DK168064B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af en orienteret ikke-kollaberbar polyesterbeholder beregnet til varme produkter - Google Patents

Description

DK 168064 B1 i

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en termisk ikke-kollaberbar, stærkt orienteret polyesterbeholder beregnet for varm-påfyldning, og af den i krav l's indledning angivne art.

5 Beholdere fremstillet ud fra biaksialt orienterede PET- materialer og i form af smalhalsede flasker, bredhalsede krukker samt dåser har i de sidste år fået en øget markedsandel.

Disse beholdere har for det meste været begrænset til 10 anvendelse i forbindelse med lave og middelhøje fyld ningstemperaturer, angående produkter såsom alkoholfrie drikke, spiseolier, krydderier, tennisbolde osv. Levnedsmiddelemballager af metal og glas kan imidlertid erstattes af polymere beholdere, hvis disse kan have 15 acceptable egenskaber, når de fyldes med varme produkter ved en temperatur på 70 - 95 °C.

Det er kendt, at to bestemte vridningsfænomener opstår, når PET (polyethylenterephthalat)-beholdere, som er fremstillet ved konventionel sprøjtestøbning, formblæs-20 ning med genopvarmning og/eller andre teknikker, varm påfyldes og lukkes.

Det første fænomen indebærer betydelig termisk krympning af beholderen og dermed resulterende vridning, når den udsættes for temperaturer, som nærmer sig el-25 ler overstiger glasovergangstemperaturen (Tg) eller blødgørelsestemperaturen for PET (omkring 77 °C). Det andet deformationsfænomen er et resultat af det partielle, indre vakuum, der er opstået i beholderen, efter at den er varm-påfyldt og derefter lukket, hvor indhol-30 det stadig befinder sig ved en temperatur på eller i nærheden af påfyldningstemperaturen. Når selve produktet og dets derover beliggende gasser afkøles, vil de 2 DK 168064 B1 resulterende volumenformindskelser frembringe et partielt, indre vakuum, som herefter skaber en resulterende indadrettet kraft på beholderens sidevæg, hvor denne kraft kan bevirke, at sidevæggen foldes eller klap-5 per sammen.

Hvert af fænomenerne gør konventionelt fremstillede PET-beholdere uanvendelige for kommerciel anvendelse, når der opereres med høje påfyldningstemperaturer.

Det er kendt, at termisk krympning kan reduceres ved 10 anvendelse af en efterfølgende varmebehandlingsproces.

Det er ligeledes kendt, at temperaturen Tg, som også benævnes vridningstemperaturen for PET, kan hæves ved at øge den "færdige" polymers krystalliseringsprocent.

Ved sprøjtestøbte beholdere opnås sidstnævnte for det 15 første ved en forudgående orienteringsproces (som medfører deformationsfrembragt krystallisering) og for det andet ved tvunget, efterfølgende formblæsning i en opvarmet sprøjtestøbeform ved temperaturer, som ligger noget over den forventede for det påfyldte produkt 20 (hvilken temperatur bevirker en termisk frembragt kry stallisering). Deformationsfrembragt krystallisering alene er kendt for at øge krystalliseringsprocenten væsentligt, hvor dog denne er betydeligt mindre end den krystalliseringsprocent (og dermed Tg), som opnås 25 ved termo fikserings-varmebehandling.

Det er i forbindelse med varm-påfyldningsanvendelser for PET-beholdere kendt at forbedre disse ved anvendelse af varmebehandlingsteknikker. Ovennævnte (den såkaldte "termofikserings"-proces) har dog adskillige 30 nøglebegrænsninger, der for det første omfatter den tid, som kræves til varmebehandling og afkøling af beholdervæggene før fjernelse af støbe formen og for det DK 168064 Bl 3 andet indbefatter PET's krystalliseringsegenskaber, som varierer betydeligt med kædemorfologien og dermed faktisk direkte påvirker den visuelle æstetik og de fysiske egenskaber ved den færdige beholder som en funk-5 tion af orienteringen eller trækningsgraden.

Kendte metoder til at øge Tg for PET-beholdervægge kræver f.eks. forholdsvis lange opholdstider i støbeformen (i størrelsesordenen 5-20 sekunder) for opnåelse af den ønskede varmepåvirkning (almindeligvis define-10 ret som en beholdervolumen-krympning på maksimalt 1 %, når påfyldning sker ved 88 °C). De fleste af de eksisterende PET-produkter fremstilles dog på to-trins sprøjte-støbemaskiner med stor ydeevne, intermitterende bevægelser og genopvarmning, hvor disse maskiners produktivi-15 tet (dvs. produkt-gennemløbstid) ville reduceres betyde ligt, hvis ovennævnte opholdstider i støbeformen anvendtes. Lignende ulemper med hensyn til produkt-gennemløbstider og/eller økonomiske ulemper er til stede ved anvendelse af rotationsgenopvarmning og omskiftningstek-20 nikker ved sprøjtestøbning.

Udover betydelige opholdstider i støbeformen er det desuden en ulempe for de kendte "termofikserings"-tek-nikker, at de har en tendens til, at det ikke-oriente-rede, hovedsageligt amorfe PET bliver mælkehvidt og 25 uigennemsigtigt ved termisk krystallisering. Det er almindeligvis nødvendigt at afkøle den nederste del af halsen, skulderen, og bunden ved en biaksialt orienteret PET-beholder for at undgå for stor krystallisering og hvidfarvning på disse steder ved "termofikse-30 rings"-varmebehandling, hvis en fuldstændig transparent beholder ønskes. Beholderens lodrette sider forbliver naturligvis transparente på trods af den høje grad af termisk frembragt krystallisering. Disse morfologiske 4 DK 168064 B1 fænomener tvinger flaskeproducenten til for det første forsætligt at krystallisere de ikke-orienterede beholderområder, hvorved de bliver hvide, hvilket ikke er visuelt æstetisk, samt risikere tab af fysiske egenska-5 ber (reduceret slagstyrke på de ikke-orienterede kry stallinske områder) eller for det andet at minimere den ikke-orienterede materialekrystallisering, hvilket medfører sandsynlig, termisk beholderforvridning ved varm-påfyldning. (En almindelig løsning på sidstnævnte 10 indbefatter en øgning af vægtykkelsen af de ikke-orien terede, ukrystalliserede områder, således at disse styrkes, og deres potentielle, termiske forvridning reduceres. En øget enhedsomkostning begrænser dog igen denne udvej betydeligt).

15 I tilslutning til den termiske vridning kan der ved den kendte teknik forekomme forskellige former for va-kuum-sammenklapning på grund af formindsket tryk. En øgning af beholdervægstykkelse i forening med forstærkende ribber, kanter eller andre konstruktionskarakte-20 ristika kan være effektive men dog ufordelagtige ud fra synspunktet med hensyn til enhedsomkostninger og/el-ler geometri. Det er kendt at frembringe termoelastisk deformerbare - og trykdeformerbare beholderområder, som bevæges indad under indflydelse af produkttempera-25 turen resulterende i, at et partielt, indre vakuum ud ligner eller fjerner denne bevægelse. Den principielle ulempe ved denne fremgangsmåde er, at det er nødvendigt radikalt at ændre den konventionelle beholdergeometri samt de deraf følgende markedsføringsproblemer i forbin-30 delse med produkt-image, forbrugeraccept osv.

I tysk offentliggørelsesskrift DE 28 19 495 omtales en proces, hvor en præform bringes op til en temperatur, hvor der sker dobbelt orientering, samtidig med, at præformen udsættes for et indre tryk, hvorved den 5 DK 168064 B1 bringes i kontakt med støbeformens vægge. Det således formede hule emne nedkøles derefter, hvorpå det igen blæses. Denne proces kan imødegå nogle af de anførte problemer, men kræver to på hinanden følgende støbepro-5 cesser, og er derfor mere tidkrævende.

Fra (JS patent nr. 4 496 064 er det ved store mundinger kendt at anvende PET-præforme, der er fremstillet ved hjælp af konventionelle teknikker, til efterfølgende fremstilling af bredhalsede flasker og dåser med biak-10 siale orienterede gevind- og/eller kantområder. De her ved opnåede beholdere, som er orienterede i en kontrolleret grad, kan løse de nævnte problemer med ikke-orien-teret amorf polyester ved termofikserings-/varm-påfyld-ningsprocesserne; men de fremviser stadig termisk og 15 vakuumfrembragte vridning.

Formålet med opfindelsen er at tilvejebringe en forbedret fremgangsmåde til fremstilling af omkostningsbillige PET-beholdere for varm-påfyldning, hvor beholderne udviser acceptabel termisk krympning uden vakuumsammenklap-20 ning (når beholderne varm-påfyldes og lukkes ved tempe raturer mindre end eller lig med 95 °C), og uden at der er behov for efterfølgende varmebehandling og/eller ikke-konventionelle beholdergeometrier.

Dette formål opnås ved, at fremgangsmåden udføres som 25 angivet i krav l's kendetegnende del.

En ny løsning på problemet med vakuumfrembragt deformation for konventionelle beholdergeometrier tilvejebringes ved anvendelse af specielle proceskontroller og produktdesign-teknikker (ved beholderproduktionen og 30 fyldningsprocessen), hvorved der opnås en kontrolleret beholderkrympning og en "kontrolleret" vakuumsammen 6 DK 168064 B1 klapning, hvilket kræves til opnåelse af minimale størrelser for det indre vakuum og i forbindelse med acceptable afvigelser fra ensartede dimensioner for de fyldte beholdere.

5 Opfindelsen vil blive nærmere forklaret ved den følgende beskrivelse af en foretrukken udførelsesform, idet der henvises til tegningen, hvor fig. 1A viser en polyesterbeholder, set fra siden, fremstillet ved hjælp af konventionel teknik, 10 fig. IB viser samme beholder efter at være påfyldt et varmt produkt med en temperatur på 88 °C, fig. 1C illustrer den i fig. 1 viste beholder, hvor denne er blevet forbedret ved hjælp af termofiksering og derefter varm-påfyldt et 88 °C varmt produkt, hvor 15 beholderen fremviser en volumenformindskelse på 1¾ og har en forvredet, ikke-konventionel vakuum-sammenklappet geometri, fig. 2 viser et snitbillede af en typisk præform, som er anvendt i forbindelse med nærværende opfindelse, 20 fig. 3 viser et snitbillede af en standardstøbeform med en blæsekavitet, hvori den i fig. 2 viste præform er anbragt før blæsestøbning, fig. 4 viser et snitbillede af det opretstående, resulterende mellemprodukt, 25 fig. 5 viser et snitbillede af en polyesterbeholder fremstillet ved adskillelse af det i fig. 4 viste produkt langs den ved pilen A viste kant, 7 DK 168064 B1 fig. 6 viser en beholder med en gevindforsynet hals, hvor beholderen er fremstillet som en del af det i fig.

3 viste mellemprodukt, fig. 7 illustrerer et snitbillede af den i fig. 5 viste 5 beholder efter varm-påfyldning af et produkt med en temperatur på 88 °C og efter lukning ved anbringelse af et låg fæstnet med en dobbeltsøm, samt hvor en 5% volumenformindskelse tillades efter lukning med dobbeltsøm , 10 fig. 8 illustrerer et snitbillede af den i fig. 6 viste beholder efter varm-påfyldning med et produkt med en temperatur på 88 °C og efter lukning med et låg, hvor en 5% volumenformindskelse tillades efter lukning, fig. 9 viser en grafisk fremstilling af nogle typiske 15 målinger af vægmassefylder og beregnede krystalliserings- procenter for beholdere fremstillet i overensstemmelse med førnævnte patentskrift US 4 496 064 med hensyn til konventionelt fremstillede beholdere med stor åbning, fig. 10 illustrerer et snitbillede af den i fig. 5 viste 20 beholder i den i fig. 7 viste lukkede form, hvor behol deren er fremstillet ifølge opfindelsen og varm-påfyldt samt lukket, idet en volumenformindskelse på mindre end 1¾ tillades, fig. 11 illustrerer et snitbillede af den i fig. 10 25 viste beholder, som nu er lukket på den i fig. 8 viste måde, og hvor en volumenformindskelse på mindre end l/ό tillades, fig. 12 viser et skematisk sidebillede af en sprøjtekølingsindretning til minimering af beholderkrympningen 30 ved varm-påfyldning og lukning, 8 DK 168064 B1 fig. 13 viser en grafisk fremstilling af polyester-massefylden som funktion af trækforholdet, fig. 14 viser en grafisk fremstilling af polyester-krympningen ved 88 °C som funktion af trækforholdet, 5 fig. 15 viser en grafisk fremstilling af massefylder som funktion af udgangstemperaturerne ved et fastholdt trækforhold, fig. 16 viser en grafisk fremstilling af massefylder som funktion af polyesterindhold ved fastholdt præform-10 temperatur og trækforhold, fig. 17 illustrerer en grafisk fremstilling, som viser typiske volumenformindskelses-kurver som funktion af varm-påfyldnings-temperaturen for beholdere fremstillet med forskellige teknikker, 15 fig. 18 viser i forstørrelse et fragmentarisk snitbil lede taget gennem et typisk udgangsmateriale med laminat-konstruktion .

Polyesterbeholdere, som er fremstillet ved konventionelle genopvarmnings- eller sprøjtestøbningsteknikker, 20 udviser en termisk krympning med en volumenformindskel se i størrelsesordenen 15 - 50¾ ved varm-påfyIdning ved 88 °C. I fig. 1 er der vist et eksempel på en sådan beholder. Som tidligere nævnt løser den kendte teknik problemet med det termiske polyester-vridningsproblem 25 ved behandling af den støbte beholder i en opvarmet støbeform for at hæve det polymere Tg-punkt (dvs. blød-gørings-temperaturen) til noget over 88 °C. Termofik-serings processen opnår ovennævnte ved øgning af polyester-krystalliseringsprocenten i beholderens sidevægge.

30 Tg-punktet for højkrystallinsk polyester (dvs. over 9 DK 168064 B1 50 % krystallisering) forefindes ved en temperatur på over 177 °C (dvs., at Tg-punktet øges med øget krystalliseringsprocent). Massefylde målt ved en ASTM-test, ifølge metode nr. 1505, er et anvendeligt mål for kry-5 stallisering: d s _ d 3

Krystalliseringsprocent = _ x 100, dc - da hvor ds = stikprøve-massefylde i g/cm^ da = 1,333 g/cm^ (amorf) dc = 1,455 g/cm^ (100% krystallisering).

TABEL 1

Fig. ΙΑ, B F iq. 1C

Halsmassefylde (g/cm3) 1,341 1,388 %-vis halskrympning 1,22 0,08

Sidevægsmassefylde (g/cm3) 1,357 1,372 %-vis diameterkrympning for sidevæg 10,5 0,52 %-vis højdekrympning for sidevæg 8,8 0,40

Ovenstående tabel I viser masse fy Iden som funktion af krympningsprocenten for den i fig. 1 viste beholder.

Almindeligvis udviser termofikseringsbeholdere en volumen-formindskelse på mindre end 1% ved påfyldning ved en 10 temperatur på 88 °C, og målingerne for sidevæggenes massefylde ligger over 1,365 g/cm"5 og almindeligvis over 1,370 g/cm^ (hvilket svarer til henholdsvis 26%'s og 30%'s krystallisering.

Selvom termofikseringsbeholdere udviser en acceptabel 10 DK 168064 B1 termisk vridning ved fyldning ved en temperatur på 88 °C, forbliver de påvirkelige over for den tryk-frembragte vakuumsammenklapning. Partielle vakuumværdier på over 55-110 kPa (afhængigt af fyldningsgraden, produktets 5 fyldningstemperatur osv.) forekommer typisk for stive beholdere, efter at indholdene afkøles til omgivelses-temperaturen. For at undgå vridning af de eftergivelige polyester-sidevægge, anvendes der ikke-konventionelle beholdergeometrier, såsom foldede paneler, for at kunne 10 styre deformationen, hvor dette almindeligvis foretages i forbindelse med konstruktionsdetaljer, såsom stivere, kanter og øgede sidevægstykkelser. Udover øgede enhedsomkostninger er de markedsmæssige ulemper i forbindelse med disse utradionelle geometrier væsentlige.

15 Termofikserings-beholdere må desuden forhindres i be tydelig vridning ved overfladeområderne ved varm-på-fyldningen for at kunne resultere i en korrekt lukning og tætning. Visse beholdere anvender f.eks. en forkrystalliseret, uigennemsigtig overflade for at minimere 20 vridning. Selv om dette er effektivt, tilføjer denne metode betydelige enhedsomkostninger. Andre beholdere forbliver transparente ved anvendelse af en øget vægtykkelse (i modsætning til konventionelle ikke-varmpå-fyldte beholdere) for at minimere vridning. De øgede 25 omkostninger i forbindelse med sidstnævnte begrænser nytteværdien.

Efterfølgende beskriver således en ny fremgangsmåde til fremstilling af polyesterbeholdere til varm-påfyld-ning, hvor der ikke er involveret ulemper i forbindelse 30 med termofikserings-metoden.

Fig. 2-6 illustrerer den måde, hvorpå beholdere støbes ud fra konventionel, enkelt- eller flerlags sprøjte-eller ekstruderingsstøbte præforme i overensstemmelse DK 168064 B1 11 med det førnævnte patentskrift, US 4 496 064, og hvor nævnte måde udviser stærkt orienterede kant- og/eller overfladeområder.

I fig. 2 er der vist en præform, som specielt er ti1 -5 vejebragt ifølge opfindelsen. Præformen har i forhold til en centerakse 20 et cirkulært tværsnit og omfatter en øvre del 22 med åben ende og anbragt oven over en understøtningskant 24. I fig. 3 fremgår det, at kanten og halsdelen 22 rager ud fra en dertil hørende sprøj-10 testøbeform. Ved en konventionel støbeoperation passer et blæserør ind i halsdelen 22 og er tætnet til denne.

Umiddebart under kanten 24 har præformen, som er angivet ved helheden 26, en cylindrisk del 28, hvorefter dets tykkelse øges radialt udad i et område angivet 15 ved 30. Herefter er præformen 26 sammensat af en aflang, cylindrisk del 32, som er svagt konisk både indvendigt og udvendigt for at lette udtagning fra sprøjtestøbeformen og en dertil hørende kerne, således at udgangsmaterialet hovedsageligt opretholder en konstant tykkelse.

20 Præformen 26 har en hovedsageligt halvkugleformet bund del 34, hvis tykkelse aftager hen imod et centrum.

Det vil dog kunne forstås, at præformens dimensioner kan varieres afhængigt af det aktuelle emne, som skal udformes.

25 Selv om en sprøjtestøbt præform 26 er illustreret i detaljer, vil det ligeledes kunne forstås, at dette udgangsmateriale kan udformes ud fra et ekstruderet rør.

I fig. 18 er der vist et forstørret snitbillede af en 30 typisk præform af laminatkonstruktion. En sådan præform vil have udvendige og indvendige lag 36 og 38, der er 12 DK 168064 B1 fremstillet af PET. Inden for disse lag findes der forholdsvis tynde spærrelag 40 og 42, som kan være fremstillet af et materiale som SARAN. Endeligt vil der være en kerne 44, som kan være fremstillet af PET eller 5 en kompatibel polymer.

I fig. 3 er der skematisk illustreret en typisk sprøjte-støbeform, som er fremstillet i to halvdele og er angivet ved henvisningstallet 46. Sprøjtestøbeformen 46 er forsynet med en eller flere blæsekaviteter 48, som 10 skal forme et mellemprodukt, hvis nedre del er beholder- formet. Præformen 26 fastholdes i kaviteten 48 og understøttes af kanten 24. Et passende, konventionelt blæse-apparat med et blæserør (ikke vist) anvendes til direkte, under tryk at blæse gas ind i præformen 26 og desuden 15 til aksialt at forlænge eller strække præformen 26.

Det vil kunne forstås, at præformen 26 er nøje udformet i forhold til kaviteten 48 for at tilvejebringe et forudbestemt trækforhold. Desuden vil den aksiale forlængelse eller strækning af udgangsmaterialet 26 i forhold til 20 kaviteten 48 og den via den indvendige gas tilvejebragte udvidelse af udgangsmaterialet blive kontrolleret, således at den resulterende tykkelse og trækforholdet for den endelige beholder, eller dennes sidevæg, kontrolleres.

I fig. 4 er der vist et mellemprodukt 50, som er blevet 25 formet ud fra præformen 26 i blæsestøbeformens kavitet 48. Emnets 50 nedre del har form af en beholder, som omfatter en bundvæg med en integreret forbundet sidevæg eller krop 56, som ender i en øvre, udadrettet kant 58. Om ønsket kan sidevæggen 56 være forsynet med ind-30 adrettede, lodret kollaberbare vulster 60, til at optage en volumenformindskelse i beholderen, når produktet afkøles. Vulsterne 60 udformes efter sprøjtestøbeformens 46 indvendige ribber 62.

DK 168064 Bl 13

Mellemproduktets 50 øvre del er angivet ved helheden 64 og benævnes i det følgende en adaptordel. Adaptor-delen 64 er adskilt fra beholderen 52 ved klipning, som det er angivet ved pilen A i fig. 4. Denne fjernede 5 adaptordel 64 kan herefter omsmeltes og genanvendes til nye præforme.

Den adskilte beholder 52 fremgår bedst af fig. 5, hvori kanten 58 bliver den sædvanlige flange som anvendes til dobbelt sammenføjning af en ende til kroppen 56.

10 Det vil kunne forstås, at udformningen af støbeforms- kaviteten 48 kan modificeres til udformning af et mellemprodukt (ikke vist), hvis nedre del har form af en beholder, som illustreret i fig. 6 og angivet ved helheden 66. Beholderen 66 har en bundvæg 68, som afgrænser side-15 væggens eller kroppens 70 nedre ende. Kroppens øvre ende er åben, men i stedet for at have en sammenføjningskant 58 er kroppens øvre ende rettet indad og udgør · en ringformet kant 72, som der ud fra har en aksialt opadragende halsflade 74, hvortil der kan fastgøres 20 et almindeligt skruelåg eller et klemlåg. Hvis det ønskes, kan kroppen 70 forstærkes med hule ribber 76 magen til ribberne 60.

I fig. 7 er beholderen 52 vist påfyldt et varmt produkt 78, og hvor den er lukket ved hjælp af et endestykke, 25 angivet ved helheden 80. Det viste endestykke er fremstil let af metal eller er et blandingsprodukt, som er fæstnet til beholderen med en konventionel dobbeltsammenføjning 82, som inkorporerer kanten 58.

I fig. 9 er beholderen 66 illustreret som værende fyldt 30 med et varm-påfyldnings-produkt og er lukket med et endestykke 86. Dette er illustreret i form af et konventionelt låg, som har en nedadhængende rand 88, der griber 14 DK 168064 B1 ind i halsfladen 74. Det forstås således, at lågets 86 endeflade vil tætnes op imod en tætningsflade 90 (fig. 6) på halsfladen 74.

Som ovennævnt er den i fig. 5 viste beholder 52 og den 5 i fig. 6 viste beholder 66, når de er konventionelt udformet ud fra et PET-udgangsmateriale som beskrevet i førnævnte patentskrift US 4 496 064, velegnet i forbindelse med forholdsvis stor krympning ved påfyldning med et varmt produkt.

10 Fig. 7 og 8 viser en beholder og en bredmundet krukke efter varm-påfyldning ved 88 °C. Den totale volumenformindskelse for disse beholdere, som er fremstillet under ikke-optimerede procesbetingelser, ligger typisk i intervallet 6 - 10% i modsætning til intervallet fra 15 -15 50% opnået ved kendte beholdere af den i fig. 1 viste type.

Denne væsentlige forbedring i ydelse er et resultat af elimineringen af store, svagt orienterede og hovedsageligt amorfe områder, såsom de lågoptagende flader 20 samt områderne ved overgangen fra kant til sidevæg, hvilke amorfe områder eksisterer ved beholdere fremstillet ved hjælp af konventionelle teknikker.

Fig. 13 viser en typisk graf for massefylder som funktion af trækforholdet for krystalliserbare polyestere. Træk-25 forholdet er defineret som: DRt = (Db - °P + - Lp) x 100

Dp Lp hvor Db = beholderens maksimale udvendige diameter

Dp = udgangsmaterialets minimale indvendige diameter

Lb = beholderens længde under halsen 15 DK 168064 B1

Lp = præformens længde under halsen.

Ved at orientere den endelige beholders hals- og skulderkant regi oner resulterer den højere samlede masse fylde (dvs. krystalliseringsprocenten og Tg) for sådanne 5 beholdere (i'modsætning til konventionelle beholdere), som vist i fig. 5 og 6, i en reduceret termisk vridning ved varm-påfyldning (uden behov for termisk krystallisering eller termofiksering).

Fig. 13 - 16 viser grafer for forskellige relevante 10 forhold i forbindelse med maksimering af polyestermasse fylden for færdige beholdere fremstillet ved termofik-sering. Fagfolk vil kunne indse betydningen af forholdene mellem værktøjsudformning, polyestersammensætningen og procesbetingelserne (altså alle termofikserings-variab-15 lerne), idet disse har indflydelse på polyesterens kry stalliseringsprocent i den færdige beholder.

Fig. 13 viser f.eks., hvordan spændings frembragt krystallisering øger massefylden for polyester til en maksimumsværdi på lidt mindre end 1,37 g/cm^ ved et samlet 20 trækforhold større end 8:1 men mindre end 12:1 for typis ke polyestere.

Fig. 14 viser den negative virkning i forbindelse med formindskelsesgraden ved for stort et trækforhold udover den maksimale deformationshærdning. Det er kendt, at 25 det samlede trækforhold er en kontrolfaktor for massefyldeforbedringer. F.eks. er forholdet mellem aksial-og tværgående træk af lille betydning.

Som andre eksempler på kendte teknikker til vægtfylde-optimering, viser fig. 15 og 16 procesbetingelsernes 30 og polyestersammensætningens indflydelse på massefyl den .

16 DK 168064 B1

Ved kombination af den oprindelige teknik, fra US 4 496 064, med de ovennævnte procesteknikker, kan der fremstilles polyesterbeholdere med en samlet volumen-formindskelse på 3-5 % (ved varm-påfyldning ved 88 °C) 5 uden termofikserings-behandling. Gennemsnitsmassefylden for sidevæggene, kanterne og fladerne for beholdere fremstillet ved denne teknik overstiger typisk 1,350 g/cm^ med en maksimumsværdi på omkring 1,365 g/cm (22 -30¾ krystallisering).

10 Beholdere, som udviser en volumenformindskelse på 3 - 5¾ ved 88 °C, varierer ikke væsentligt .i udseende i modsætning til ikke-behandlede beholdere og er som sådan kommercielt egnede til varm-påfyldning.

Den 3 - 55o's volumenformindskelse kan faktisk fordelag-15 tigt reducere det indre vakuum, som er skabt, når behol derindholdet og den i halsdelen indeholdte gas afkøles efter lukning. Ved en påfyldningstemperatur på 88 °C er et formindsket beholdervolumen på 2 - 5¾ almindeligvis tilstrækkelig til at udligne trykkrafterne, som er til-20 bøjelige til at bevirke sammenklapning af beholderen.

For effektivt at fjerne denne risiko er det ønskeligt at minimere den beholderformindskelse, som opstår ved varm-påfyldning og før lukning. Dette opnås bedst ved at reducere tidsintervallet mellem påbegyndelse af på-25 fyldning og færdiggørelse af lukning til 5 sekunder eller mindre. Hvis dette ikke lader sig praktisere grundet begrænsing i påfyldningslinien og/eller produkt-begrænsninger, kan det være nødvendigt at afkøle beholderen udvendigt ved påfyldning og før lukning.

30 Et sprøjtesystem, som vist i fig. 12, har vist sig effek tivt til øgning af det tilladelige påfyldnings-/luknings-tidsinterval med en faktor 10 eller mere.

17 DK 168064 B1 I fig. 12 er der illustreret en måde, hvormed en beholder, såsom beholderen 52 fremstillet ifølge opfindelsen, påfyldes og lukkes. Der er skematisk illustreret en understøtning 90, hvorpå f.eks. beholderen 52 placeres 5 på et tidspunkt, ved hvilket den placeres under et pas sende påfyldningsaapparat 92, hvorfra der strømmer et varm-påfyldningsprodukt ned i beholderen 52. Når beholderen 52 bliver påfyldt, kan den samtidigt afkøles ved hjælp af sprøjtekanaler 94. Disse kan sprøjte koldt 10 vand eller en passende kølegas hen på beholderen 52.

Efter at beholderen er påfyldt kan den efter en passende tidsforsinkelse føres ind i en lukkemaskine, som er angivet ved 96, og som på konventionel måde anbringer endedelen 80 og tilvejebringer dobbeltsammenføjnin-15 gen 82. Kun drejepatronen 98 og en af formrullerne 100 på lukkemaskinen 96 er illustreret.

Sprøjtekanaler 102 står i forbindelse med lukkemaskinen og er anbragt til sprøjtning af beholderen 52, når denne lukkes. Ligesom sprøjtekanalerne 94 kan sprøjteka-20 nalerne 102 sprøjte enten koldt vand eller kølegas hen på beholderen 52, idet denne lukkes.

Ovennævnte "kontrollerede" krympningsproces eliminerer effektivt behovet for de radiale beholdergeometrier eller de øgede vægtykkelser. Det er således ønskeligt 25 at anvende afstivningsribber eller kanter 60 og 76, vist i fig. 5 og 6, for at forhindre sammenklapning på grund af langtidsvirkningen fra vanddampsoverførslen og det resulterende partielle indre vakuum i en overskredet produktlagringsperiode.

30 De følgende eksempler skal bidrage til en mere indgående illustration af opfindelsen.

18 DK 168064 B1 EKSEMPEL 1 Nærværende eksempel angår fremstillingen af en 411 x 501-polyesterbeholder, som udviser en 6-8 %'s volumen-formindskelse ved varm-påfyldning ved 88 °C. En 62 g' præform, vist i fig. 3, har en længde på 13 cm målt 5 fra skulderkanten og nedad samt har en udvendig diameter på 4 cm og en gennemsnitlig vægtykkelse på 0,5 cm, hvor præformen var fremstillet ud fra et PET-copolymer (2 vægt-% isophthalat) og havde en indre viskositet på 0,8 - 0,1.

10 Præformen blev genopvarmet på en konventionel stræk-blæ- sestøbemaskine, som var udstyret med en kvartsstyret IR-genopvarmningsovn med en total maskincyklus på 5 sekunder. Udgangsmaterialets temperatur lige før stræk-blæsning måltes (med et IR-pyrometer) til 94 °C. Blæse-15 støbe-temperaturen fastholdtes til 2 °C.

Den afklippede beholder fyldtes med vand ved 88 °C og op til omkring 16 mm fra kanten, hvorefter den afkøledes til stuetemperatur. Den totale volumenformindskelse måltes her til 8,2¾. Den gennemsnitlige sidevægs-masse-20 fylde nåede 1,348 g/cm^, og der opnåedes ikke en fuldt udviklet/træk-termisk frembragt krystalliseringsstruktur.

EKSEMPEL 2

Dette eksempel skal demonstrere fremstillingen af en p.olyesterbeholder, som i eksempel 1, hvor bearbejdning, materialer og procesbetingelser optimeredes for opnåelse 25 af en 3 - 4¾’s volumenformindskelse ved varm-påfyld- ning ved 88 0 C.

Den samme præform som i eksempel 1 blev i ovnen genopvarmet i et identisk tidsinterval, hvor dog kvartslam- $ 19 DK 168064 B1 pe-energiens output øgedes for at hæve præformens temperatur før påbegyndelse af en synlig krystallisering. Herudover hævedes den lodrette profils temperatur for præformen såvel som graden af præformens aksiale stræk 5 før påbegyndelse af trykudvidelse for at reducere den blæste beholders tykkelse til ca. 0,4 mm. Alle andre proces- og vurderingsforhold var identiske med de i forbindelse med eksempel 1 opnåede.

Den totale volumenformindskelse var 4,2¾ og den gennem-10 snitlige massefylde for sidevæggen var 1,362 g/cm^.

Således var der opnået en fuldstændigt udviklet, højtransparent, træk/termisk frembragt krystallinsk struktur.

EKSEMPEL 3

Dette eksempel skal demonstrere effektiviteten ved en 13 styret beholderkrympning i forbindelse med undgåelse af vakuumfrembragt sammenklapning.

Ti polyesterbeholdere produceredes, ifølge eksempel 2, hvor disse varm-påfyldtes med vand ved 88 °C op til et niveau på ca. 16 mm fra den øverste kant, hvor behol-20 derne stod i omkring 10 sekunder før dobbelt sammenføj ning. Alle prøver udviste vakuumfrembragt sammenklapning (som vist i fig. 10).

Yderligere ti beholdere fra det samme parti blev varm-på-fyldt ved 88 °C, dobbeltsammenføjet inden for 2 sekun-25 der og umiddelbart derefter placeret i et vandbad og nedkølet til omgivelsestemperatur. Alle prøver klappede sammen før fjernelse. En sidste gruppe på ti beholdere fra det samme parti blev påfyldt ved 88 °C, dobbelt-sammenføjet inden for 2 sekunder og underkastedes krymp-30 ning ved omgivelsestemperatur. Ingen af prøverne udviste vakuumfrembragt deformation.

20 DK 168064 B1 EKSEMPEL 4

Dette eksempel skal demonstrere fremstillingen af en bredmundet polyesterbeholder med en styret hals- og sidevægs-krympning.

Et 80 g' præform med en længde under halsregionen på 5 160 mm og en gennemsnitlig vægtykkelse på 5 mm blev fremstillet ved hjælp af konventionelle sprøjtestøbningsteknikker og ved anvendelse af en polyesterhomopolymer på 0,8 i 0,1 I.V.

Præformen opvarmedes i en kvartsstyret ovn til en tem-10 peratur på 107 °C og med den lodrette profils tempera tur og stræk-blæseforholdene tilpasset at give en 70 mm CT, 680 g' beholder (som vist i fig. 6) med en halsvægtykkelse på 0,6 mm og en gennemsnitlig sidevægstykkelse på 0,4 mm.

15 Efter afklipning og varm-påfyldning ved 88 °C blev den totale volumenformindskelse på 5,2% med en halsdiamter-formindskelse på 2,0% i modsætning til beholderens diameterreduktion på 3,2%. Hals- og sidevæggenes gennemsnitlige massefylde måltes til henholdsvis 1,360 og 1,356.

20 Kontrolbeholdere fremstillet ved den kendte sprøjte støbning resulterede i den i fig. IB viste, uacceptable deformation og totale volumenformindskelse.

EKSEMPEL 5

Dette eksempel skal illustrere synergieffekten ved at kombinere de indre Glastik-orienterede hals- eller kant-25 fordele ifølge de kendte termofikserings-teknikker.

Præforme, som de i eks. 1 og 2 anvendte samt genopvarmede ifølge eksempel 2, blev herefter stræk-blæste i f 21 DK 168064 B1 den samme blæse-støbeform som omtalt i forbindelse med eksempel 1 og 2. Sidstnævnte fastholdtes dog ved 121 °C i 10 sekunder (i modsætning til 2 “C i 1,5 sekunder i eksempel 1 og 2).

5 Den resulterende beholder udviste ved varm-påfyldning et volumentab på 0,4¾ ved 88 °C.

De i eksempel 4 anvendte og på samme måde genopvarmede præforme blev stræk-blæste i den samme støbeform som for eksempel 4. De fastholdtes dog ved 121 °C i 10 se-10 kunder (i modsætning til 2 °C i 2 sekunder for eksempel 2's vedkommende).

De resulterende beholdere udviste transparente hals-og skulderområder og en volumen formindskelse på 0,8¾ ved 88 °C.

15 I modsætning hertil udviste en 49 g's beholder, med samme form og størrelse men fremstillet ved konventionel sprøjtestøbningsproces, termofikserings-proces, en halvuigennemsigtig hals- og skulderregion samt en volumenformindskelse på 1,6¾ ved 88 °C.

20 En grafisk fremstilling er vist i fig. 17, hvor kurverne repræsenterer beholderne fremstillet som følger: kurve a: konventionel ikke-termofikserings-teknologi kurve b: ikke-termofikserings-teknologi ifølge US 4 496 064 25 kurve c: konventionel termofikserings-teknologi , og kurve d: termofikserings-teknologi ifølge US 4 496 064.

Claims (21)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en termisk ikke-kollaberbar, stærkt orienteret polyesterbeholder beregnet til en eventuel efterfølgende påfyldning af et varmt produkt, hvilken fremgangsmåde omfatter tilvejebringel-5 se af en polyester-præform (26), genopvarmning af præ- formen, anbringelse af præformen i en blæseform (48) og udspænding af præformen, som herved formgives af blæseformens kavitet, og hvorved der formes et beholder-emne (50), kendetegnet ved, at beholderemnet 10 er eller indeholder en beholder, som har en orienteret, lågoptagende endedel med en diameter, der er væsentligt større end præformens diameter, at det totale trækforhold for præformen (26) er større end 8 til 1, men mindre end 12 til 1, at den genopvarmede præforms tempera-15 tur ligger i intervallet 82-120°C, hvorved massefylden af beholderens sidevæg og halsdel øges til en størrelse mellem 1,350 og lidt mindre end 1,370 g/cm3, hvilke massefyldeværdier svarer til en krystallisering på 14% til 30%.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor beholderemnet (50) også har en øvre adapterdel (64), kendetegnet ved, at adapterdelen (64) adskilles fra den øvrige del af beholderemnet (50), efter at dette er taget ud af blæseformen (48).

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at den fraskilte del af beholderemnet (50) genanvendes til fremstilling af yderligere præforme.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 2 eller 3, kendetegne t ved, at beholderens gennemsnitsmassefylde er 30 fra 1,360 til lidt mindre end 1,370 g/cm3, hvilke mas- i DK 168064 B1 se fyldeværdier svarer til 22¾ til 30¾ krystallisering.

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at det totale trækforhold for præformen (26) ligger i intervallet 8-10 til 1.

6. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at beholderen har en rumfangskrympning efter varm-påfyldning ved 88 °C på mindre end ca. 5¾.

7. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de forgående krav, 10 kendetegnet ved, at beholderen eller behol deremnet varmekonditioneres ved, at den eller det holdes et stykke tid i blæseformen.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at beholderen eller beholderemnet holdes i 2-3 15 sekunder i blæseformen, som holdes ved en temperatur på over 88 °C.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 7, kendetegnet ved, at beholderen eller beholderemnet holdes i ca. 10 sekunder i blæseformen ved en temperatur 120 °C.

10. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at polyester-sammensætningen har en indre viskositet af størrelsesordenen 0,8 i o,i.

11. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, 25 kendetegnet ved, at den genopvarmede præ- forms (26) temperatur er af størrelsesordenen 110 °C med en aksial temperaturprofil.

12. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, DK 168064 B1 kendetegnet ved, at præformen har en fler-lags-struktur.

13. Fremgangsmåde ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at beholderen afkøles ind- 5 vendigt, før emnet fjernes fra blæseformen.

14. Fremgangsmåde ifølge krav 1, k e n d e t e g n e t ved, at beholderen fyldes med et varmt produkt og derefter lukkes.

15. Fremgangsmåde ifølge krav 14, kendetegnet 10 ved, at den fra opvarmning af beholderen under varm-på- fyldning hidrørende rumfangskrympning og den krympning af indholdet, som hidrører fra afkølingen af produktet i den lukkede beholder, styres således, at deformation af beholderen i det væsentlige elimineres.

16. Fremgangsmåde ifølge krav 15, kendetegnet ved, at beholderkrympningen efter varm-påfyldning og før lukning minimeres, således at sammenklapning af beholderen undgås.

17. Fremgangsmåde ifølge krav 16, kendetegnet 20 ved, at beholderen lukkes ca. 5 sekunder eller mindre efter varm-påfyldning.

18. Fremgangsmåde ifølge krav 17, kendetegnet ved, at beholderen lukkes ca. 2 sekunder efter varm-på-fyldning.

19. Fremgangsmåde ifølge krav 16, 17 eller 18, ken detegnet ved, at den varm-påfyldte beholder afkøles ved omgivelsernes temperatur.

20. Fremgangsmåde ifølge krav 11, kendetegnet * DK 168064 Bl ved, at beholderen afkøles under varm-påfyldningen og før lukning for at opnå, at en væsentlig del af den ved varm-påfyldningen frembragte beholderkrympning indtræffer efter lukning.

21. Fremgangsmåde ifølge krav 20, kendetegnet ved, at beholderafkølingen foretages ved fluidumkøling med vand eller gas.