СОСТАВНАЯ УПАКОВКА "BAG-IN-CONTAINER", ИЗГОТОВЛЕННАЯ СПОСОБОМ ВЫДУВНОГО ФОРМОВАНИЯ, СОСТОЯЩАЯ ИЗ ВНУТРЕННЕГО И ВНЕШНЕГО СЛОЕВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ ИЗ ОДНОГО И ТОГО ЖЕ МАТЕРИАЛА, А ТАКЖЕ ПРЕФОРМА ДЛЯ ЕЕ ПРОИЗВОДСТВА
COMPOSITE "BAG-IN-CONTAINER' PACKAGE MADE BY BLOW MOULDING AND CONSISTING OF INNER AND OUTER LAYERS FABRICATED FROM ONE MATERIAL, AND PREFORM TO THIS END

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в целом, к новым разработкам в области разливной упаковки «bag-in-containers» и, в частности, к составной упаковке «bag-in-containers», изготовленной способом выдувного формования из одного материала. Оно также относятся к способу для изготовления упаковки «bag-in-containers» и, в частности, к преформам, используемым для их изготовления, так же как и к способу для изготовления упомянутой преформы.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Упаковка «bag-in-containers» также называется «bag-in-bottles» (мех-в-бутыле) или «bag-in-boxes» (мешок в коробке) в зависимости от формы внешней оболочки, при этом все используемые здесь термины охватываются значением термина «bag-in-container»; эта упаковка является разновидностью упаковки для розлива жидкостей и состоит из внешнего контейнера с отверстием, сообщающимся с атмосферой - горловины, и сжимаемого внутреннего пакета, соединенного с упомянутым контейнером и отверстием, сообщающимся с атмосферой в районе указанной горловины. Система должна содержать, по меньшей мере, один вентиляционный канал, сообщающий с атмосферой область между внутренним пакетом и внешним контейнером для управления давлением в данной области при сдавливании внутреннего пакета и розлива за счет этого содержащейся в нем жидкости.
Традиционно, упаковка «bag-in-containers», до этого и в настоящее время, выпускается путем отдельного изготовления внутреннего пакета со специальной закрывающейся горловиной в сборе и жесткого контейнера (обычно в форме бутыли). Пакет вставляется в окончательно сформированное отверстие бутыли и крепится на горлышке при помощи укупорочного устройства, имеющего с одной стороны отверстие вовнутрь пакета и вентиляционные каналы, обеспечивающие сообщение области, расположенной между пакетом и бутылью, с атмосферой; примеры подобных конструкций можно найти, в частности, в US 3484011, US 3450254, US 4330066, и US 4892230. Преимуществом данного вида упаковки «bag-in-containers» является то, что она многоразовая, однако ее производство трудоемко и она очень дорогостояща.
Недавние разработки были направлены на производство «составных bag-in-containers способом выдувного формования», позволивших исключить трудоемкий этап сбора пакета в контейнере, используя способ выдувного формования полимерной многослойной преформы в контейнере с внешним и внутренним слоями таким образом, что адгезия между внешним и внутренним слоями производимого подобным образом контейнера была достаточно слабой для быстрого расслаивания после подачи газа в место сопряжения. «Внутренний слой» и «внешний слой» могут состоять из одного или нескольких слоев, однако, в любом случае, они могут быстро быть идентифицированы, по крайней мере, после расслаивания. В упомянутой технологии существует множество проблем, поэтому было предложено много альтернативных решений.
Многослойная преформа может быть экструдирована или изготовлена способом литья под давлением (см. US 6238201, JP 10128833, JP 11010719, JP 9208688, US 6649121). Первый способ используется, когда требуется высокая производительность, а второй - когда необходимо обеспечить определенную толщину стенок, как правило, в емкостях для розлива напитков.
Образование вентиляционных каналов, обеспечивающих сообщение с атмосферой области или места соединения между пакетом и бутылью, остается наиболее критичным этапом при производстве составной упаковки «bag-in-containers» способом выдувного формования; было предложено несколько решений, описанных, например, в US 5301838, US 5407629, JP 5213373, JP 8001761, EP 1356915, US 6649121, JP 10180853.
Преформы для производства способом выдувного формования составной упаковки «bag-in-containers» существенно отличаются от преформ для производства способом выдувного формования многослойных контейнеров, при котором не предусматривается расслоение слоев контейнера по толщине. Упаковка «bag-in-container» состоит из жесткой оболочки, содержащей гибкий, сжимаемый пакет. Таким образом, внешний слой контейнера существенно толще, чем внутренний пакет. Точно такое же соотношение прослеживается и в преформе; внутренний слой существенно тоньше внешнего слоя. Более того, в отдельных случаях, преформа может уже иметь вентиляционные каналы, чего никогда не встречается в преформах для производства многослойных контейнеров (см. EP 1356915).
Еще одной проблемой при производстве составной упаковки «bag-in-containers» способом выдувного формования является подбор материалов для внутреннего и внешних слоев, которые, с одной стороны, должны выбираться с учетом строгих требований по совместимости с точки зрения обработки а, с другой стороны, несовместимости с точки зрения адгезии. Иногда совместить эти критерии достаточно сложно, как это показано ниже.
Решая проблему совместимости при обработке, ЕР 1356915 и US 6649121 было предложено, чтобы температура плавления внешнего слоя была выше, чем температура плавления внутреннего слоя, что позволило бы изготавливать составные преформы способом литья под давлением их внешнего слоя, а затем отливкой поверх него внутреннего слоя. Примеры материалов для внешнего слоя, приводимые авторами, включают в себя PET (полиэтилентерефталат) и EVOH (сополимер этилена - винилового спирта), в то время как в качестве примера для внутреннего слоя приводится полиэтилен. Однако, несмотря на то, что подобный выбор материалов вполне может подойти для изготовления преформ способом литья под давлением, он далеко не идеален для выдувного формования, поскольку полиэтилен и PET характеризуются различными температурами выдувного формования. Также в US 6238201 описан способ соэкструдирования двухслойной заготовки с последующим выдувным формованием упомянутой заготовки в упаковку «bag-in-container», при котором внешний слой в предпочтительном варианте содержит олефин, а внутренний слой - аморфный полиамид.
В том, что касается подбора материалов со слабыми адгезионными свойствами, необходимыми для обеспечения надлежащего расслаивания внутреннего и внешнего слоев при использовании, то в JP 2005047172 упоминаются «взаимо-неадгезивные синтетические смолы». В обзоре предшествующего уровня техники в US 5921416 упоминается использование разделительных слоев, проложенных между внутренним и внешним слоями с образованием трех - или пятислойных структур. Пример подобной конструкции описан в US 5301838, где раскрывается сложная, пятислойная преформа, состоящая из трех слоев PET (полиэтилентерефталата), проложенных двумя тонкими слоями материала, выбранного из группы: EVOH (сополимера этилена - винилового спирта), РР (полипропилена), РЕ (полиэтилена), РА6 (полиамида-6). И здесь также, помимо сложностей, связанных с изготовлением подобных преформ, температура выдувного формования этих разных материалов существенно различается. И последнее, хотя и не менее важное обстоятельство заключается в том, что использование различных материалов делает утилизацию подобной упаковки «bag-in-container» проблематичной, поскольку после использования пакет трудно извлечь из контейнера.
Из вышесказанного следует, что в области составной упаковки «bag-in-containers», получаемой способом выдувного формования, сохраняется потребность в решениях по выбору материалов для внутреннего и внешнего слоев, а также по утилизации упаковки «bag-in-containers» после использований.
Существо изобретения
Настоящее изобретение определено в прилагаемых независимых пунктах формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения. В частности, настоящее изобретение относится к составной упаковке «bag-in-container», изготовленной способом выдувного формования, в которой один и тот же полимер вступает в контакт с любой стороны места сопряжения между внутренним и внешним слоями.
Оно также относится к преформе для изготовления способом выдувного формования упаковки «bag-in-container», состоящей из внутреннего и внешнего слоев, в результате выдувного формования из преформы получается двухслойный контейнер, а образованный таким образом внутренний слой данного контейнера отделяется от образованного таким образом внешнего слоя после подачи газа в место сопряжения двух слоев. Внутренний и наружный слои выполнены из одного и того же материала.
Предпочтительный вариант реализации преформы согласно настоящему изобретению представляет собой сборную конструкцию, состоящую из первой преформы для внутреннего слоя и второй преформы для внешнего слоя таким образом, что первая преформа вставляется во вторую преформу.
В альтернативном варианте реализации изобретения преформа представляет собой составную преформу, получаемую способом литья под давлением одного слоя поверх другого.
Краткое описание чертежей
Фигура 1А представляет собой схематичное изображение в поперечном разрезе первого варианта реализации преформы согласно настоящему изобретению и упаковки «bag-in-container», полученных после выдувного формования.
Фигура 1В представляет собой схематичное изображение в поперечном разрезе второго варианта реализации преформы согласно настоящему изобретению и упаковки «bag-in-container», полученных после выдувного формования.
Подробное описание изобретения
На прилагаемых фигурах 1А и 1В представлена составная упаковка «bag-in-container» 2, производимая способом выдувного формования, и преформа 1 и 1' для ее изготовления. Преформа 1 состоит из внутреннего слоя 11 и внешнего слоя 12, соединенных, по меньшей мере, на уровне области 6 горлышка сопряжением (показанным с правой стороны). Область между внутренним и внешним слоями 11 и 12 может либо состоять из сопряжения 14, где два слоя соприкасаются друг с другом, либо иметь зазор 14', сообщающийся с, по меньшей мере, одним вентиляционным каналом 3, открывающимся в атмосферу в 4.
Ранее уже было раскрыто много конфигураций вентиляционных каналов, поэтому не столь важно, какая именно конфигурация будет выбрана. Между тем, предпочтительно, чтобы вентиляционный канал располагался рядом и был направлен соосно упоминаемой горловине преформы 5, как это показано на фиг.1. Более предпочтительно, чтобы вентиляционные каналы имели клиновидную форму, широкое основание которых находилось бы на уровне отверстия 4 и сужалось по мере углубления в сосуд до тех пор, пока оба слоя не встретятся и не образуют сопряжение 14, по крайней мере, на уровне горлышка. Подобная конфигурация позволяет более эффективно и повторно производить отслоение внутреннего пакета после использования упаковки «bag-in-container». Контейнер может иметь один или несколько вентиляционных каналов, равномерно расположенных вокруг краев горловины упаковки «bag-in-container». Предпочтительно использование нескольких вентиляционных каналов, поскольку это позволяет сделать более равномерным разъединение сопряжения между внутренним 21 и внешним 22 слоями 21 и 22 упаковки «bag-in-container» 2 после подачи сжатого газа через упомянутые вентиляционные каналы. Предпочтительно, чтобы преформа имела два оппозитных вентиляционных канала, диаметрально расположенных у краев горловины сосуда. Более предпочтительно, три и наиболее предпочтительно, не менее четырех равномерно расположенных вентиляционных каналов у краев горловины.
Преформа может представлять собой сборную конструкцию из двух отдельных преформ 11 и 12, изготовленных независимо друг от друга и собранных впоследствии таким образом, что внутренняя преформа 11 вставлена во внешнюю преформу 12. Подобное решение обеспечивает больше возможностей при проектировании горлышка и вентиляционных каналов. Как вариант, преформа может также быть составной, полученной в результате литья под давлением одного слоя поверх другого. Последний вариант реализации изобретения более предпочтителен, нежели сборная преформа, поскольку в нем отсутствует этап сборки, а для изготовления преформы требуется только одна производственная установка. С другой стороны, варианты конструкций вентиляционных каналов весьма ограничены данным способом.
Притом что интуиция подсказывает, а весь предшествующий уровень техники предлагает использовать различные и взаимо-неадгезивные синтетические смолы" для внутреннего и внешнего слоев преформы при изготовлении упаковки «bag-in-container» (см. JP 2,005047172), неожиданно было обнаружено, что отличные результаты по расслоению между внутренним и внешним слоями могут достигаться также и у преформ, внутренний и внешний слои которых выполнены из одного и того же материала. Аналогичные результаты были получены как со сборными преформами, так и с составными преформами. В случае составных преформ, формуемых "слой поверх слоя", принято считать, что лучшие результаты достигаются с полукристаллическими полимерами.
Предпочтительными материалами для внутреннего и внешнего слоев преформы и упаковки «bag-in-container» по настоящему изобретению являются полиэфиры, такие как PET (полиэтилентерефталат), PEN (полиэтиленнафталат), РТТ (политриметилентерефталат), PTN (политриметиленнафталат); полиамиды, такие как РА6, РА66, РА11, РА12; полиолефины, такие как РЕ (полиэтилен), РР (полипропилен); EVOH (сополимер этилена - винилового спирта); биологически разлагаемые полимеры, такие как PGAc (полигликоль ацетат), PLA (полимолочная кислота); а также их сополимеры и смеси.
Считается, что один и тот же полимер вступает в контакт с любой стороны места сопряжения между внутренним и внешним слоями в следующих случаях:
внутренний
внешний
- внутренний и внешний слои состоят из одного и того же материала (например, РЕТРЕТ; независимо от марки конкретного PET); либо
внутренний
внешний
- внутренний и внешний слои состоят из смеси сополимеров, имеющих, по меньшей мере, один общий полимер, при условии, что подобный общий полимер находится в месте сопряжения, а отличающийся полимер преимущественно отсутствует в подобном месте сопряжения (например, (0.85 РЕТ+0.15 РА6)(0.8 РЕТ+0.2 РЕ), где PET - полиэтилентерефталат; РА - полиамид; РЕ - полиэтилен.
Присутствие в слое небольшого количества присадок не делает материал иным, если они существенным образом не изменяют свойства сопряжения.
Два слоя 11 и 12 преформы могут быть соединены сопряжением 14 преимущественно по всей внутренней поверхности внешнего слоя. И, наоборот, они могут быть разделены преимущественно по всей площади корпуса преформы зазором 14', содержащим воздух и сообщающимся с, по меньшей мере, одним вентиляционным каналом 3 в области сопряжения (см. 1' на фиг.1В). Последний вариант реализации изобретения легче осуществить, используя сборную преформу, выполненную таким образом, что внутренняя преформа прочно закреплена на наружной преформе в области 6 горлышка, и, соответственно, между внутренним и внешним слоями 11 и 12 может быть образован существенный зазор 14'.
Упаковка «bag-in-container» 2 по настоящему изобретению может быть получена из преформы, как описано выше, доведением данной преформы до температуры выдувного формования, закреплением нагретой подобным образом преформы на уровне горлышка крепежными средствами в устройстве выдувного формования, и выдувным формованием нагретой таким образом преформы до образования упаковки «bag-in-container». Внутренний и внешний слои 21 и 22 полученной таким образом упаковки «bag-in-container» соединены друг с другом сопряжением 24 преимущественно по всей внутренней поверхности внешнего слоя. Указанное сопряжение 24 сообщается с атмосферой через вентиляционные каналы 3, сохраняющие свою первоначальную форму в способе выдувного формования, поскольку область горлышка преформы, где расположены вентиляционные каналы, прочно удерживается крепежными средствами и не растягивается во время формования.
Необходимо, чтобы сопряжение 24 между внутренним и внешним слоями 21 и 22 разделялось после подачи сжатого газа через вентиляционные каналы надежно с возможностью повторения. Успех данной операции зависит от ряда параметров, в частности, от адгезивной прочности сопряжения, количества, формы и расположения вентиляционных каналов, а также давления подаваемого газа. Прочность сопряжения, безусловно, является ключевым моментом и может быть выбрана путем подбора материала для внутреннего и внешнего слоев, а также параметрами процесса во время выдувного формования; используемое соотношение давление-время-температура имеет первостепенное значение и в значительной степени зависит от материала, выбранного для внутреннего и внешнего слоев.
Превосходные результаты могут быть получены в случае, если способ выдувного формования выполняется на описанной выше преформе, в которой внутренний и внешний слои на существенной площади корпуса преформы разделены зазором, содержащим воздух, и в которой упомянутый зазор сообщается с, по меньшей мере, одним вентиляционным каналом сопряжения, при этом
- на первом этапе, для растягивания преформы, в пространство, ограниченное внутренним слоем, подают газ, а воздуху, находящемуся в зазоре, разделяющем внутренний и внешний слои преформы, не дают выйти, путем перекрытия, по меньшей мере, одного упомянутого вентиляционного канала сопряжения в преформе клапаном, расположенным в крепежных средствах; а
- на втором этапе, после того как давление воздуха в упомянутом зазоре достигает предустановленного значения, клапан открывается, выпуская, таким образом, воздух, находящийся в зазоре.
При данном способе, воздушная подушка внутри зазора, разделяющего два слоя, не дает внутреннему слою войти в соприкосновение с внешним слоем, когда их соответствующие температуры имеют максимальные значения. По мере растяжения зазор уменьшается, а давление воздуха внутри зазора увеличивается. Когда давление достигает предустановленного значения, клапан, закрывающий отверстие вентиляционного канала, открывается, воздух выпускается, внутренний слой входит в соприкосновение с внешним слоем и образует с ним сопряжение, после того как их соответствующие температуры упали до такого уровня, при котором адгезия между слоями не может быть сколь-либо существенной.
Разделительная смазка может быть нанесена на какую-то одну или обе поверхности внутренней и внешней преформ, образующих область сопряжения упаковки «bag-in-container». Можно использовать любые разделительные смазки, имеющиеся в продаже, наиболее подходящие для материала, используемого в преформе, и выдерживающие температуры формования вроде разделительных смазок на основе силикона или PTFE (например, Freekote). Разделительную смазку можно наносить непосредственно перед загрузкой заготовок в устройство для выдувного формования, иногда преформы поставляются с уже нанесенной смазкой.
Принимая во внимание конструкцию внутреннего слоя, нанесение разделительной смазки становится особенно важным. Действительно, снижение интерференционного адгезивного усилия облегчает отслоение внутреннего слоя от внешнего слоя и таким образом снижает напряжение, воздействующее на внутренний слой при расслоении, что позволяет делать внутренний слой очень тонким и гибким, без риска повредить внутренний слой после расслаивания. Безусловно, гибкость внутреннего пакета является ключевым параметром при розливе жидкостей, кроме этого, если делать внутренний слой очень тонким, то можно дополнительно сэкономить на экономии материала.
Кроме этого, нанесение разделительной смазки позволяет уменьшить ширину зазора, разделяющего внутренний и внешний слои. За счет уменьшения ширины упомянутого зазора толщина внутреннего слоя преформы может быть сконструирована такой же, но с большим радиальным поперечным сечением, что в результате уменьшает коэффициент растяжения внутреннего слоя во время выдувного формования, а следовательно, уменьшает вероятность образования микротрещин во внутреннем слое.
Пример:
Преформа согласно настоящему изобретению была изготовлена путем заливки расплавленного материала в первую полость пресс-формы до образования внутреннего слоя преформы 11. Расплавленное вещество было залито во вторую полость пресс-формы, охлажденную до образования внешнего слоя преформы 12. Два компонента преформы были собраны вместе, образуя преформу согласно настоящему изобретению.
Преформа, изготовленная описанным выше способом, была нагрета в печи, оборудованной инфракрасными лампами, а затем закреплена в пресс-форме для выдувного формования, стенки которой были нагреты до нужной температуры. В преформу был подан сжатый воздух. Изготовленная подобным образом упаковка "bag-in-container" была затем заполнена жидкостью и соединена с устройством для розлива напитка, оборудованным источником сжатого воздуха для определения давления расслаивания.
Давление расслоения определялось следующим образом. Вентиляционные каналы в месте сопряжения упаковки «bag-in-container» были соединены с источником сжатого воздуха. Воздух подавался через вентиляционные каналы под постоянным давлением, за местом сопряжения между внутренним и внешним слоями велось наблюдение; давление ступенчато повышалось до достижения давления расслоения. Давление расслоения определяется как давление, при котором внутренний пакет отделяется от внешнего слоя по всей поверхности сопряжения и спадает. Поверхности разделенных таким образом слоев были осмотрены на предмет наличия следов склейки.
Давление расслоения упаковки «bag-in-container», описанное выше, составило примерно 05±0.1 бар избыточного давления, значительных следов когезионных разрывов между внутренним и внешним слоями отмечено не было. Данный пример подтверждает, что в соответствии с настоящим изобретением из составных преформ можно изготавливать упаковку «bag-in-container» высочайшего качества.