專利名稱：用于熱灌裝或熱處理的塑料瓶的制作方法
技術領域：
該發明涉及用于液態或粘性產品的塑料容器。特別是，涉及其內容物可以經受幾 十度的溫度變動的容器。該發明尤其涉及通過熱灌裝(高于7(TC )以及熱處理(巴氏殺菌
法)進行包裝的領域。
背景技術：
聚對苯二甲酸乙二酯(PET)瓶子由于其出色的抗性、輕巧性、透明度以及感官感
覺性而被用在許多領域。這些瓶子通過雙軸拉伸模具中的預成型坯而高產地制造。 然而，雖然這些瓶子表現出許多優點，但是它們具有在其溫度高于6(TC時變形的
缺點。用這些瓶子灌裝高溫(高于7(TC )產品導致扭曲以至于所述瓶子不適合使用。用來
克服上述缺點并使PET瓶子可以熱灌裝的幾種方法在現有技術中已經有描述。 熱定型被認為是用來改進雙軸定向的PET瓶子的熱抗性的最有效處理方法。該方
法的原理，在商業運作中廣泛使用，包括讓該瓶子的各壁受到熱處理以提高結晶化并因而
改進高溫條件下的分子穩定性。該原理可以由現有技術中所描述的多種熱定型方法和設備
所實現。熱定型處理的一個主要優點是這些灌裝方法不必修改，瓶子的熱定型在所述瓶子
制造期間進行。 然而，經過了熱處理以允許高溫液體灌裝的瓶子有幾個缺點。 這些瓶子的第一個缺點在于只有特定等級的聚對苯二甲酸乙二酯可以使用。這些 特定等級更難制成而且增加容器的成本。 因為熱定型處理使吹塑循環放緩，所以第二個缺點與瓶子生產率降低有關。
第三個缺點歸因于這些瓶子的重量。用熱的液體灌裝瓶子會導致冷卻后瓶子里產 生負壓；所述負壓具有使瓶子的壁隨機變形的效果。用來補償瓶子中負壓的最廣泛使用的 方法是添加使瓶子可以在可控方式下變形的補償面板。然而，具有補償面板的瓶子變得更 剛硬并因此更沉。結果，使用的材料比良好保存產品所絕對必需的材料要多。而且，補償面 板影響容器外觀，降低了其對用戶的吸引力。 通常還使用柔性袋子來封裝液態產品。這些袋子用預先印好的薄膜制成。這些容
器在使用前后表現出包括重量、成本以及壓實在內的許多優點。然而它們確實存在缺點，特
別是當其內容物受到高溫變化時。具體來說，如果被包裝的液體受熱，有意或無意地(例
如，通過將其留在暴露在太陽下的汽車里面)，則該產品膨脹，有時到容器會爆裂的程度。 對發明闡述中使用的術語的定義 在發明內容中使用如下術語和縮寫 層壓制品層壓若干層薄膜構成的多層薄膜 PET :聚對苯二甲酸乙二酯 PP :聚丙烯 PE:聚乙烯 LDPE:低密度聚乙烯
LLDPE :線性低密度聚乙烯
HDPE:高密度聚乙烯
EV0H:乙烯/乙烯醇
發明內容
通過這樣一種容器，本發明有可能克服上述缺點，該容器在經受溫度變動時，連同 所容納的產品一起膨脹并收縮。 在該發明闡述中，所容納的產品表示液體或可以包含固體元素的粘性產品。由于 這些產品主要是水基的，所以當溫度變動65t:時所述產品在體積上變動約3X，其對應于 約O. 00042m3/(m3.K)的體積膨脹系數并對應于0. 00014m/(m. K)的線性膨脹系數。這些數 值通過指示方式給出，已知水的熱膨脹隨溫度而變動。 這些產品還可以是油基的，而且它們的性態取決于所用的油的熱性能。
該容器在用于封裝高溫產品時有許多優點。與PET瓶子不同，該容器不需要熱定 型處理以防在灌裝溫度的作用下各壁收縮。與PET瓶子不同，該容器不需要補償面板來補 償產品在冷卻期間體積上的變動。 該容器特點是其熱膨脹大于或等于產品的熱膨脹。在灌裝期間，產品的溫度加熱 容器的各壁，容器的各壁膨脹。膨脹后的容器隨即氣密密封。 一冷卻，容器就收縮并返回其 初始幾何形狀，這導致冷卻后容器中相對壓力為正或零。冷卻后容器中有輕度壓力是有利 的，因為它改進了容器的壓縮強度而且它還使夾緊容器更容易。 在需要熱處理該容器及其內容物的灌裝方法，例如巴氏殺菌方法中使用該容器， 也是特別有利。在容器和產品溫度上升期間，容器膨脹的程度至少與產品相同，以防容器中 壓力上升過大。 對于用戶，這個容器極有意義，因為它適應溫度變動而其美觀性未被修改，而且容 器中有非常低的壓力變動。 根據該發明所述的容器另一優點是在所容納的產品經受溫度上升時，那么容器將 同產品一起膨脹并因而容器各壁、底座以及焊縫(在使用柔性薄膜制成容器的情況下)不 受或僅僅非常輕微地經受壓力增加，并因此容易經受住它。
該發明可以用來包裝液態或粘性產品。 根據該發明可以生產各種各樣的容器。容器可以通過焊接、通過擠壓-吹塑而制 造，或者可以用薄膜制成。 —個特別有優勢的容器由薄膜形成的側壁以及通過焊接到所述薄膜上而連結的 底座和頸所構成。 大多數用來制造容器的材料的熱膨脹都不足以補償該容器內容物體積上的變動。
根據該發明，容器的膨脹系數大于或等于所容納產品的膨脹系數。容器各壁的線 性膨脹系數一般大于0. 00014m/ (m. K)，而且優選的是大于0. 00018m/ (m. K)。基于低密度聚 乙烯的容器特別有利。
借助后面各實施例的描述和從如下附圖中，該發明將更好理解，附圖中
圖1至4示出構成一熱灌裝方法的該發明的第一個實施例。 圖1示出灌裝之前的容器。 圖2示出在用熱產品灌裝期間容器的熱膨脹。 圖3示出以密封方式封閉容器時膨脹后的容器。 圖4圖示說明冷卻后的容器及其內容物；該容器已經在溫度下降的作用下收縮。 圖5至8圖示說明該發明的第二個實施例，其中容器及其內容物一起加熱后再冷 卻。 圖5圖示說明在低溫下用產品灌裝、并且氣密密封的容器。 圖6圖示說明在熱水浴中加熱幾分鐘后的容器及其內容物；該容器在溫度作用下 膨脹。 圖7圖示說明冷卻后的容器及其內容物，該容器已經在溫度下降的作用下收縮。 圖8圖示說明包括容器的該發明的優選實施例的容器，該容器通過將頸、底座、以 及管狀體裝配起來形成；所述管狀體由膨脹系數大于0. 00014m/(m. K)的層壓制品形成。
具體實施方案 用來包裝液態或粘性產品的幾種方法在包裝處理期間給產品加以溫度上的巨大 變動。由于溫度變動導致產品體積上的變動并從而導致容器中的壓力變動，所以這些溫度 變動對于容器有限制作用。 發明人已經發現了防止熱灌裝之后容器中有負的相對壓力的容器。該發明第一實 施例由于防止了冷卻期間容器變形而特別有利。該發明第一實施例由圖1至4圖示說明。
圖1圖示說明根據該發明所述的容器的布局，所述容器1包括側壁2、頸3以及底 座4 ;而且所述容器特點是其各側壁在溫度作用下膨脹。該容器在低溫下供應，所述低溫優 選為環境溫度(20°C )。根據本領域技術人員已知的灌裝方法，容器1可以在圖2中圖示說 明的灌裝處理之前清掃、漂洗、干燥。為了簡化發明闡述，只解釋說明理解該發明必需的步 驟。 圖2表示用高溫產品5灌裝容器1。通常，所述高的灌裝溫度是85t:。當產品5 倒入容器時在其高溫作用下，容器各壁2幾乎瞬時膨脹。容器的膨脹在灌裝期間逐漸發生 而且取決于限定產品5接觸界限的灌裝水平6和容器各壁。容器的膨脹由高度變動7示意 性說明。各壁2的熱膨脹一般由高度上和直徑上的變動來表明。在灌裝處理之后和氣密密 封之前，這導致容器容積大于初始容積。 圖3示出灌裝處理后容器的氣密密封，產品5在所述封閉期間仍然處于高溫。蓋 子8或已知的另一種封閉措施應用于頸3并確保氣密密封。 一般， 一定體積的氣體9在封 閉時困到容器中。這一定體積的氣體取決于容器的罐裝程度。優選的是在灌裝之后快速封 閉容器以防這一定體積的氣體在封閉時太熱。困在頂部空間中的氣體9可以是空氣、氮氣 或本領域技術人員已知的任何其他氣體或氣體混合物。在氣密密封時，容器1和產品5處 于高溫。從而產品5的體積膨脹，容器各壁同樣膨脹。 圖4圖示說明冷卻到存儲溫度后的容器及其內容物。該存儲溫度常常接近環境溫 度。在冷卻作用下，容器及其內容物收縮。基于水的液態產品，例如，當其溫度在85和20°C 之間變動時其體積變動約3%。根據該發明所述的容器在冷卻作用下收縮；而且其收縮以致冷卻后容器中的相對壓力為正數或零；因此，容器的收縮大于或等于產品的收縮。
用來制造容器的大多數材料的熱膨脹不足以補償產品和氣體9體積上的變動。由 例如PET或HDPE制成的容器冷卻后將處于真空下，因為這些材料的膨脹系數不足以補償產 品體積上的變動。令人驚訝的是，已經發現LDPE制成的容器具有能防止冷卻后容器中產生 負相對壓力的熱膨脹屬性。一般來說，已經發現容器的線性熱膨脹系數必須大于O. 00014m/ (m.K)而且優選為大于O. 00018m/(m.K)。容器的罐裝水平越低，容器的膨脹系數必須越高。
發明人已經發現容器的線性膨脹不必在所有方向上都相等。例如，容器在高度上 的線性膨脹可以大于圓周膨脹，反之亦然。由沿著兩個正交方向測量的兩個膨脹系數，可以 定義引起容器容積上同樣變動的平均線性膨脹系數。已經發現這個平均線性膨脹系數必須 大于0. 00014m/ (m. K)而且優選為大于0. 00018m/ (m. K)。 冷卻和收縮后容器的幾何形狀大體上與罐裝和膨脹前容器的幾何形狀相同。然 而，在某些情形中觀察到輕度滯后，容器的收縮稍微低于其膨脹。在這種情形下，容器最終 的容積稍微大于初始容積。在另一種情形下，容器的收縮稍微大于其膨脹；容器最終的容積 因此小于初始容積。作為一般規則，容器最終的幾何形狀基本上與初始的幾何形狀相同而 且容器可以可逆地膨脹并收縮幾次。 容器的冷卻過程幾乎不產生什么影B向，因為該冷卻可以是快速、慢速、分階段的或
連續的。常常用水噴灑容器使快速且有效的冷卻得以進行。可以使用本領域技術人員已知
的各種冷卻方法，只有容器的初始和最終的溫度對所述容器容積上的變動有影響。 其他包裝方法包括在低溫下用產品灌裝容器，然后對容器及其內容物進行加熱處
理。該發明第二個實施例由于防止加熱處理期間容器中壓力過大而特別有利。圖5至7圖
示說明該發明的第二個實施例。 圖5圖示說明根據該發明所述的容器的布局，所述容器1包括側壁2、頸3以及底 座4，而且所述容器特點是其側壁在溫度作用下膨脹。用液態或粘性產品5灌裝該容器而且 由蓋子8氣密密封。容器及其內容物處于低溫，所述低溫優選為環境溫度(20°C)。 一般來 說，一定體積的氣體9困在頂部空間中，該氣體可以是空氣。該容器的罐裝程度由液體水平 6圖示說明。由于氣體的熱膨脹大于液體的，所以高程度的灌裝是有利的。優選的是容器l 的灌裝程度大于90%。 圖6圖示說明熱處理步驟，包括提高容器及其內容物的溫度。 一個常常使用的加 熱處理例如包括將容器及其內容物在8(TC的水浴中浸沒10分鐘。該熱處理導致容器及其 內容物的溫度逐漸上升，造成產品5的體積膨脹，以及氣體體積9的膨脹。根據該發明所述 的容器特點是各壁2的高度熱膨脹，其可以防止容器中有高的相對壓力。根據現有技術所 述的容器所遇到困難與容器中的高壓會導致底座4反向突出有關聯。常常需要底座4的特 定設計來防止該底座變形。這個抗性更佳的底座更重而且更貴。該發明有可能克服這個困 難，在加熱處理期間容器各壁的膨脹可以防止容器中壓力上升。容器各壁的膨脹由高度變 動7來圖示說明。容器各壁的熱膨脹一般沿著高度并且沿著圓周發生。優選的是，容器膨 脹程度得以補償產品5體積上和氣體9體積上的變動。容器中相對壓力基本上保持常數而 且接近零。 圖7圖示說明冷卻到低溫后的容器及其內容物，所述低溫有可能是環境溫度。一 般來說，冷卻后的最終溫度等于熱處理前的初始溫度。 一冷卻，產品5和氣體9就收縮。根據該發明所述的容器1也收縮，這個收縮由高度變動10圖示說明。 一般來說，容器的收縮 10的數值等于膨脹7的數值。由于可以使用薄壁容器，所以該發明第二個實施例特別有利。 發明人發現了線性熱膨脹系數大于0. 00016m/(m. K)的容器可以在熱處理期間限制壓力， 而且大于0. 00020m/(m. K)的系數特別有利。 根據該發明的容器的特點是熱膨脹和收縮屬性。已經發現了容器各壁必須有大于 0.00014m/(m.K)而且優選為大于0. 00018m/(m. K)的線性熱膨脹系數。用來制作容器的少 數材料具有上述屬性。發明人發現了 LDPE制成的容器由于它們的膨脹屬性而特別有利。 用某些等級的低結晶度PP獲得的容器可以獲得充足的膨脹，所述PP的等級優選為共聚物。 已經觀察到的是雙軸定向的容器沒有高的熱膨脹系數。類似地，由高結晶度聚合物形成的 容器有低的熱膨脹系數。 該發明可以制成各種各樣的容器；容器可以通過擠壓-吹塑、通過注塑、管狀擠 壓、或由膜組裝而制成。容器可以是通過擠壓-吹塑制成的瓶子或細頸瓶、通過模塑制成的 罐或燒杯、通過由膜焊接制成的柔性袋子。制造容器的方法可能對容器的膨脹系數有影響。 這是因為已知擠壓處理，更明顯或不太明顯地，給聚合物鏈定向。鏈的定向可能造成由膨脹 系數表達的屬性的非均質性，該膨脹系數因測量方向而不同。為了簡化發明闡述，平均的線 性膨脹系數在被考慮的所有方向上相同。 還觀察到了熱膨脹上的巨大差異，其與用來制造容器的轉化工藝有關聯。轉化工 藝定向的聚合物鏈越多，所制造的容器的熱膨脹越低。 容器的熱膨脹系數可以根據兩種方法測量。第一種方法包括通過測量溫度變化時 容器體積上的變動來測量容器的體積膨脹系數。第二種方法包括通過在兩個正交方向上取長 度長和寬度窄的兩條通過測量溫度變化時所述各條長度上的變動從而在所述方向上測量線 性膨脹系數。當該容器用薄膜制造時，易于在兩個方向上測量所述薄膜的線性膨脹系數。
該容器一個示例性實施例在圖8中圖示說明。這個容器1包括通過焊接到頸3和 底座4上而連結的管狀體2。蓋子8適合頸3并使容器得以氣密密封。形成側壁的管狀體 2可以擠壓成或用薄膜形成，其末端通過焊接連結。該薄膜可以是單層或多層薄膜。該薄膜 不包括剛硬而且有低膨脹系數的層，比如鋁層或雙軸定向的聚合物層。觀察到有阻隔性的 聚合物薄層可以插入該多層結構。包含薄的EVOH層的LDPE薄膜具有大于0. 00018m/ (m. K) 的熱膨脹屬性。已經發現多層薄膜可以包含具有低的熱膨脹系數的層，如果所述層是薄的 而且不阻擋所述薄膜的膨脹。所述薄膜必須包含一種線性熱膨賬系數大于0. 00014m/(m. K) 并且優選為大于O. 00018m/(m.K)的聚合物的至少70%。對于基于PE和EVOH的多層薄膜， EVOH層的厚度必須小于總厚度的10% 。如果該薄膜的厚度是300微米，則EVOH層的厚度 小于30微米，并且優選為小于20微米。該頸和該底座給容器提供剛硬度和強度而且是由 部分剛硬的壁厚度更大的單元構成。這樣的容器由于其側壁而連同產品一起在溫度變動期 間膨脹并收縮。該頸和該底座的尺寸只稍微隨溫度變動。 該發明不限于與膨脹系數大于0. 00014m/(m. K)的材料有關的上述示例，所述材 料有可能通過混合聚合物、通過聚合作用、通過復合或者通過本領域技術人員已知的任何 其他技術而獲得。聚烯烴的混合、彈性體的添加、基于聚烯烴的合金的制造有可能將容器的 膨脹系數調節到所容納的產品的膨脹系數。多層結構還有可能將容器各壁的膨脹系數修改 成所容納產品的膨脹系數。
權利要求
用液態或粘性產品熱灌裝具有連接到頸上和底座上的側壁的塑料容器的方法；該方法至少包括用高溫產品灌裝該容器，氣密密封該容器，冷卻該容器及其內容物；其特征在于使用側壁的線性熱膨脹系數大于0.00014m/(m.K)的塑料容器，且該容器得以膨脹并收縮得至少與其內容物的程度相同。
2. 根據權利要求1所述的罐裝方法，其中該容器得以膨脹并收縮得比其內容物的程度大。
3. 根據權利要求1或2所述的熱罐裝方法，其中，在冷卻該容器及其內容物之后，在該 容器中生成大于或等于零的壓力。
4. 用來熱灌裝液態或粘性產品的塑料容器，包括連接到底座或連接到頸上的側壁，其 特征在于該容器沒有補償面板而且該容器的側壁的線性膨脹系數大于0. 00014m/(m. K)。
5. 根據權利要求1至3之一所限定的方法所獲得的容器。
6. 根據權利要求4或5所述的容器，其熱膨脹系數大于0. 00018m/ (m. K)。
7. 根據權利要求4至6之一所述的容器，其側壁包括至少70%的LDPE。
8. 根據權利要求4至7中任一項所述的容器，包括通過焊接到頸(3)和底座(4)上而 連接的柔性側壁(2)，該頸和該底座至少部分剛硬，所述柔性側壁用單層或多層膜形成。
9. 由根據權利要求4至8之一所述的容器和該容器中所容納的產品構成的組件，其 特征在于在0和IO(TC之間的溫度范圍中該容器的膨脹和收縮至少等于該產品的膨脹和收 縮。
10. 根據權利要求9氣密密封的組件，其壓力在溫度降低時是常數或增加，其壓力在溫 度增加時是常數或降低。
全文摘要
用液態或粘性產品熱灌裝具有連接到頸上和底座上的側壁的塑料容器的方法；該方法至少包括用高溫產品灌裝該容器，氣密密封該容器，冷卻該容器及其內容物；其特征在于使用該側壁的線性熱膨脹系數大于0.00014m/(m.K)的塑料容器，且該容器得以膨脹并收縮得至少與其內容物的程度相同。
文檔編號B65D8/00GK101730646SQ200880024036
公開日2010年6月9日 申請日期2008年6月27日 優先權日2007年7月11日
發明者J·托馬塞, 喬金·佩利西耶, 斯蒂法尼·馬修 申請人:艾薩帕克控股公司