Многослойное изделие, многослойная заготовка, способ изготовления изделия из полиэфирной пластмассы с барьерным покрытием (варианты), способ производства многослойной пластиковой емкости (варианты) и способ изготовления полиэтилентерефталатной пластмассы с барьерным слоем из сополимера терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и диола

Многослойное изделие, многослойная заготовка, способ изготовления изделия из полиэфирной пластмассы с барьерным покрытием (варианты), способ производства многослойной пластиковой емкости (варианты) и способ изготовления полиэтилентерефталатной пластмассы с барьерным слоем из сополимера терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и диола

Реферат

 

Изобретение относится к изделиям, изготовленным из полиэфирной пластмассы, предпочтительно из полиэтилентерефталата (ПЭТ), имеющего один или более слоев термопластического материала с хорошими характеристиками барьера для газа, нанесенного непосредственно на по меньшей мере одну из ее поверхностей, и к новым способам изготовления таких изделий. Предпочтительно изделия с барьерным покрытием имеют форму заготовок, покрытых по меньшей мере одним слоем барьерного материала, и емкостей, сформованных из них вдуванием. Такие емкости с барьерным покрытием предпочтительно представляют тип для хранения напитков, таких как безалкогольные напитки, пиво или сок. Предпочтительные барьерные материалы имеют более низкую проницаемость для кислорода и двуокиси углерода, чем ПЭТ, а их ключевые физические свойства одинаковы с ПЭТ. Материалы и способы обеспечивают то, что барьерные слои имеют хорошее сцепление с ПЭТ даже во время процесса выдувного формования и после него для формирования емкостей из заготовок. Предпочтительные материалы барьерного покрытия включают поли(гидроксиаминоэфиры). В одном предпочтительном способе заготовки формуются вдуванием и после этого немедленно покрываются барьером. Описываются многослойное изделие, многослойная заготовка, способ изготовления изделия из полиэфирной пластмассы с барьерным покрытием (варианты), способ производства многослойной пластиковой емкости (варианты) и способ изготовления полиэтилентерефталатной пластмассы с барьерным слоем из сополимера терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и диола. Описывается многослойное изделие, стеночная часть которого содержит внутренний и внешний слои. Внутренний слой имеет по меньшей мере два дискретных подслоя: один из подслоев содержит полиэтилентерефталат, другой - барьерный материал, выполненный из термопластика фенокситипа или сополимера терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и по меньшей мере одного диола, а внешний слой содержит переработанный полиэтилентерефталат. 6 с. и 31 з.п.ф-лы, 17 ил.

Изобретение относится к полиэфирной пластмассе с барьерным покрытием, предпочтительно к полиэтилентерефталату (ПЭТ) с барьерным покрытием и к изделиям, изготовленным из него. Предпочтительно ПЭТ с барьерным покрытием принимает форму заготовок, имеющих, по меньшей мере, один слой барьерного материала, и бутылок, изготавливаемых из них выдувным формованием. Изобретение далее относится к способам изготовления изделий, сформированных из полиэфирной пластмассы с барьерным покрытием.

Использование пластиковых емкостей в качестве замены стеклянных или металлических емкостей при упаковке напитков стало чрезвычайно популярно. Преимущества пластиковой упаковки включают более легкий вес, уменьшенную ломкость по сравнению со стеклом и потенциально меньшую стоимость. Самым распространенным пластиком, используемым в изготовлении емкостей для напитков, в настоящее время является ПЭТ. Чистый ПЭТ был санкционирован FDA для использования в контакте с пищевыми продуктами. Емкости, изготовленные из ПЭТ, прозрачны, с тонкими стенками, легкие по весу и имеют способность поддерживать свою форму путем сопротивления усилию, приложенному на стенки емкости сжатым содержимым, таким как газированные напитки. ПЭТ полимеры также очень недороги и легки для обработки.

Несмотря на эти преимущества и повсеместное использование, имеется и серьезная оборотная сторона в использовании ПЭТ в тонкостенных емкостях для напитков - проницаемость для газов, таких как двуокись углерода и кислород. Эти проблемы особенно важны, когда бутылка маленькая. В маленькой бутылке отношение площади поверхности к объему велико, что позволяет большой поверхности для проникновения газа, содержащегося внутри, через стенки бутылки. Проницаемость бутылок из ПЭТ отражается на безалкогольных напитках, которые становятся "выдохшимися" из-за выхода двуокиси углерода, равно как у напитков размывается запах из-за проникновения кислорода. Бутылки из ПЭТ непригодны для всех применений, требуемых в промышленности, и для многих существующих использований, а срок годности жидкостей, упакованных в бутылки из ПЭТ, короче желаемого.

Хотя промышленность пластиковых бутылок для напитков велика и конкурентоспособна, а проблема проницаемости с емкостями из ПЭТ известна с начала их использования, все еще не существует хорошего рабочего решения проблемы проницаемости. Попытки производить емкости с барьерными покрытиями до настоящего момента в большинстве были неудачны.

Большинство проблем с производством емкостей с покрытиями проистекают из сложностей с нахождением пригодных барьерных материалов. Когда большинство материалов наносится на ПЭТ, они не сцепляются совсем или сцепляются так слабо, что они будут отслаиваться от ПЭТ через короткий промежуток времени или при минимальном давлении. Примерами таких материалов являются поливинилхлорид (ПВХ) и поливинилиденхлорид (ПВДХ). Материалы же, которые сцепляются с ПЭТ, часто не имеют хороших барьерных свойств или имеют другие характеристики, которые не делают их пригодными для использования в дешевых коммерческих емкостях с барьерным покрытием.

Патент США 5464106, выданный Slat et а1., описывает бутылки, сформированные путем выдувного формования заготовок с барьерным слоем. Рассмотрены следующие барьерные материалы: полиэтиленнафталат, саран, этиленвинилсополимеры спирта или сополимеры акрилонитрила. В технологии Slat барьерный материал и материал для формирования внутренней стенки заготовки совместно выдавливаются в форме трубы. Эта труба нарезается по длинам, соответствующим длине заготовки, а затем помещается внутрь формы, где внешний слой заготовки инжектируется по трубе для формирования конечной заготовки. Заготовка затем может быть сформирована выдуванием для формирования бутылки. Недостатки это способа заключаются в том, что большинство рассмотренных барьерных материалов не сцепляются с ПЭТ, а процесс сам по себе достаточно громоздок.

Набор материалов с хорошими барьерными характеристиками рассмотрен в патенте США 4578295, выданном Jabarin. Такие барьерные материалы включают сополимеры терефталевой кислоты и изофталевой кислоты с этиленгликолем и по меньшей мере одного диола. Такой тип материалов коммерчески доступен как В-010 от фирмы Mitsui Petrochemical Ind. Ltd (Япония). Эти барьерные материалы смешиваются с полиэтилентерефталатом и образуют составы из 80-90% ПЭТ и 10-20% сополимера, из которого сформированы емкости с барьерными покрытиями. Емкости, изготовленные из таких составов, имеют барьеры от прохождения СO₂ на 20-40% лучше, чем отдельно у ПЭТ. Хотя кто-то заявляет, что этот полиэфир сцепляется с ПЭТ без отслаивания, только рассмотренные заготовки или емкости изготавливаются из составов этих материалов. Нет никаких данных о том, что кто-либо к настоящему моменту действительно производил слоистую заготовку или емкость с использованием этих материалов, чтобы обосновывать такое утверждение.

Другая группа материалов, полиаминполиэпоксиды, была предложена для использования в качестве барьерного покрытия от газа. Эти материалы могут быть использованы для формирования барьерного покрытия на полипропилене или поверхностно обработанном ПЭТ, как описано в патенте США 5489455, выданном Nugent et al. Эти материалы обычно поставляются как основанная на растворе или жидкости термоотверждающаяся смесь и обычно наносятся распылением на емкость и затем термоотверждаются для формирования законченного барьерного покрытия. Являясь термоотверждающимися, эти материалы непригодны для использования в качестве покрытий заготовок, поскольку когда покрытие один раз затвердело, оно не может больше быть размягчено нагреванием, а тем самым не может формироваться выдуванием в противоположность термопластическим материалам, которые могут быть размягчены в любой момент после нанесения.

Другой тип барьерного покрытия, который раскрыт в патенте США 5472753, выданном Farha, полагается на использование сополимеров для осуществления склеивания между ПЭТ и барьерным материалом. Farha описывает два типа слоистых материалов, трехслойный и двуслойный. В трехслойном слоистом материале аморфный термопластический сополимер помещен между барьерным слоем термопластика фенокси-типа и слоем ПЭТ, чтобы служить скрепляющим слоем для скрепления внутреннего и внешнего слоев. В двуслойном слоистом материале термопластик фенокси-типа сначала смешивается с аморфным термопластичным полиэфиром, а затем этот состав наносится на ПЭТ для формирования барьера. Эти слоистые материалы изготовлены путем выдавливания или путем вдувного формования, где для каждого слоя допустимо охлаждаться до того, как вдувается другой слой материала.

Таким образом, остается неисчерпанной необходимость в заготовках и емкостях из ПЭТ с барьерным покрытием, которые являются экономичными, внешне привлекательными, легкими в производстве и имеющими хорошие барьерные и физические характеристики.

Данное изобретение относится к изделиям, изготовленным из ПЭТ, имеющим один или более тонких слоев термопластического материала с хорошими характеристиками барьера от газа, нанесенных по поверхностям изделий. Изделия по настоящему изобретению предпочтительно находятся в виде заготовок и емкостей. В предпочтительных выполнениях полиэфир содержит полиэтилентерефталат и термопластик фенокси-типа, содержащий поли(гидроксиаминоэфир).

В одном аспекте настоящего изобретения предложено многослойное изделие, содержащее стеночную часть, содержащую внутренний многокомпонентный слой и внешний слой. Внутренний многокомпонентный слой имеет по меньшей мере два дискретных подслоя с поверхностью сопряжения между подслоями и вытянут по длине изделия, причем один из подслоев содержит полиэтилентерефталат, а другой из подслоев содержит барьерный материал, содержащий (i) термопластик фенокси-типа или (ii) сополимер терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и по меньшей мере одного диола, при этом материал имеет проницаемость для двуокиси углерода, равную не более чем трети проницаемости двуокиси углерода полиэтилентерефталата. Внешний слой содержит переработанный полиэтилентерефталат и внутренний многокомпонентной слой, а внешний слой содержат материалы с абсолютным показателем преломления 1,55-1,75.

В другом аспекте настоящего изобретения предложена многослойная заготовка, содержащая стеночную часть с внутренним слоем и внешним слоем. Внутренний слой содержит полиэтилентерефталат, вытянут по длине заготовки, заканчиваясь в концевой резьбовой горловой части с выступающей наружу резьбой для приема крышечного элемента, имеет поддерживающее кольцо в низу концевой резьбовой горловой части и имеет толщину по меньшей мере 2 мм и абсолютный показатель преломления 1,55-1,65. Внешний слой совместно с внутренним слоем выступает, чтобы заканчиваться ниже поддерживающего кольца и содержит (i) сополимер терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и, по меньшей мере, одного диола или (ii) термопластик фенокси-типа, выбранный из группы, состоящей из поли(гидроксиэфира), поли(гидрокси сложного и простого эфира) и поли(гидроксиаминоэфира), причем внешний слой имеет проницаемость для кислорода меньше, чем внутренний слой, и толщину не больше четверти толщины внутреннего слоя. Далее внешний слой имеет абсолютный показатель преломления такого значения, чтобы обеспечить отношение показателей преломления в диапазоне 1,0-1,2.

Еще в одном аспекте настоящего изобретения предложен способ изготовления изделия из полиэтилентерефталата с барьерным покрытием. Полиэфирное изделие, по меньшей мере, с внутренней поверхностью и внешней поверхностью формируется путем инжектирования расплавленного полиэтилентерефталата через первый клапан в пространство, определенное первой половиной формы и центральной половиной формы, где первая половина формы и центральная половина формы охлаждаются циркулирующей жидкостью и первая половина формы контактирует с внешней поверхностью полиэтилентерефталата, а центральная половина формы контактирует с внутренней поверхностью полиэтилентерефталата. Вслед за этим расплавленный полиэтилентерефталат оставляют в контакте с половинами формы до тех пор, пока не сформируется оболочка на внешней и внутренней поверхностях полиэтилентерефталата, которые окружают сердечник расплавленного полиэтилентерефталата. Первая половина формы затем удаляется от изделия из полиэтилентерефталата, и оболочка на внешней поверхности полиэтилентерефталата размягчается передачей тепла от сердечника расплавленного полиэтилентерефталата, тогда как внутренняя полиэфирная поверхность охлаждается продолжающимся контактом с центральной половиной формы. В операции нанесения барьерный слой, содержащий барьерный материал, помещается на внешнюю поверхность полиэтилентерефталата путем инжекции расплавленного барьерного материала через второй клапан в пространство, определенное второй половиной формы, и на внешнюю поверхность полиэтилентерефталата для формирования изделия из полиэтилентерефталата с барьерным покрытием. Барьерные материалы, используемые в способе, предпочтительно содержат термопластик фенокси-типа или сополимер терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и, по меньшей мере, одного диола.

В другом аспекте настоящего изобретения обеспечен способ "инжектирования после ТИФ" для производства многослойной пластиковой емкости, содержащий несколько операций. Предусмотрены первый полимер, содержащий полиэтилентерефталат, и второй полимер, содержащий сополимер терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и, по меньшей мере, одного диола, которые инжектируются через тонкослойную инжекционную систему для обеспечения составного потока из многих тонких слоев, имеющего, по меньшей мере, один дискретный тонкий слой полиэтилентерефталата и, по меньшей мере, другой дискретный тонкий слой сополимера. Составной поток затем подается в форму для формирования начальной заготовки с внутренним и внешним подслоями, содержащими полиэтилентерефталат и сополимер, где подслой, содержащий сополимер, имеет проницаемость для воздуха меньше, чем проницаемость для воздуха у подслоя, содержащего полиэтилентерефталат. Переработанный полиэтилентерефталат затем подается по начальной заготовке для формирования внешнего слоя для формирования конечной заготовки. Конечная заготовка затем подвергается операции выдувного формования для формирования многослойной пластиковой емкости.

В другом аспекте настоящего изобретения предложен способ "ТИФ после инжектирования" для производства многослойной пластиковой емкости. В этом способе полиэтилентерефталат подается в форму для формирования начальной заготовки, содержащей полиэтилентерефталат. Предусмотрены первое тело термопластического полимера, содержащего переработанный полиэтилентерефталат, и второе тело термопластического барьерного полимера, содержащего (i) сополимер терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и по меньшей мере одного диола или (ii) термопластик фенокси-типа, и эти тела инжектируются через тонкослойную инжекционную систему с блоком совместного выдавливания для обеспечения составного потока из многих тонких слоев, имеющего по меньшей мере один дискретный тонкий слой переработанного полиэтилентерефталата и по меньшей мере один дискретный тонкий слой термопластического барьерного полимера. Составной поток затем подается по начальной заготовке для формирования конечной заготовки, причем составной поток имеет подслои переработанного полиэтилентерефталата, а термопластический барьерный материал перекрывает начальную заготовку из полиэтилентерефталата и конечная заготовка подвергается операции выдувного формования для формирования многослойной пластиковой емкости.

В следующем аспекте настоящего изобретения предложен способ изготовления и покрытия заготовок. Способ начинается путем закрытия формы, содержащей неподвижную половину и подвижную половину, где неподвижная половина формы содержит, по меньшей мере, одну полость для формования заготовок и, по меньшей мере, одну полость для покрытия заготовок, и подвижная половина формы содержит поворотную площадку с установленными на ней некоторым числом оправок, равным сумме полостей формования заготовок и полостей покрытия заготовок. Остальные операции содержат: инжектирование первого материала в пространство, определенное оправкой, и в полость формования заготовок для формирования заготовки с внутренней поверхностью и внешней поверхностью; открытие формы; вращение вращающейся площадки; закрытие формы; инжектирование второго материала в пространство, определенное внешней поверхностью заготовки, и полость покрытия заготовки для формирования покрытой заготовки; открытие формы; удаление покрытой заготовки.

В дальнейших аспектах вышеописанного изобретения барьерные материалы настоящего изобретения могут дальше содержать наночастицы. Слой барьерного материала в изделиях по настоящему изобретению может состоять из множества микрослоев, содержащих барьерный материал.

Краткое описание чертежей Фиг.1 является непокрытой заготовкой, используемой в качестве начального материала для настоящего изобретения.

Фиг. 2 является поперечным сечением предпочтительной непокрытой заготовки, относящейся к типу заготовок, которые имеют барьерное покрытие в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 3 является поперечным сечением одного предпочтительного выполнения заготовки с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг. 4 является поперечным сечением другого предпочтительного выполнения заготовки с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг. 4А является увеличением части стенки заготовки, такой как изготовленной по процессу вдувания при ТИФ. Не все заготовки типа, показанного на фиг 4, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, будут иметь этот тип расположения слоев.

Фиг. 5 является поперечным сечением другого предпочтительного выполнения заготовки с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг. 6 является поперечным сечением предпочтительной заготовки в полости устройства выдувного формования того типа, которое может быть использовано для изготовления предпочтительной емкости с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг. 7 является одним предпочтительным выполнением емкости с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг. 8 является поперечным сечением одного предпочтительного выполнения емкости с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг.9 является поперечным сечением инжекционной формы того типа, которая может быть использована для изготовления предпочтительной заготовки с барьерным покрытием по настоящему изобретению.

Фиг. 10 и 11 являются двумя половинами формовочной машины для изготовления заготовок с барьерным покрытием.

Фиг. 12 является схематичным изображением системы тонкослойного инжекционного формования (ТИФ).

Фиг. 13 и 14 являются двумя половинами формовочной машины для изготовления сорока восьми двуслойных заготовок.

Фиг.15 является видом в перспективе схематичного изображения формы с оправками, частично расположенными внутри полостей формования.

Фиг. 16 является видом в перспективе формы с оправками, полностью вынесенными из полостей формования до вращения.

Фиг.17 является двухслойным выполнением заготовки.

Данное изобретение относится к пластиковым изделиям, имеющим покрытия, содержащие один или более слоев термопластического материала с хорошими характеристиками барьера от газа, и к способам изготовления таких изделий. Как предполагается в настоящее время, одним из выполнений изделия с барьерным покрытием является бутылка того типа, которые используются для напитков. Альтернативно изделия с барьерным покрытием по настоящему изобретению могут принимать формы банок, трубок, лотков или бутылок для хранения жидких пищевых продуктов. Однако для простоты настоящее изобретение будет описываться здесь в первую очередь в контексте бутылок для напитков и заготовок, из которых они изготавливаются посредством выдувного формования.

Кроме того, изобретение описано здесь конкретно в связи с полиэтилентерефталатом (ПЭТ), но применимо ко многим другим термопластикам полиэфирного типа. Примеры таких других материалов включают 2,6- и 1,5-нафталат (ПЭН), политетраметилен 1,2-диоксибензоат и сополимеры этилентерефталата и этиленизофталата, но не включает сополимеры терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и по меньшей мере одного диола, которые описаны везде в тексте как барьерный материал.

Предпочтительно заготовки и емкости имеют барьерное покрытие, помещенное на их внешних поверхностях или внутри стенки емкости. В противоположность технологии Slat, которая производит многослойные заготовки, в которых слои разделены сразу, в настоящем изобретении термопластический барьерный материал сцепляется прямо и крепко с поверхностью ПЭТ и не может быть легко отделен от нее. Сцепление между слоями происходит без использования каких-либо дополнительных материалов, таких как склеивающий материал или связующий слой. Покрытые заготовки обрабатываются предпочтительно путем вытягивающего выдувного формования для формирования бутылок с использованием способов и условий, аналогичных тем, которые используются для непокрытых заготовок из ПЭТ. Емкости в результате прочны, стойки к просачиванию и привлекательны внешне, а также имеют хорошие барьерные свойства от газа.

Как объяснено более подробно ниже, для выполнения настоящего изобретения используется один или более слоев барьерного материала. Как использовано здесь, термины "барьерный материал", "барьерная смола" и аналогичные относятся к материалам, которые при использовании для формирования изделий имеют ключевые физические свойства, аналогичные ПЭТ, хорошо сцепляются с ПЭТ и имеют более низкую, чем ПЭТ проницаемость для кислорода и двуокиси углерода.

Некоторое число материалов, имеющих необходимую низкую проницаемость для газов, таких как кислород и двуокись углерода, пригодны в настоящем изобретении, причем выбор барьерного материала частично зависит от режима или применения, как описано ниже. Предпочтительные барьерные материалы для использования в барьерных покрытиях в настоящем изобретении попадают в две основные категории: (1) сополимеры терефталевой кислоты, изофталевой кислоты и по меньшей мере одного диола, которые описаны в упомянутом ранее патенте, выданном Jabarin, и которые являются коммерчески доступными как В-010 от фирмы Mitsui Petrochemical Ind. Ltd (Япония), и (2) гидроксифункциональные поли(амидэфиры), такие как описаны в патентах США 5089588 и 5143998, поли(гидроксиамидэфиры), такие как описаны в патенте США 5134218, полиэфиры, такие как описанные в патентах США 5115075 и 5218075, гидроксифункциональные полиэфиры, такие как описанные в патенте США 5164472, гидроксифункциональные поли(эфирсульфонамиды), такие как описанные в патенте США 5149768, поли(гидрокси сложные простые эфиры), такие как описанные в патенте США 5171820, полимеры гидроксифеноксиэфира, такие как описаны в патенте США 5814373, и поли(гидроксиамино эфиры) ("ПГАЭ"), такие как описанные в патенте США 5275853. Барьерные материалы, описанные выше в (1), здесь называются термином "Барьерные материалы из сополимеров". Смеси, описанные выше в патентах в (2), классифицируются совместно, и их называют здесь в тексте термином материалы "Термопластики фенокси-типа" Все патенты, на которые есть ссылка в этом абзаце, включены во всей полноте в это описание посредством ссылок на них.

Предпочтительные сополимерные барьерные материалы имеют санкцию FDA. Санкция FDA позволяет этим материалам использоваться в емкостях, где они находятся в контакте с напитками и т.п., которые предназначены для потребления человеком. Насколько известно изобретателю, ни один из термопластиков фенокси-типа не имеет санкции FDA на дату этого описания. Таким образом, эти материалы предпочтительно используются в многослойных емкостях в местах, которые напрямую не контактируют с содержимым, если содержимое съедобно.

Для осуществления предпочтительных способов по настоящему изобретению при формировании заготовок и бутылок с барьерным покрытием начальная заготовка подготавливается или получается, а затем покрывается по меньшей мере одним дополнительным слоем материала, содержащего барьерный материал, полиэфиры, такие как ПЭТ, использованный или переработанный ПЭТ (совместно переработанный ПЭТ) и/или другие совместимые термопластические материалы. Слой покрытия может содержать единичный материал, смесь или состав материалов (гетерогенный или гомогенный), переплетенную матрицу двух или более материалов, или множество микрослоев (тонких слоев), содержащих по меньшей мере два различных материала. В одном выполнении начальная заготовка содержит множество таких микрослоев, которые могут быть приготовлены с помощью процесса инжекционного формования пластин. Начальные заготовки содержат полиэфир, и особенно предпочтительно, чтобы начальные заготовки содержали чистые материалы, которые санкционированы FDA на нахождение в контакте с пищевыми продуктами.

Таким образом, заготовки и емкости по настоящему изобретению могут существовать в нескольких выполнениях, таких как: чистый ПЭТ, покрытый слоем барьерного материала; чистый ПЭТ, покрытый слоем материала, содержащего чередующиеся микрослои барьерного материала и переработанного ПЭТ; чистый ПЭТ, покрытый барьерным слоем, который в свою очередь покрыт переработанным ПЭТ; микрослои чистого ПЭТ и барьерного материала, покрытые слоем переработанного ПЭТ; или чистый ПЭТ, покрытый переработанным ПЭТ, который затем покрыт барьерным материалом. В любом случае, по меньшей мере один слой должен иметь по меньшей мере один барьерный материал.

Различные выполнения заготовок и бутылок по настоящему изобретению все имеют преимущества в том, что они допускают использование начальной заготовки, которая может быть изготовлена как структурно-прочный блок. Таким образом, при коммерческих операциях начальные заготовки могут быть приготовлены с использованием технологий массового производства, храниться в течение периодов времени от часов до месяцев, и затем последовательно подвергаться наложению одного или более слоев барьера и/или полиэтилентерефталата для формирования конечной заготовки, которая может быть немедленно подвергнута операции выдувного формования или, как и начальная заготовка, храниться в течение долгих периодов времени до проведения окончательной операции выдувного формования.

В одном предпочтительном выполнении настоящего изобретения заготовки формуются и затем на них немедленно наносится барьер с использованием одного и того же оборудования.

Как описано выше, предпочтительными барьерными материалами для использования в соответствии с настоящим изобретением являются сополимерные барьерные материалы и термопластики фенокси-типа. Другие барьерные материалы, имеющие аналогичные свойства, могут быть использованы вместо этих барьерных материалов. Например, барьерный материал может принимать форму других термопластических полимеров, таких как акриловые смолы, включающие полимеры полиакрилонитрилов и сополимеры акрилонитрилстиренов. Предпочтительные барьерные материалы по настоящему изобретению имеют проницаемость для кислорода и двуокиси углерода, которая меньше, чем треть проницаемости полиэтилентерефталата. Например, сополимерные барьерные материалы того типа, который раскрыт в вышеупомянутом патенте, выданном Jabarin, будут проявлять проницаемость для кислорода примерно 11 [сс мил]/100 кв. дюймов в день и проницаемость для двуокиси углерода примерно 2 [сс мил]/100 кв. дюймов в день. Для определенных ПГАЭ проницаемость для кислорода меньше 1 [сс мил]/100 кв. дюймов в день. Соответствующая проницаемость для СO₂ полиэтилентерефталата либо в переработанном, либо в чистом виде, примерно равна 12-20 [сс мил]/100 кв. дюймов в день.

Способы настоящего изобретения обеспечивают покрытие, подлежащее нанесению на заготовку, которая позднее выдувается в бутылку. Такие способы предпочтительны для помещения покрытий на сами бутылки. Заготовки меньше по размеру и имеют более ровную форму, чем емкости, выдуваемые из них, что делает более простым получение ровного и постоянного покрытия. Кроме того, бутылки и емкости различных форм и размеров могут быть изготовлены из заготовок одинакового размера и формы. Таким образом, одно и то же оборудование и обработка могут быть использованы для выработки заготовок при формировании нескольких разных видов емкостей. Выдувное формование может иметь место сразу после формования, либо заготовки могут изготавливаться и храниться для последующего выдувного формования. Если заготовки хранятся перед выдувным формованием, их меньший размер позволяет им занимать меньше места при хранении.

Даже если предпочтительно формировать емкости из самих покрытых заготовок, они обычно не используются из-за трудностей, имеющихся с изготовлением емкостей из покрытых или многослойных заготовок. Одна операция, где появляются наибольшие трудности, имеет место в процессе выдувного формования для формирования емкости из заготовки. В течение этого процесса могут появиться дефекты, такие как отслаивание слоев, разрушение или нарушение покрытия, неровная толщина покрытия, прерывистое покрытие или пустоты. Эти сложности могут быть преодолены путем использования подходящих барьерных материалов и покрытия заготовок таким образом, который обеспечивает хорошее сцепление между слоями.

Таким образом, одним ключом к настоящему изобретению является выбор подходящих барьерных материалов. Когда используется подходящий барьерный материал, покрытие сцепляется прямо с заготовкой без какого-либо значительного отслаивания и будет оставаться приклеенным, когда заготовка после того формуется выдуванием в бутылку. Использование подходящего барьерного материала также помогает уменьшить случайность внешних и структурных дефектов, которые могут получиться от сформованных выдуванием емкостей, как описано выше.

Следует отметить, что хотя большая часть обсуждения, чертежей и примеров изготовления покрытых заготовок относятся к заготовкам из двух слоев, такое обсуждение не предназначено для ограничения настоящего изобретения изделиями из двух слоев. Барьерные емкости и заготовки из двух слоев по настоящему изобретению пригодны для многих использований и эффективны по стоимости из-за экономии материалов и рабочих операций. Однако в некоторых обстоятельствах и для некоторых применений могут быть желательны заготовки, состоящие из более чем двух слоев. Использование трех и более слоев позволяет инкорпорировать материалы, такие как переработанный ПЭТ, который обычно менее дорог, чем чистый ПЭТ или предпочтительные барьерные материалы. Таким образом, как часть изобретения предполагается, что все эти способы изготовления заготовок с барьерным покрытием по настоящему изобретению, которые раскрыты здесь, и все другие пригодные способы изготовления таких заготовок могут быть использованы либо поодиночке, либо в сочетании для изготовления заготовок и емкостей с барьерным покрытием и содержащих два или более слоев.

На фиг.1 изображена предпочтительная заготовка 1 без покрытия. Заготовка предпочтительно выполнена из санкционированного FDA материала, такого как чистый ПЭТ, и может иметь любую форму и размер из множества форм и размеров. Заготовка, показанная на фиг.1, относится к тому типу заготовок, который формирует бутылку для газированных напитков на 16 унций, которая требует барьера для кислорода и двуокиси углерода, но, как будет понятно специалисту, другие конфигурации заготовок могут быть использованы в зависимости от желательных конфигураций, характеристик и использования конечного изделия. Предпочтительно заготовки изготавливаются вдувным формованием, как известно из уровня техники.

На фиг.2 изображено поперечное сечение предпочтительной заготовки 1 без покрытия по фиг.1. Заготовка 1 без покрытия имеет горловую часть 2 и туловищную часть 4. Горловая часть 2 начинается от отверстия 18 внутрь заготовки и вытянута в направлении поддерживающего кольца 6 и включает его. Горловая часть 2 далее характеризуется наличием резьбы 8, которая обеспечивает средство для закрепления крышки на бутылке, изготовленной из заготовки 1. Туловищная часть 4 вытянута и имеет цилиндрическую форму, вытянутую вниз от горловой части 2 и заканчивающуюся закругленной конечной крышкой 10. Толщина 12 заготовки будет зависеть от общей длины заготовки, толщины стенок и общего размера итоговой емкости.

На фиг. 3 раскрыто поперечное сечение одного вида заготовки 20 с барьерным покрытием по настоящему изобретению. Заготовка 20 с барьерным покрытием имеет горловую часть 2 и туловищную часть 4, как и непокрытая заготовка 1 по фиг.1 и 2. Слой 22 барьерного покрытия нанесен на всю поверхность туловищной части 4, заканчиваясь снизу на поддерживающем кольце 6. Слой 22 барьерного покрытия не вытянут по горловой части 2 и не присутствует на внутренней поверхности заготовки 16, которая предпочтительно изготавливается из санкционированного FDA материала, такого как ПЭТ. Слой 22 барьерного покрытия может содержать либо единственный материал или несколько микрослоев по меньшей мере из двух материалов и изготовлен с использованием процесса ТИФ, как описано ниже. Толщина всей заготовки 26 равна толщине начальной заготовки плюс толщина 24 барьерного слоя и зависит от общего размера и желательной толщины покрытия итоговой емкости. Например, стенка донной части заготовки может иметь толщину 3,2 мм; поперечное сечение стенки горлового окончания примерно 3 мм; а наложенный барьерный материал толщиной примерно 0,3 мм.

На фиг. 4 в поперечном сечении показано предпочтительное выполнение покрытой заготовки 21. Первым отличием между покрытой заготовкой 21 и покрытой заготовкой 20 на фиг.3 является относительная толщина двух слоев в области концевой крышки 10. В покрытой заготовке 20 на фиг.3 барьерный слой обычно тоньше, чем толщина начальной заготовки по всей туловищной части заготовки. В покрытой заготовке 21, однако, слой 22 барьерного покрытия толще в точке 29 около концевой крышки 10, чем в точке 25 в стеночной части 3 и, наоборот, толщина внутреннего полиэфирного слоя больше в точке 23 в стеночной части 3, чем в точке 27 в области концевой крышки 10. Эта конструкция заготовки особенно полезна, когда барьерное покрытие нанесено на начальную заготовку в процессе переформирования для изготовления покрытой заготовки, как описано ниже, где он представляет определенные преимущества, включая то, что он связан с сокращением времени цикла формирования. Слой 22 с барьерным покрытием может быть однородным или может содержать множество микрослоев, как показано на фиг.4А.

Фиг.4А является увеличением стеночной части заготовки, показывающим изготовление слоев в выполнении заготовки по процессу вдувания при ТИФ. Слой 110 является внутренним слоем заготовки, а 112 является внешним слоем заготовки. Внутренний слой 112 содержит множество микрослоев материала, как будет делаться, когда будет использоваться система ТИФ. Не все заготовки по фиг.4 будут относиться к этому типу.

На фиг. 5 другое выполнение покрытой заготовки 31 показано в поперечном сечении. Первичная разница между покрытой заготовкой 31 и покрытыми заготовками 20 и 21 по фиг.3 и 4 соответственно заключается в том, что слой 22 барьерного покрытия расположен в горловой части 2, а также и в туловищной части 4.

Заготовки и емкости с барьерами по настоящему изобретению могут иметь слои, которые имеют широкий диапазон относительных толщин. Для настоящего описания толщина заданного слоя и всей заготовки или емкости в заданной точке или по всей емкости может выбираться для соответствия способу покрытия или конкретному конечному использованию емкости. Более того, как обсуждено выше по отношению к слою с барьерным покрытием по фиг.3, слой с барьерным покрытием в выполнениях з