СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ПЛАСТМАССОВЫХ МЕЛКИХ ДЕТАЛЕЙ И ТОНКОСТЕННЫЕ ПЛАСТМАССОВЫЕ МЕЛКИЕ ДЕТАЛИ
METHOD OF MANUFACTURING THIN WALLED PLASTIC SMALL PARTS AND THIN WALLED PLASTIC SMALL PARTS

Изобретение относится к способу изготовления тонкостенных пластмассовых мелких деталей согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к тонкостенным пластмассовым мелким деталям.
Под тонкостенными пластмассовыми мелкими деталями в смысле настоящего изобретения чаще всего подразумеваются крышки, например, для упаковок напитков, части упаковок, например, такие как заплечики тюбиков, цельные упаковки, например, такие как стаканчики, контейнеры в форме капсул и блистерные упаковки (подушечки) для кофе, какао или чая, и тому подобные. В качестве тонкостенных в смысле настоящего изобретения рассматриваются тонкостенные пластмассовые мелкие детали, которые имеют среднюю толщину стенки менее 1,5 мм.
Подобные тонкослойные пластмассовые мелкие детали обычно изготавливаются из широко применяемых синтетических материалов, например, таких как полиэтилен (PE), полипропилен (PP), полиэтилентерефталат (PET), полистирол (PS) или поливинилхлорид (PVC). Поскольку пластмассовые мелкие детали из этих синтетических материалов широкого применения имеют относительно плохие барьерные свойства против кислорода, диоксида углерода и водяного пара, не в последнюю очередь также вследствие своей тонкостенности, при изготовлении пластмассовых мелких деталей из этих материалов обычно предусматриваются дополнительные барьерные слои, или же синтетические материалы перед их переработкой в пластмассовые мелкие детали должны быть смешаны с барьерными добавками. В качестве барьерного слоя используются, например, сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), полигликолевая кислота (PGA) или полиамиды. Часто применяются также покрытия на пластмассовых мелких деталях, образованные плазменным нанесением покрытий, например, углеродные покрытия (DLC), или также тонкие покрытия из оксидов титана, алюминия или кремния, чтобы обеспечивать требуемые барьерные свойства.
Изготовление подобных тонкостенных пластмассовых мелких деталей обычно выполняется термоформованием (глубокой вытяжкой) из многослойной пленки. Изготовление многослойных пленок является относительно простым и широко распространено на рынке. Термоформование (глубокая вытяжка) представляет собой классическую область применения, в частности, для изготовления упаковок, например, в пищевой промышленности, и проявляет себя достаточно эффективным.
Однако применение многослойных пленок или листов при термоформовании оказалось несостоятельным в отношении вторичной переработки для повторного использования, так как многослойные пластмассовые мелкие детали лишь с большим трудом могут быть разделены на отдельные материалы, если вообще это возможно. В случае термоформования часто возникает еще и выштампованная сетчатая структура, которая лишь с трудом может или вообще не может быть направлена в процесс регенерации. Вследствие этого желательные или также предписанные квоты повторного использования зачастую не могут быть достигнуты.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в устранении описанных недостатков прототипных тонкостенных пластмассовых мелких деталей. Должен быть создан способ изготовления подобных тонкостенных пластмассовых мелких деталей, которым могут быть изготовлены пластмассовые мелкие детали, которые после их надлежащего использования могут быть вторично переработаны более простым путем.
Решение этой задачи состоит в способе изготовления тонкостенных пластмассовых мелких деталей, который имеет приведенные в пункте 1 формулы изобретения признаки. Задача согласно изобретению решается также посредством тонкостенных пластмассовых мелких деталей, которые имеют признаки соответствующего пункта формулы изобретения на устройство. Усовершенствования и/или предпочтительные варианты осуществления изобретения представляют собой предмет зависимых пунктов формулы изобретения.
-1
-1
Изобретение предлагает способ изготовления тонкостенных пластмассовых мелких деталей со средней толщиной стенки менее 1,5 мм, которым пластмассовые мелкие детали в способе литья пластмасс под давлением изготавливаются из полиэтиленфураноата (PEF) с вязкостью от 0,4 дл/г до 0,7 дл/г, предпочтительно менее 0,6 дл/г, по измерению методом измерения аналогично стандарту ASTM D4603, который описывает испытание PET-материалов, который при литье пластмассы под давлением имеет содержание воды менее 100 млн. В идеальном случае содержание воды при литье пластмассы под давлением составляет менее 30 млн.
Применением полиэтиленфураноата (PEF) с очень низкой вязкостью пластмассовые мелкие детали могут быть очень экономично изготовлены способом литья пластмасс под давлением. При этом вязкость определяется методом измерения аналогично стандарту ASTM D4603. Этот нормированный метод измерения был разработан именно для определения вязкости PET, однако в аналогичной форме применим для PEF. Метод измерения вязкости PEF аналогично стандарту ASTM D4603 выбран потому, что для материала PEF еще не существует специальный стандарт для измерения вязкости.
Применение очень маловязкого PEF в качестве исходного материала сокращает расходы на его получение, так как можно отказаться от занимающего много времени и дорогостоящего процесса твердофазной полимеризации (соответственно, способа поликонденсации), или же он должен проводиться только в очень малой степени для достижения желательной вязкости. Кроме того, применение маловязкого PEF благоприятствует литью пластмасс под давлением. С маловязким PEF при литье пластмасс под давлением могут быть реализованы многочисленные простые длинные тонкие пути расплава без возникновения опасности, что расплав PEF затвердеет слишком рано, или что появятся ориентирования молекулярных цепей в расплаве PEF. Это позволяет изготавливать очень тонкостенные и не склонные к короблению контуры в способе литья пластмасс под давлением.
Низкая вязкость используемого для способа литья пластмасс под давлением PEF также оказывает положительное влияние на барьерные свойства PEF, поскольку жидкотекучий PEF со своими относительно короткими молекулярными цепями является гораздо более подвижным, и тем самым гораздо быстрее может быть доведен до кристаллизации с достижением желательной степени кристалличности. Более высокая кристалличность является благоприятной для барьерных свойств и также для теплостойкости сформированной литьем под давлением тонкостенной пластмассовой мелкой детали. С другой стороны, более высокая аморфность пластмассовой мелкой детали благоприятна для низкотемпературной ударопрочности. Например, аморфный PEF уже имеет в 10 раз более высокие барьерные свойства в отношении кислорода, чем PET при такой же толщине стенки. По сравнению с PP, барьерные свойства аморфного PEF против кислорода являются лучшими даже почти в 300 раз. Барьерные свойства PEF также против водяного пара являются вдвое лучшими сравнительно с PET при такой же толщине стенки. Поэтому аморфный PEF уже имеет преимущества перед традиционно применяемыми синтетическими материалами в отношении сохранения запаха фасуемых продуктов. Благодаря этому тонкостенные пластмассовые мелкие детали могут быть изготовлены как однослойные структуры. Становится ненужным получение многослойных пленок или листов для термоформования, как и часто применяемая штанцевальная решетка. Для литья пластмасс под давлением нужно нагревать и снова охлаждать меньшее количество полимерного материала, чем для термоформования. Вследствие этого сам по себе более сложный способ литья пластмасс под давлением составляет экономически выгодную альтернативу термоформованию (глубокой вытяжке). Сформированные литьем под давлением пластмассовые мелкие детали из однослойного PEF могут быть полностью направлены в процесс регенерации, что может оказывать благоприятное влияние на желательную квоту повторного использования.
-1
-1
Обрабатываемый в способе литья пластмасс под давлением PEF при этом имеет содержание воды менее 100 млн. Содержание воды в обрабатываемым в способе литья пластмасс под давлением PEF предпочтительно составляет менее 30 млн. Для этого PEF перед его переработкой высушивается. Регулирование вязкости и содержания воды в PEF перед его переработкой в способе литья пластмасс под давлением обусловливает сохранение молекулярной структуры PEF и, в частности, длины его цепей. Высушиванием PEF сокращается гидролитическая деградация цепей, и может быть предотвращено расщепление цепей PEF в результате гидролиза при литье PEF под давлением. При этом подготовка PEF должна выполняться по возможности близко по времени к его переработке в способе литья пластмасс под давлением. При этом близость по времени в смысле настоящего изобретения подразумевает промежуток времени от 0 до 2 часов. Используемый для изготовления тонкостенных пластмассовых мелких деталей в способе литья пластмасс под давлением PEF при этом может иметь линейную структуру цепей, или также содержать меньше или больше разветвлений.
В одном варианте способа используемый PEF может включать от 10% до 100% PEF биологического происхождения. Применение PEF биологического происхождения является желательным по экологическим соображениям, так как для изготовления PEF используются исключительно материалы из возобновляемых источников.
В дополнительном варианте способа используемый PEF может включать до 100% регенерированного материала. Вследствие используемого способа получения PEF и применяемых для высушивания и дальнейшей переработки PEF температур возможные загрязнения другими веществами, в частности, посторонними полимерами, играют второстепенную роль. Поэтому сформированные литьем под давлением пластмассовые мелкие детали, которые содержат регенерированный материал, могут без ограничений приходить в непосредственный контакт с фасуемым продуктом.
В дополнительном варианте способа может быть предусмотрено, что PEF является физически или химически вспененным так, что он имеет степень вспенивания от 0% до 30%. При этом вспенивание PEF может быть выполнено внутри литейной полости применяемой формы для литья под давлением.
В дополнительном варианте способа может предусматриваться примешивание легко окисляемых наполнителей, которые могут взаимодействовать с кислородом в присутствии катализатора или без него, и тем самым не допускать кислород в фасуемый продукт. В качестве катализатора предусматриваются, например, соли кобальта.
-1
Для регулирования желательного содержания воды PEF может быть высушен при температуре сушки, которая составляет выше 100°С и ниже 200°С. Процесс высушивания служит для регулирования содержания воды в PEF и позволяет еще частично очистить материал PEF и, соответственно, слегка повысить, если требуется, вязкость до желательного уровня. Высушивание может быть проведено в стандартной сушилке. Однако может оказаться целесообразным, когда при высушивании применяется мешалка или соответствующее устройство, чтобы предотвращать слипание материала PEF. В зависимости от начальной степени увлажнения материала PEF, желательна продолжительность высушивания между 3 и 30 часами, чтобы достигнуть влажности менее 100 млн. В дополнение, также может подводиться энергия посредством инфракрасного или микроволнового излучения, чтобы дополнительно сократить продолжительность высушивания. Наконец, высушивание PEF может проводиться и в вакууме или в атмосфере инертного газа, например, в атмосфере азота, который не вступает в реакции с PEF.
В дополнительном варианте способа к PEF может быть примешана доля зародышеобразующих добавок, которая не превышает 5%. Примешиванием зародышеобразующих добавок можно целенаправленно влиять на кристаллизацию. В качестве зародышеобразующих добавок могут быть использованы, например, карбонат кальция, порошок глины, силикаты, соли щелочных металлов, щелочноземельных металлов, алюминия, титана, органические соли (например, металлические соли сложных полиэфиров), оксиды металлов, производные сорбита, фосфатные производные, тальк, воски, полиолефины (PE, TPE, PP), алифатические полиамиды.
В альтернативном варианте способа для подавления кристаллизации PEF во время литья под давлением к PEF может примешиваться доля сополимеров, например, диэтиленгликоль, которая не превышает 10%.
Изготовленная согласно изобретению способом литья пластмасс под давлением тонкостенная пластмассовая мелкая деталь имеет среднюю толщину стенки менее 1,5 мм. При этом пластмассовая мелкая деталь состоит по существу только из сформированного однослойным PEF. Однослойная конфигурация пластмассовой мелкой детали обеспечивает возможность полной регенерации для повторного использования, что является особенно желательным по экологическим соображениям.
В одном варианте изобретения сформированная литьем под давлением тонкостенная пластмассовая мелкая деталь может иметь среднюю толщину стенки, которая составляет менее 1 мм. Применяемый маловязкий PEF является очень легкотекучим и обеспечивает возможность очень быстрого заполнения литейной полости формы для литья под давлением. Вследствие очень малой ширины щели в форме это, тем не менее, может обусловливать некоторую желательную кристаллизацию нагнетаемого расплава PEF.
В одном варианте изобретения может быть предусмотрено, что тонкостенная пластмассовая мелкая деталь, по меньшей мере на отдельных участках, имеет степень кристалличности до 50%. Более высокая степень кристалличности оказывает позитивные влияния на барьерные свойства, в то время как аморфность PEF может благоприятно влиять на низкотемпературную ударостойкость.
В одном варианте изобретения форма для литья под давлением при впрыскивании массы PEF еще не является полностью закрытой, и полностью закрывается лишь во время или после впрыскивании массы PEF. При подобном проведении процесса тонкостенная пластмассовая мелкая деталь формируется в результате процесса литья под давлением и процесса формования выдавливанием. В зависимости от того, когда точно закрывается форма, преобладает либо процесс литья под давлением, либо процесс формования выдавливанием.
В дополнительном варианте способа термопластичная литьевая масса PEF вводится в литьевую полость уже перед закрыванием формы. В этом случае при изготовлении тонкостенных пластмассовых мелких деталей речь уже не идет о собственно процессе литья под давлением, а в этом случае говорят о способе формования выдавливанием.
Сформированная согласно изобретению литьем под давлением тонкостенная пластмассовая мелкая деталь может быть выполнена в виде крышки, например, для упаковки напитка, в виде части упаковки, например, как заплечик тюбика, в виде цельной упаковки, например, такой как стаканчик, как контейнер в форме капсулы и блистерная упаковка (подушечка) для кофе, какао или чая. В частности, она может быть сформирована как упаковка для чувствительного к кислороду содержимого. Например, тонкостенная пластмассовая мелкая деталь может представлять собой однопорционный лоток для готовых блюд или стаканчик для чувствительных к кислороду фасуемых продуктов. Конфигурация в виде капсульной и блистерной упаковки для кофе, какао или чая обеспечивает возможность хранения практически без утраты аромата. При этом может быть изготовлена также герметизирующая покровная пленка для упаковки в форме капсулы из PEF, что чрезвычайно улучшает пригодность подобных упаковок для вторичного использования. Наконец, соответствующая изобретению тонкостенная пластмассовая мелкая деталь также может служить в качестве стаканчика для детского питания, для хранения соусов, подливок или кетчупа.
Применение PEF с низкой вязкостью обеспечивает возможность экономичного изготовления тонкостенных пластмассовых мелких деталей способом литья пластмасс под давлением. Сформированные литьем под давлением пластмассовые мелкие детали из PEF могут быть выполнены однослойными без негативных влияний на их барьерные свойства. При этом они в отношении их барьерных свойств по меньшей мере равнозначны изготовленным термоформованием (глубокой вытяжкой) из пленок или листов из обычных широко распространенных синтетических материалов, таких как PE, PP, PET, PS или PVC, которые снабжены барьерными слоями из EVOH, PGA или PA, или также покрытиями из аморфных углеродных слоев или тонких стеклянных покрытий, а во многих случаях даже превосходят их. В отличие от многослойных и сформированных из многих различных материалов пластмассовых мелких деталей согласно прототипу, которые лишь с большим трудом пригодны для повторного использования или вообще непригодны, в отношении тонкостенных пластмассовых мелких деталей согласно изобретению речь идет о сформированных однослойными, из одного материала деталями из PEF, которые очень простым путем и всецело пригодны к переработке в качестве вторичного сырья.