JP2011525880A - フォーム層を有する複合成形容器 - Google Patents

Abstract

複合成形プレフォーム及びこれから吹込成形された容器が開示され、複合成形プレフォーム及び複合成形容器は、外側発泡層を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般に、フォーム層を有するプラスチック容器に関する。本発明は、特に、少なくとも１つのフォーム層を有する複合成形多層プラスチック容器に関し、フォームセル内には、二酸化炭素又は窒素が入っている。

〔関連出願の説明〕
本願は、２００４年１２月１７日に出願された米国特許出願第１１／０１５，３６０号（この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする）の一部継続出願であり、この米国特許出願は、２００４年２月１７日に出願された米国特許仮出願第６０／５４５，０４９号及び２００３年１０月１４日に出願された米国特許出願第１０／６８４，６１１号（この米国特許出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする）の一部継続出願の権益主張出願であり、この米国特許出願は、２００２年１０月３０日に出願された米国特許仮出願第６０／４２２，２２３号（この米国特許仮出願を参照により引用し、その記載内容全体を本明細書の一部とする）の権益主張出願である。

二軸延伸多層ボトルは、高温プレフォーム法を用いてプラスチック材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を用いて製造でき、この場合、多層プレフォームをその所望の延伸温度まで加熱し、そしてこれを絞ると共に吹き込んで周囲の金型キャビティに同形化させる。多層プレフォームを任意従来方法により、例えばプラスチックの多くの層を有するプレフォームを同時射出することにより或いは先に射出成形されたプレフォーム上に次のプラスチック層を射出することにより調製できる。一般に、多くの層は、パッケージ全体の酸素又は二酸化炭素拡散バリヤ性を向上させるために食品又は炭酸飲料容器に用いられている。

先行技術の多層容器の種々のプラスチック層は、一般に、互いに密な接触状態にあり、それにより容器の壁を通る熱エネルギーの伝導が容易に行われるようになる。これにより、容器の冷蔵内容物は、周囲温度まですぐに温かくなる可能性がある。したがって、かかる容器は、断熱性を容器に与えるために例えば発泡ポリスチレンシェルで覆われる場合が多い。

断熱性が向上した多層容器を調製することが望ましい。

本発明によれば、驚くべきことに上述の特性を備えた複合成形容器が開発された。複合成形容器は、第１のプラスチック層と、第１のプラスチック層に接触する第２のプラスチック層とを有し、第２のプラスチック層は、フォームとして形成される。

本発明の上述の利点及び他の利点は、添付の図面を参照して好ましい実施形態の以下の詳細な説明を読むと当業者には容易に明らかになろう。

本発明の実施形態としての複合成形熱可塑性ポリマープレフォームの断面図である。 複合成形されるようになっている非発泡プレフォームの実施形態の断面図である。 本発明の実施形態に従って図１の複合成形プレフォームから形成された複合成形容器の断面図である。 本発明の別の実施形態に従って図１の複合成形プレフォーム及び図３の複合成形容器を調製する方法の略図である。

以下の詳細な説明及び添付の図面は、本発明の種々の例示の実施形態を説明すると共に図示したものである。本明細書及び図面は、当業者が本発明を構成すると共に利用することができるようにするのに役立つが、本発明の範囲を何ら制限するものではない。開示する方法に関し、提供されるステップは、性質上例示であり、開示するステップの順序は必要ではなく又は重要ではない。

本発明の実施形態は、容器であって、第１のプラスチック層と、第１のプラスチック層に接触する第２のプラスチック層とを有し、第２のプラスチック層は、フォームとして形成され、フォームセル内には、二酸化炭素又は窒素が入っていることを特徴とする容器に関する。

第１のプラスチック層と第２のプラスチック層は、組成、厚さ、向き等が同じであっても良く異なっていても良い。さらに、本発明の範囲は、任意の数（２つよりも多い数）のプラスチック層を含む。ただし、プラスチック層のうちの少なくとも１つがフォームから成ることを条件とする。さらに、本発明の範囲は、気泡フォームプラスチック層の使用を含み、この場合、フォームセル内には二酸化炭素だけでなく、１種類又は２種類以上の他のガスが入れられている。

第１及び／又は第２のプラスチック層を調製することができる材料としての適当なプラスチックとしては、ポリエステル、アクリロニトリル酸エステル（acrylonitrile acid ester）、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド並びにこれらの誘導体、配合物及びコポリマーが挙げられるが、これらには必ずしも限定されない。プラスチック層のうちの一方又は両方の好ましいプラスチックは、ＰＥＴである。

二酸化炭素に加えて、フォームセル内には、気泡フォーム構造を作るためのプロセスにおいて一般に用いられる他のガスを入れることができ、かかるガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。好ましくは、フォームセル中に存在する二酸化炭素の量は、約４重量パーセント〜約８重量パーセントであり、場合によっては最高１０重量パーセントである。フォーム層は、大気から容器内の冷蔵飲料への熱エネルギーの伝導を遅らせるのに有効な断熱材としての役目を果たす。

多層容器を従来の吹込成形技術により多層プレフォームから作ることができる。気泡フォームプラスチック層を例えば同時押出成形法により他のプラスチック層と同時に調製でき、或いは、第１のプラスチック層を多段射出成形法によりフォームプラスチック層に被着させることができ又はこれによって受け入れることができる。

プレフォームを調製するため、ポリマーフレークを従来型可塑化スクリュー押出機で溶融させて押出機排出部のところにポリマーホットメルトの一様な流れを調製する。代表的には、押出機から排出されるポリマーメルト流の温度は、約２２５℃〜約３２５℃である。当業者であれば理解されるように、ポリマーメルト流の温度は、幾つかの要因で決まり、かかる要因としては、用いられるポリマーフレークの種類、押出機スクリューに供給されるエネルギー等が挙げられる。一例として、ＰＥＴは、従来通り、約２６０℃〜約２９０℃の温度で押し出される。非反応性ガスを圧力下で押出機混合ゾーン中に射出して最終的にポリマー材料内の微孔質ボイドとしてガスの取り込みが生じるようにする。本明細書で用いられる「非反応性ガス」という用語は、ポリマーに対して実質的に不活性であるガスを意味している。好ましい非反応性ガスは、二酸化炭素、窒素及びアルゴン並びにこれらガスの相互の混合物又はこれらガスと他のガスの混合物である。

非晶質ＰＥＴの密度は、１立方センチメートル当たり１．３３５グラムであることは周知である。また、メルト相におけるＰＥＴの密度は、１立方センチメートル当たり約１．２００グラムであることが知られている。かくして、プレフォーム用射出キャビティに溶融ＰＥＴを完全に充填してこれを放冷した場合、その結果として得られるプレフォームは、適切な重さのものではなく、多くの深刻な欠陥、例えばひけマークを有する場合がある。先行技術の射出成形に関する文献は、非晶質且つ溶融状態のＰＥＴの密度の差を相殺するためには、少量のポリマー材料をキャビティの充填後であって材料が冷却しているときに部品に添加しなければならないということを教示している。これは、充填圧力と呼ばれている。かくして、射出成形法により作られたプレフォームを適切に充填して完全に形成するようにするためには、約１０パーセント以上の材料を射出成形サイクルの充填圧力段階中に添加しなければならない。射出成形作用の充填圧力段階は、同様に、ＰＥＴ以外のポリマー材料にも利用される。

しかしながら、本発明によれば、ポリマープレフォームは、射出成形されると同時に非反応性ガスを用いて発泡される。ガスは、射出段階中、材料に取り込まれる。追加のポリマー材料が充填段階中に射出される先行技術の射出成形とは対照的に、本発明は、最低限の充填圧力を利用する。ポリマー材料が依然として溶融状態にあるとき、非反応性ガスの分圧は、ポリマーからガス相（気相）への溶解ガスの放出を可能にするのに十分であり、ガス層において、ポリマー材料は、微孔質フォーム構造体を形成する。かくして、本発明の方法により作られたプレフォームは、充填圧力段階を採用する従来型射出成形作業により作られたポリマープレフォームよりも重さが軽いが、形態及び幾何学的形状は、これと同一である。

射出成形ステップの完了時に、プレフォームは、ポリマー軟化温度よりも低い温度まで冷却される。例えば、ＰＥＴの軟化温度は、約７０℃である。かくして、取り込まれた非反応性ガスは、ポリマープレフォームの壁内に保持される。この冷却ステップは、本発明の方法にとって重要である。というのは、この冷却ステップは、ポリマーを状態調節すると共に吹込成形容器の成功裏の調製にとってその望ましい特性を保つからである。この冷却ステップは又、押し出されたパリソンから直接吹込成形することができないポリマー、例えばポリエステルを用いる場合にも必要である。この冷却ステップは、ポリマー成形技術で用いられる任意の従来プロセスにより、例えば、冷却用ガスの流れをプレフォームの表面上でこれに沿って流し又はプレフォームを金型内に位置している間に成形金型の冷却によって冷却することにより実施できる。

しかる後、プレフォームをポリマー軟化温度よりも高い温度に再加熱する。この加熱ステップは、周知の手段によって、例えば、高温ガス流へのプレフォームの暴露により、火炎吹き付けにより、赤外線エネルギーへの暴露により、プレフォームを従来型オーブン中に通すことによること等によって実施できる。ＰＥＴは、一般に、次の吹込成形作業のためにその軟化温度よりも２０〜２５℃高い温度まで再加熱される。ＰＥＴをそのガラス転移温度よりもはるかに高い温度に再加熱し又は過度の期間にわたってその軟化温度よりも高い温度に保持した場合、ＰＥＴは、望ましくないことに、結晶化を開始し、白色に変色する。同様に、材料の機械的性質が微小セル中の非反応性ガスの圧力を増大させることによって損なわれる下限としての温度までプレフォームを加熱した場合、微小セルは、望ましくないことに、膨張を開始し、かくしてプレフォームが変形する。

最後に、プレフォームは、本質的に非反応性ガスが微孔質フォームセル内に入れられている微孔質発泡ポリマーから成る容器を調製するよう吹込成形される。容器をポリマープレフォームから吹込成形する方法及び装置は、周知である。

当業者であれば容易に理解されるように、用いられるプラスチック層の数及び形式並びにフォーム層を形成するために用いられる種々の手段、即ち化学的手段及び物理的手段は、第１のプラスチック層及びこの第１の層に接触する第２のプラスチック層を有し、フォームセル内には二酸化炭素が入っている本発明の種々の意図した多層容器の製作をする上で幅広い限度にわたって様々であって良い。

図２は、本発明の実施形態としての複合成形プレフォーム１８を示している。複合成形プレフォーム１８を形成するため、複合成形されるようになっているプレフォーム１４が図１に示されているように用意される。プレフォーム１４は、当該技術分野において知られている方法及び設備を用いて、プラスチック材料、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を射出成形することによって作られる。

次に、プレフォーム１４を発泡材料１６と複合成形して複合性プレフォーム１８を形成する。複合形成プレフォーム１８は、プレフォーム１４で作られた内側層及び発泡材料１６で作られた外側の発泡層を有する。発泡材料１６を調製できる原材料である適当なプラスチックとしては、ポリエステル、アクリロニトリル酸エステル（acrylonitrile acid ester）、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド並びにこれらの誘導体、配合物及びコポリマーが挙げられるが、これらには必ずしも限定されない。発泡材料１６用の好ましいプラスチックは、ＰＥＴである。発泡材料１６は、共押出成形法によりプレフォーム１４を形成する材料と同時に成形するのが良く、或いは、発泡材料１６は、発泡材料１６とプレフォーム１４を形成する材料とを同時に射出成形することによってプレフォーム１４に被着させても良く又はこれによって受け入れられるようにしても良い。変形例として、発泡材料１６を多段法、例えば多段射出成形法によりプレフォーム１４と成形しても良い。複合成形プレフォーム１８を、プレフォーム１４が多段射出成形法を用いることにより作られる金型と同じ金型内で成形しても良く、或いは、プレフォーム１４をインサート成形法を用いることにより複合成形ステップのための第２の金型に移送しても良い。プレフォーム１４上に複合成形又は被覆成形された発泡材料１６の厚さ及び表面積は、設計上の検討事項、例えば複合成形容器２０のコスト及び所望の外観に基づいて様々であろう。

次に、複合成形プレフォーム１８を吹込成形して図３に示されているように外側発泡層及び内側非発泡層を有する複合成形容器２０を形成する。複合成形容器２０を従来型吹込成形法、例えば再熱延伸吹込成形法により形成しても良い。

本発明の別の実施形態によれば、複合形成プレフォーム１８及び複合成形容器２０を調製する方法が図４に概略的に示されている。先ず最初に、複合成形プレフォーム１８の発泡材料１６のポリマーメルトを調製し、次にプレフォーム１４上に複合成形する。ポリマーメルトを従来型可塑化スクリュー押出機で溶融されたポリマーフレークから形成して、押出機排出部のところにポリマーホットメルトの一様な流れを調製する。代表的には、押出機から排出されるポリマーメルト流の温度は、約２２５℃〜約３２５℃である。当業者であれば理解されるように、ポリマーメルト流の温度は、幾つかの要因で決まり、かかる要因としては、用いられるポリマーフレークの種類、押出機スクリューに供給されるエネルギー等が挙げられる。一例として、ＰＥＴは、従来通り、約２６０℃〜約２９０℃の温度で押し出される。非反応性ガスを圧力下で押出機混合ゾーン中に射出して最終的にポリマー材料内の微孔質ボイドとしてガスの取り込みが生じるようにする。本明細書で用いられる「非反応性ガス」という用語は、ポリマーに対して実質的に不活性であるガスを意味している。好ましい非反応性ガスは、二酸化炭素、窒素及びアルゴン並びにこれらガスの相互の混合物又はこれらガスと他のガスの混合物である。

押出物をプレフォーム１４上に射出成形して非反応性ガスが壁内に閉じ込められた外側発泡層を有する複合成形プレフォーム１８を形成する。ポリマープレフォームを射出複合成形する方法及び装置は、当該技術分野においては周知である。

非晶質ＰＥＴの密度は、１立方センチメートル当たり１．３３５グラムであることは周知である。また、メルト相におけるＰＥＴの密度は、１立方センチメートル当たり約１．２００グラムであることが知られている。かくして、プレフォーム用射出キャビティに溶融ＰＥＴを完全に充填してこれを放冷した場合、その結果として得られるプレフォームは、適切な重さのものではなく、多くの深刻な欠陥、例えばひけマークを有する場合がある。先行技術の射出成形に関する文献は、非晶質且つ溶融状態のＰＥＴの密度の差を相殺するためには、少量のポリマー材料をキャビティの充填後であって材料が冷却しているときに部品に添加しなければならないということを教示している。これは、充填圧力と呼ばれている。かくして、射出成形法により作られたプレフォームを適切に充填して完全に形成するようにするためには、約１０パーセント以上の材料を射出成形サイクルの充填圧力段階中に添加しなければならない。射出成形作用の充填圧力段階は、同様に、ＰＥＴ以外のポリマー材料にも利用される。

しかしながら、本発明によれば、ポリマープレフォームは、複合成形されると同時に非反応性ガスを用いて発泡される。ガスは、射出段階中、材料に取り込まれる。追加のポリマー材料が充填段階中に射出される先行技術の射出成形とは対照的に、本発明は、最低限の充填圧力を利用する。ポリマー材料が依然として溶融状態にあるとき、非反応性ガスの分圧は、ポリマーからガス相（気相）へ溶解ガスの放出を可能にするのに十分であり、ガス層において、ポリマー材料は、微孔質フォーム構造体を形成する。かくして、本発明の方法により作られた複合成形プレフォーム１８は、充填圧力段階を採用する従来型射出成形作業により作られたポリマープレフォームよりも軽量であるが、形態及び幾何学的形状は、これと同一である。

射出成形ステップの完了時に、複合成形プレフォーム１８は、ポリマー軟化温度よりも低い温度まで冷却される。例えば、ＰＥＴの軟化温度は、約７０℃である。かくして、取り込まれた非反応性ガスは、複合成形プレフォーム１８の壁内に保持される。この冷却ステップは、本発明の方法にとって重要である。というのは、この冷却ステップは、ポリマーを状態調節すると共に複合成形容器２０の成功裏の調製にとってその望ましい特性を保つからである。この冷却ステップは又、押し出されたパリソンから直接吹込成形することができないポリマー、例えばポリエステルを用いる場合にも必要である。この冷却ステップは、ポリマー成形技術で用いられる任意の従来プロセスにより、例えば、冷却用ガスの流れを複合成形プレフォーム１８の表面上でこれに沿って流し又は複合成形プレフォーム１８を金型内に位置している間に成形金型の冷却によって冷却することにより実施できる。

しかる後、複合成形プレフォーム１８をポリマー軟化温度よりも高い温度に再加熱する。この加熱ステップは、周知の手段によって、例えば、高温ガス流への複合成形プレフォーム１８の暴露により、火炎吹き付けにより、赤外線エネルギーへの暴露により、複合成形プレフォーム１８を従来型オーブン中に通すことによること等によって実施できる。ＰＥＴは、一般に、次の吹込成形作業のためにその軟化温度よりも２０〜２５℃高い温度まで再加熱される。ＰＥＴをそのガラス転移温度よりもはるかに高い温度に再加熱し又は過度の期間にわたってその軟化温度よりも高い温度に保持した場合、ＰＥＴは、望ましくないことに、結晶化を開始し、白色に変色する。同様に、材料の機械的性質が微小セル中の非反応性ガスの圧力を増大させることによって損なわれる下限としての温度まで複合成形プレフォーム１８を加熱した場合、微小セルは、望ましくないことに、膨張を開始し、かくして複合成形プレフォーム１８が変形する。

最後に、複合成形プレフォーム１８は、非発泡内側層及び非反応性ガスが微孔質フォームセル内に入れられている微孔質発泡ポリマー外側層を有する複合成形容器２０を調製するよう吹込成形される。容器をポリマープレフォームから吹込成形する方法及び装置は、周知である。

好ましいガスに加えて、微小セル内には、微孔質フォーム構造体を作るための方法で一般的に用いられている他のガスを入れるのが良い。さらに、微孔質フォームは、大気から容器内の冷蔵飲料への熱エネルギーの伝導を遅らせるのに有効な断熱材としての役目を果たす。

上述の説明から、当業者であれば、本発明の本質的な特徴を容易に確かめることができ、そして、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明を種々の用途及び条件に適合させるよう種々の変更及び改造を行うことができる。

Claims (20)

1. 吹込成形容器であって、
   吹込成形に適したプラスチックの内側層と、
   前記内側プラスチック層に接触する吹込成形に適したプラスチックの外側層とを有し、前記外側プラスチック層は、フォームとして形成され、前記フォームのセル内には、二酸化炭素及び窒素のうちの一方が含まれている、吹込成形容器。
2. 前記内側プラスチック層は、ポリエステル、アクリロニトリル酸エステル、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド並びにこれらの誘導体、配合物及びコポリマーから成る群から選択されたプラスチックから成る、請求項１記載の吹込成形容器。
3. 前記内側プラスチック層は、ポリエチレンテレフタレートから成る、請求項１記載の吹込成形容器。
4. 前記外側プラスチック層は、ポリエステル、アクリロニトリル酸エステル、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド並びにこれらの誘導体、配合物及びコポリマーから成る群から選択されたプラスチックから成る、請求項１記載の吹込成形容器。
5. 前記外側プラスチック層は、ポリエステルから成る、請求項１記載の吹込成形容器。
6. 前記外側プラスチック層は、ポリエチレンテレフタレートから成る、請求項１記載の吹込成形容器。
7. 前記外側プラスチック層と前記内側プラスチック層は、同種のプラスチックから成る、請求項１記載の吹込成形容器。
8. 前記外側プラスチック層と前記内側プラスチック層は、異種のプラスチックから成る、請求項１記載の吹込成形容器。
9. 前記フォームセル内には、二酸化炭素、窒素、アルゴン、空気並びにこれらの配合物及び誘導体から成る群から選択されたガスを有するガスが含まれている、請求項１記載の吹込成形容器。
10. 前記容器の端部のところに形成されていて、協働関係をなすクロージャを受け入れるようになっているねじ山付き部分を更に有する、請求項１記載の吹込成形容器。
11. 多層プレフォームであって、
    プラスチックの内側層と、
    前記内側プラスチック層に接触するプラスチックの外側層とを有し、前記外側プラスチック層は、フォームとして形成され、前記フォームのセル内には、ガスが含まれている、多層プレフォーム。
12. 発泡壁を備えた容器を調製する方法であって、
    ポリマープレフォームを射出成形するステップと、
    前記ポリマーフォームと、非反応性ガスが壁内に閉じ込められたポリマーとを複合成形するステップと、
    前記プレフォームをポリマー軟化温度よりも低い温度に冷却するステップと、
    前記プレフォームを前記ポリマー軟化温度よりも高い温度に再加熱するステップと、
    前記プレフォームを吹込成形して、本質的に、非反応性ガスが微孔質フォームセル内に含まれている外側フォーム層を有する微孔質発泡ポリマーから成る容器を調製するステップとを有する、容器調製方法。
13. 前記ポリマーは、ポリエステル、ポリプロピレン、アクリロニトリル酸エステル、塩化ビニル、ポリオレフィン、ポリアミド並びにこれらの誘導体、配合物及びコポリマーから成る群から選択されたポリマーから成る、請求項１２記載の容器調製方法。
14. 前記ポリマーは、ポリエチレンテレフタレートから成る、請求項１２記載の容器調製方法。
15. 前記非反応性ガスは、二酸化炭素、窒素、アルゴン又はこれらの混合物から成る、請求項１２記載の容器調製方法。
16. 前記非反応性ガスは、二酸化炭素から成る、請求項１２記載の容器調製方法。
17. 前記非反応性ガスは、最高１０重量％までの濃度の二酸化炭素を含む、請求項１２記載の容器調製方法。
18. 前記ポリマープレフォームは、非反応性ガスが壁の中に閉じ込められている前記ポリマーと多段射出成形法で複合成形される、請求項１２記載の容器調製方法。
19. 前記ポリマープレフォームは、非反応性ガスが壁の中に閉じ込められている前記ポリマーと共押出成形法で複合成形される、請求項１２記載の容器調製方法。
20. 前記ポリマープレフォームは、非反応性ガスが壁の中に閉じ込められている前記ポリマーと同時射出成形法で複合成形される、請求項１２記載の容器調製方法。

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