涂層形成在容器內(nèi)表面上。
23．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述容器是多層容器包括具有垂直長度的塑料內(nèi)層和含有回收塑料并大體上與內(nèi)層作同等擴(kuò)張的外層，其中外層包括容器總重量的至少0.40。
24．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中多層容器的成型是通過由熱塑性材料擠塑塑料套筒；在套筒上注塑外層形成預(yù)成型品；以及吹塑預(yù)成型品形成多層容器。
25．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中內(nèi)層厚度沿其垂直長度變化。
26．根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中內(nèi)層含有選自下列組中的一種材料抗?jié)B性材料，氧清除材料以及抗?jié)B性與氧清除的一種組合材料。
27．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中新氣體選自下列組中脂族烴類，芳族烴類，含氧烴類和兩種或更多的此類氣體的混合物。
28．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中在容器內(nèi)表面上碳涂層的形成是由高頻電源引起的。
29．根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中高頻電源包括內(nèi)電極和用于產(chǎn)生負(fù)的自給偏壓的絕緣外電極。
30．根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中在容器內(nèi)表面上碳涂層的形成是由微波引起的。
全文摘要
一種吹塑容器(10),具有抗?jié)B性并包括具有開口(13)的上壁部;位于上壁部(12)下方的中間側(cè)壁部(14),以及位于中間側(cè)壁部下方支持容器的底部(16)。該容器包括至少由40%回收塑料形成的具有內(nèi)表面(22)和外表面的一模塑外層(24),以及一碳涂層形成在外層(26)內(nèi)表面并粘附其上且大體上與外層作同等擴(kuò)張,其中所述碳涂層的厚度小于約10微米。
文檔編號B65D23/02GK1321132SQ00801625
公開日2001年11月7日 申請日期2000年7月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月6日
發(fā)明者威廉·A·斯萊特 申請人:普拉斯蒂派克包裝公司