專利名稱：具有提高的軸向剛度和抗斷強度的封裝制品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可用于封裝大劑量生活用品、食品、化學或化妝品的封裝制品，例如管、瓶管、罐、瓶或汽油罐形式的容器。
另外，這種材料必須使得封裝制品的軸向剛度足以承受通過在封裝制品上卡扣固定一個加注帽或蓋而產(chǎn)生的必要的軸向壓力而不被壓碎。在存儲和運輸中封裝制品被堆積在貨架上，此軸向剛度因而十分必要。
另外，這種材料必須使得封裝制品可以采用當前通常采用的工業(yè)制造技術生產(chǎn)，如注射-吹塑模制，吹塑擠壓或復合擠壓。為此，尤其是在吹塑擠壓工藝中，此材料必須能被焊接，例如在型胚底部的區(qū)域。
最后，這種封裝制品的制造費用必須盡可能的低，以便符合大批量銷售渠道的經(jīng)濟規(guī)律。
已為人知的是在生產(chǎn)具有基于聚丙烯共聚物的單層結構形式的瓶子，尤其是化妝品封裝瓶中，其彎曲模量一般在800MPa左右。作為示例，可參考BOREALIS公司以BOREALIS商標(型號CHC 307MO)銷售的材料。由于這種材料具有較高的柔性，為了使封裝制品達到上述的軸向強度，它必須具有較大厚度的壁。一般來說，其平均厚度約為800μm。當然，需要的原材料的量越大，封裝制品的費用就越高。
生產(chǎn)基于聚乙烯的瓶子也已為人所知。作為示例，可參考DSM公司以STAMYLAN商標(型號HD 7625或HD 8621)銷售的材料。這些材料和上面提到的聚丙烯共聚物的材料有相同的問題。一般來說，使用這種類型材料的瓶子的壁厚約為1mm。
在其他方面的應用中，尤其是在食品、家庭用品或工業(yè)化學領域中，壁厚可提高到5mm甚至更高。在這些應用中，容器體積可以提高到250升或更高。
特別地，本發(fā)明的一個目的是提供一種具有全面提高的抗斷強度的封裝制品，其軸向剛度足夠大，尤其是足以經(jīng)受住堆積，或可允許在制品上卡扣固定加注帽或蓋。
本發(fā)明還有一個目的是提供一種封裝制品，與傳統(tǒng)的容器相比，所述封裝制品可以保持甚至提高其機械性能(尤其是在抗斷強度和軸向剛度上)，同時只需用少量的材料。
本發(fā)明的另一個目的是生產(chǎn)一種封裝制品，其制造費用盡可能低，且可以采用現(xiàn)有的中空物品的工業(yè)技術來制造，例如旋轉(zhuǎn)模制或任何一種吹塑模制法，尤其是注射-吹塑模制，吹塑擠壓或復合擠壓。
其他目的將在后文的具體描述中出現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，這些目的可以通過生產(chǎn)一種封裝制品來實現(xiàn)。所述封裝制品最好是瓶、罐或瓶管的形式，包括由至少一層材料構成的壁。所述壁由高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯組成。
根據(jù)本發(fā)明，低密度或極低密度的聚乙烯是與在同一層內(nèi)的高彎曲模量的聚丙烯混和的混和物，或者是與含有高彎曲模量聚丙烯的層中分開的一層。
有利的是，聚丙烯是均聚物。然而，只要能達到所要求的彎曲模量，也可以用共聚物。均聚物或共聚物都可以是具有至少一種填充劑的混合物的形式。
令人吃驚地是，申請人發(fā)現(xiàn)在高彎曲模量的聚丙烯，尤其是聚丙烯均聚物中加入低密度或極低密度的聚乙烯，可以提高封裝制品的抗斷強度，所提高的抗斷強度要比所降低的軸向剛度高得多。
本發(fā)明所提出的方法采用了較高或非常高彎曲模量的聚丙烯，和迄今為止制瓶領域中普遍采用的、并朝采用較低彎曲模量聚丙烯方向發(fā)展的方法相反。
和只由高彎曲模量的聚丙烯制成的瓶子相比，根據(jù)本發(fā)明的封裝制品具有顯著提高的抗斷強度，而其軸向剛度并不受明顯影響。因此，要達到相同甚至更高性能的抗斷強度和軸向剛度，所需的材料量要比傳統(tǒng)材料所需的材料量少。因而封裝制品的制造費用也相應降低。
關于斷裂應力，將進行所謂的“跌落試驗”，所述試驗將結合具體實施例在后文中詳細描述。
關于軸向剛度，將進行所謂的“恒速壓縮試驗”，所述試驗包括測量使瓶子產(chǎn)生預定收縮的作用力。為此，將使用設定為以約60mm/min的速度施加壓力的拉力試驗機。測量達到收縮所需的作用力。
為了達到相同甚至更高的機械性能(抗斷強度和軸向剛度)，根據(jù)本發(fā)明一個瓶子所需材料量比傳統(tǒng)方法中相同瓶子所需材料量約少5到50％，最好少10到30％。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，高彎曲模量可以理解成大于1200 MPa的彎曲模量，較理想是大于1500 MPa，更好是大于1800 MPa，最好是大于2000 MPa。此彎曲模量可以用ISO178標準中介紹的測量條件來測量。
在優(yōu)選實施例中，采用了MONTELL公司銷售的型號為ADSTIF680 ADXP的聚丙烯均聚物，其彎曲模量為2150 MPa。
在一實施例中，采用了DSM公司以STAMYLAN商標(型號為P15 EK10)銷售的聚丙烯均聚物，其彎曲模量為2050 MPa。
在另一實施例中，采用了DSM公司以STAMYLAN商標(型號為P15 E62)銷售的聚丙烯均聚物，其彎曲模量為1500 MPa。
在另一非優(yōu)選的實施例中，采用了DSM公司以STAMYLAN商標(型號為P83 E10N)銷售的聚丙烯共聚物，其彎曲模量為1350 MPa。
這種聚丙烯的結晶度應大于40％，較理想是大于50％，最好是大于60％。聚丙烯均聚物的結晶度可以通過晶核形成劑來提高，例如MILLIKEN公司銷售的MILLAD產(chǎn)品。
或者，可以在標準聚丙烯(也就是說其彎曲模量小于1200MPa)內(nèi)加入至少一種填充劑，尤其是占重量的5到50％，最好是10到40％的填充劑，從而得到高彎曲模量的聚丙烯。這種填充劑可以從為此目的而普遍使用的填充劑中選擇，其由玻璃纖維、滑石、白堊或硫酸鋇組成。生產(chǎn)從傳統(tǒng)彎曲模量的聚丙烯，即彎曲模量小于1200MPa的聚丙烯開始，在擠壓時加入合適的一種或多種填充劑。
用語“聚乙烯”尤其是指一種乙烯均聚物，或是帶有最多35％的至少一個1-亞烷基的乙烯共聚物，特別是包括3到10個碳原子那種。聚乙烯可以是線性的或是分支的。
用語“低密度聚乙烯”可以理解為密度最好在約0.905g/cm3和0.930g/cm3之間的聚乙烯。一個低密度聚乙烯的例子是EXXON公司以EXCEED商標銷售的材料，其密度大于0.905g/cm3。此密度可由具有ISO 1183標準中介紹的測量條件的測量方法來測量。
然而，最好采用極低密度的聚乙烯。極低密度的聚乙烯應被理解成密度最好小于0.905g/cm3的聚乙烯。而且，極低密度的聚乙烯的密度還應大于0.850g/cm3，最好大于0.875g/cm3。
這種低密度或極低密度的聚乙烯最好通過具有高反應選擇性的催化劑的摧化作用來得到。具有高反應選擇性的催化劑可以理解成僅具有單一反應部位的類型，尤其是金屬茂類型的催化劑。另外，相比于軸向剛度的降低，抗斷強度的提高得更大。
作為由金屬茂催化作用得到的極低密度聚乙烯的例子，可以使用DEX PLASTOMERS公司銷售的商業(yè)型號為EXACT 0201的材料，其密度約為0.902g/cm3。
另一個例子是DEX PLASTOMERS公司銷售的商業(yè)型號為EXACT 8201的材料，其密度約為0.882g/cm3。
其他材料，例如DOW公司以ENGAGE、ELITE或AFFINITY商標銷售的材料也可以使用。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，所述壁包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯的混合物構成的第一層。
第一層最好應包括2到40％，最好是10到25％的低密度或極低密度的聚乙烯。太少量的聚乙烯無法顯著地提高封裝制品的抗斷強度，而太大量的聚乙烯又很明顯地影響了封裝制品的軸向剛度。
根據(jù)本發(fā)明的封裝制品最好還包括至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯構成的第二層。第二層最好由低密度或極低密度的聚乙烯構成，聚乙烯應占重量的至少60％，較理想是占至少70％，最好占至少80％。
參考本發(fā)明的另一個實施例在后文中可以更詳細地看到，在此特殊情況下第一層可以不包括低密度或極低密度的聚乙烯。
第二層中的低密度或極低密度的聚乙烯可以和第一層中所使用的成分相同。然而，由于最好應在不同層中具有不同的聚乙烯以便改變不同層的性能，因此這并不是必須的。
如果合適，第二層中的低密度或極低密度的聚乙烯可以是聚烯烴混合物，例如聚丙烯或聚乙烯。這個特征使得只需加入一種廉價的材料就可以進一步地降低封裝制品的費用。然而，低密度或極低密度的聚乙烯必須在混合物中占主要部分。低密度或極低密度的聚乙烯應占整層重量的60％到98％之間，最好在整層重量的75％到90％之間。
第二層可以設置在封裝制品的內(nèi)部或外部，然而最好是設置在內(nèi)部。第二層設置在封裝制品內(nèi)部時其抗斷強度要比設置在外部時高。
另外，封裝制品壁可包括至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯構成的第三層，第一層位于第二層和第三層間。第三層由低密度或極低密度的聚乙烯構成，聚乙烯應占重量的至少60％，較理想是占至少70％，最好占至少80％。
第三層進一步提高了封裝制品的抗斷強度，而不明顯影響整個物品的彎曲模量。在大容量的封裝制品或具有較易破碎形狀的封裝制品的情況下，此第三層被證明是必要的。
形成第三層的材料可和形成第二層的材料相同。這個特征允許對形成第二層和第三層的材料使用同一原料，因而有利于復合擠壓工藝。
根據(jù)另一實施例，本發(fā)明的封裝制品包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯形成的第一層，以及至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成的第二層。
第二層由低密度或極低密度的聚乙烯形成，其中聚乙烯所占的重量應至少為60％，較理想是至少70％，最好是至少80％。
根據(jù)本發(fā)明，封裝制品還包括第三層，第一層設置在第二層和第三層之間。
第三層至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成，可以和第二層相同。
在多層結構中，高彎曲模量的聚丙烯最好處于占整個壁厚70到95％，最好是80到95％的那一層中。這個范圍使得在封裝制品的抗斷強度和軸向剛度之間達到一個較好的折衷。
在和具有大致等量低密度或極低密度的聚乙烯的單層封裝制品保持相同的軸向剛度的同時，多層結構的封裝制品具有較高的抗斷強度。
對于用在化妝品行業(yè)的容器，整個壁厚應在450μm到800μm的范圍內(nèi)，最好在500μm到700μm的范圍內(nèi)。對于用在更大容量容器的其他應用，壁厚可以厚到5mm甚至更高。對于這些大容量的容器，要達到相同或更高的機械性能，所需的材料量比傳統(tǒng)封裝制品所需的材料量明顯更少。
根據(jù)本發(fā)明的封裝制品可以用作例如化妝品尤其是護發(fā)、護體或護膚品，化妝用品，食品尤其是飲料，家庭用品尤其是洗滌劑，或是工業(yè)化學品的容器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造封裝制品的工藝，其包括以下步驟a)通過擠壓生產(chǎn)至少具有一層的型胚，所述型胚由具有高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯構成；b)在具有至少一個形狀與封裝制品相對應的型腔的模具中對型胚進行吹塑成形。
根據(jù)第一實施例，型胚包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯構成的第一層。
有利的是，型胚包括至少兩個疊加在一起的層，第二層最好設置在型胚的內(nèi)部，并至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯組成。
有利的是，本工藝的步驟a)存在于復合擠壓工序中，形成了第一層、第二層和第三層，第三層至少部分包括低密度或極低密度的聚乙烯，而第一層設置在第二層和第三層之間。
根據(jù)另一實施例，型胚包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯形成的第一層，以及至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成的第二層。
型胚可包括第三層，第一層設置在第二層和第三層之間。
第三層至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成。
根據(jù)另一實施例，用于制造封裝制品的工藝包括a)通過注塑生產(chǎn)出預型胚，所述預型胚由高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯構成；
b)在具有至少一個形狀與封裝制品相對應的型腔的精加工模具中對預型胚進行吹塑成形。
瓶蓋1卡扣固定在瓶頸處。瓶蓋1具有瓶蓋體2，瓶蓋套3通過帶有彈簧作用的鉸鏈30鉸合在瓶蓋體2上。瓶蓋1的瓶蓋體2具有一橫向壁4，橫向壁上設有一凹槽5，在凹槽底部設有一出口孔。在瓶蓋套3上相背于橫向壁4的面上設有一凸臺7，所述凸臺可以和凹槽5嚴密地接合，從而保證閉合的完全密封性。
根據(jù)第一實施例，形成封裝制品100的壁50的厚度為600μm左右，并且只有一層，組成壁的混合物包括a)占重量的75％的聚丙烯均聚物，其彎曲模量為2050MPa，由DSM公司以STAMYLAN商標(型號為P15 EK10)售出；和，b)占重量的25％的由金屬茂催化作用得到的低密度或極低密度的聚乙烯。在此例中，采用的是由DSM PLASTOMERS公司以商業(yè)型號EXACT 0201售出的材料，其相對密度為0.902。
所得到的容器具有相當好的軸向剛度。然而，對于和

圖1所示形狀接近的瓶子和容量為200ml的瓶子，可以觀察到容器在底部熔接痕處具有某些缺陷。此缺陷使得這種容器不能用于某些的應用，即所謂的“消費者”應用?！跋M者”應用由于要考慮消費者的安全，其抗斷強度設定的很高。在較低“消費者”應用要求的應用中此抗斷強度可能足夠。
容器的抗斷強度可以通過試驗來測試。所述試驗是將封裝制品裝滿水，從140cm的高度跌落。所用的跌落高度的高低取決于容器的特性，尤其是體積，還取決于公司銷售此封裝制品所要求的強度。
在圖2A的實施例中，形成圖1所示封裝制品100的壁50包括兩層容器外部的層51和容器內(nèi)部的層52。
層51的厚度約為510μm，層52的厚度約為90μm。
形成層51的材料由占重量85％的極高彎曲模量的聚丙烯均聚物(ADSTIF 680 ADXP)和占重量15％的由金屬茂催化作用得到的極低密度的聚乙烯(EXACT 0201)的混合物組成。
形成層52的材料是和層51的生產(chǎn)中使用的極低密度聚乙烯相同。
由吹塑復合擠壓形成層51，52所得到的封裝制品100具有良好的抗斷強度(包括熔接痕)和軸向剛度。
在圖2B的實施例中，形成圖1所示封裝制品100的壁50包括三層容器外部的層53，中間層51和和容器內(nèi)部的層52。
層52和53的厚度約為60μm，層51的厚度約為480μm。
形成層51的材料由占重量80％的聚丙烯均聚物(STAMYLANP15 EK10)和占重量20％的由金屬茂催化作用得到的極低密度的聚乙烯(EXACT 0201)的混合物組成。
形成層52和53的材料是與層51生產(chǎn)中使用的相同的極低密度聚乙烯。
由吹塑復合擠壓形成層51，52，53所得到的封裝制品100具有良好的抗斷強度(尤其在熔接痕處)和軸向剛度。
在圖3A的實施例中，壁50包括具有高彎曲模量的聚丙烯(STAMYLANP15EK10)層54。層54的厚度約為600μm。
壁50還包括設置在容器內(nèi)部的層55，其由金屬茂催化作用得到的極低密度的聚乙烯(EXACT 8201)的混合物組成。
層55的厚度約為66μm。
在圖3B的實施例中，壁50包括具有高彎曲模量的聚丙烯(STAMYLANP15EK10)的層54。層54的厚度約為600μm。
在層54的兩側設有厚度約為33μm的層55和56，每一層都由金屬茂催化作用得到的極低密度的聚乙烯(EXACT 8201)的混合物組成。
由后兩種實施例所得的封裝制品100具有良好的抗斷強度和軸向剛度。
在上述具體描述中，參考了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。很明顯在不違背本發(fā)明隨后的權利要求的情況下可以對其進行修改。
權利要求
1.一種最好是瓶、罐或瓶管形式的封裝制品(100)，所述封裝制品包括由至少一層材料(51-56)所形成的壁(50)，所述壁包括高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯。
2.根據(jù)權利要求1所述封裝制品(100)，其特征在于，所述高彎曲模量的聚丙烯是均聚物或共聚物，可以是帶有至少一種填充劑的混合物。
3.根據(jù)權利要求1或2所述封裝制品(100)，其特征在于，所述聚丙烯的彎曲模量應大于1200 MPa，較理想是大于1500 MPa，更好是大于1800 MPa，最好是大于2000 MPa。
4.根據(jù)權利要求1或3中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述聚丙烯的結晶度應大于40％，較理想是大于50％，最好是大于60％。
5.根據(jù)權利要求1或4中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述聚丙烯是帶有至少一種填充劑，例如玻璃纖維、滑石、白堊或硫酸鋇的混合物。
6.根據(jù)權利要求1或5中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述低密度或極低密度的聚乙烯的密度小于0.930g/cm3。
7.根據(jù)權利要求6所述封裝制品(100)，其特征在于，所述低密度或極低密度的聚乙烯的密度應小于0.905g/cm3，但最好大于0.850g/cm3。
8.根據(jù)權利要求1或7中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述低密度或極低密度的聚乙烯是由具有高反應選擇性的催化劑，尤其是金屬茂類型的催化劑的催化作用而得到的。
9.根據(jù)上述權利要求中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述壁(50)的總厚度應在450μm到800μm的范圍內(nèi)，最好在500μm到700μm的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)上述權利要求中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述壁包括至少兩層，高彎曲模量的聚丙烯處于占所述壁總壁厚的70到95％，最好是80到95％的那層中(51，54)。
11.根據(jù)上述權利要求中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述壁(50)包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯的混合物組成的第一層(51)。
12.根據(jù)權利要求11所述封裝制品(100)，其特征在于，所述壁至少包括最好設置在所述封裝制品內(nèi)部，并至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成的第二層(52)。
13.根據(jù)權利要求11或12所述封裝制品(100)，其特征在于，所述第一層(51)中包括占重量2到40％的，最好占10到25％的低密度或極低密度的聚乙烯。
14.根據(jù)權利要求12或13所述封裝制品(100)，其特征在于，所述第二層(52)中低密度或極低密度的聚乙烯是聚烯烴，例如聚丙烯或聚乙烯的混合物。
15.根據(jù)權利要求12到14中任何一項所述封裝制品(100)，其特征在于，所述壁(50)包括具有低密度或極低密度的聚乙烯的第三層(53)，所述第一層(51)設置在所述第二層(52)和所述第三層(53)之間。
16.根據(jù)權利要求15所述封裝制品(100)，其特征在于，形成所述第三層(53)的材料和形成所述第二層(52)的材料相同。
17.根據(jù)權利要求1到10中任何一項所述封裝制品，其特征在于，所述封裝制品包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯形成的第一層(54)，以及至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成的第二層(55)。
18.根據(jù)權利要求17所述封裝制品，其特征在于，所述封裝制品包括第三層(56)，所述第一層(54)設置在所述第二層(55)和所述第三層(56)之間。
19.根據(jù)權利要求18所述封裝制品，其特征在于，所述第三層(56)至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成。
20.根據(jù)上述權利要求中任何一項所述封裝制品(100)在化妝產(chǎn)品例如護發(fā)、護體、護膚品，或化妝品，或食品例如飲料，或家庭用品尤其是洗滌劑，或工業(yè)化學品的容器中的使用。
21.根據(jù)權利要求1到19中任何一項所述封裝制品(100)的制造工藝，其特征在于，所述工藝包括以下步驟a)通過擠壓生產(chǎn)至少具有一層(51-56)的型胚，所述型胚包括高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯；和，b)在具有至少一個形狀與所述封裝制品相對應的型腔的模具中對所述型胚進行吹塑成形。
22.根據(jù)權利要求21所述工藝，其特征在于，所述型胚包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯以及低密度或極低密度的聚乙烯形成的第一層(51)。
23.根據(jù)權利要求22所述工藝，其特征在于，所述步驟a)存在于復合擠壓工序中，形成了所述第一層(51)和所述第二層(52)，所述第二層最好設置在所述型胚的內(nèi)部，并至少部分包括低密度或極低密度的聚乙烯。
24.根據(jù)權利要求23所述工藝，其特征在于，所述步驟a)存在于復合擠壓工序中，形成了所述第一層和第二層(51，52)以及所述第三層(53)，所述第三層至少部分包括低密度或極低密度的聚乙烯，而所述第一層(51)設置在所述第二層(52)和第三層(53)之間。
25.根據(jù)權利要求21所述工藝，其特征在于，所述型胚包括至少部分由高彎曲模量的聚丙烯形成的第一層(54)，以及至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成的第二層(55)。
26.根據(jù)權利要求25所述工藝，其特征在于，所述型胚包括第三層(56)，所述第一層(54)設置在所述第二層(55)和所述第三層(56)之間。
27.根據(jù)權利要求26所述工藝，其特征在于，所述第三層(56)至少部分由低密度或極低密度的聚乙烯形成。
28.根據(jù)權利要求1到19中任何一項所述封裝制品(100)的制造工藝，其特征在于，所述工藝包括以下步驟a)通過注塑生產(chǎn)出預型胚，所述預型胚包括高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯；和，b)在具有至少一個形狀與所述封裝制品相對應的型腔的精加工模具中對所述預型胚進行吹塑成形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尤其是瓶或瓶管形式的封裝容器,其包括由至少一層材料(51,52)形成的壁(50)。所述壁(50)由高彎曲模量的聚丙烯和低密度或極低密度的聚乙烯組成。
文檔編號B65D1/02GK1346777SQ01140900
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月24日 優(yōu)先權日2000年9月25日
發(fā)明者G·羅賽萊特, J·C·A·恩格爾斯, G·P·C·貝伊森 申請人:萊雅公司