CN1346777A

CN1346777A - 具有提高的轴向刚度和抗断强度的封装制品

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Publication number: CN1346777A
Application number: CN01140900A
Authority: CN
Inventors: G·罗赛莱特; J·C·A·恩格尔斯; G·P·C·贝伊森
Original assignee: LOreal SA
Current assignee: LOreal SA
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-24
Publication date: 2002-05-01
Anticipated expiration: 2021-09-24
Also published as: FR2814436B1; JP2002205723A; CA2357859C; CN1162305C; CA2357859A1; JP3703417B2; FR2814436A1; US20020039630A1; EP1190950A1; BR0105296A; MXPA01009603A

Abstract

本发明涉及一种尤其是瓶或瓶管形式的封装容器,其包括由至少一层材料(51,52)形成的壁(50)。所述壁(50)由高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯组成。

Description

具有提高的轴向刚度和抗断强度的封装制品

技术领域

本发明涉及一种可用于封装大剂量生活用品、食品、化学或化妆品的封装制品，例如管、瓶管、罐、瓶或汽油罐形式的容器。

背景技术

这种形式的封装制品必须达到的标准特别地包括抗断强度。实际上，构成这种封装制品的材料必须使得当封装制品从其通常所处位置(即通常从消费者的手中或工作台上)的高度落下时，封装制品不会破裂。

另外，这种材料必须使得封装制品的轴向刚度足以承受通过在封装制品上卡扣固定一个加注帽或盖而产生的必要的轴向压力而不被压碎。在存储和运输中封装制品被堆积在货架上，此轴向刚度因而十分必要。

另外，这种材料必须使得封装制品可以采用当前通常采用的工业制造技术生产，如注射-吹塑模制，吹塑挤压或复合挤压。为此，尤其是在吹塑挤压工艺中，此材料必须能被焊接，例如在型胚底部的区域。

最后，这种封装制品的制造费用必须尽可能的低，以便符合大批量销售渠道的经济规律。

已为人知的是在生产具有基于聚丙烯共聚物的单层结构形式的瓶子，尤其是化妆品封装瓶中，其弯曲模量一般在800MPa左右。作为示例，可参考BOREALIS公司以BOREALIS商标(型号CHC 307MO)销售的材料。由于这种材料具有较高的柔性，为了使封装制品达到上述的轴向强度，它必须具有较大厚度的壁。一般来说，其平均厚度约为800μm。当然，需要的原材料的量越大，封装制品的费用就越高。

生产基于聚乙烯的瓶子也已为人所知。作为示例，可参考DSM公司以STAMYLAN商标(型号HD 7625或HD 8621)销售的材料。这些材料和上面提到的聚丙烯共聚物的材料有相同的问题。一般来说，使用这种类型材料的瓶子的壁厚约为1mm。

在其他方面的应用中，尤其是在食品、家庭用品或工业化学领域中，壁厚可提高到5mm甚至更高。在这些应用中，容器体积可以提高到250升或更高。

发明内容

因此，本发明的一个目的是生产一种可以解决上面讨论的用传统材料带来的所有或部分问题的例如瓶、管或罐类型的封装制品。

特别地，本发明的一个目的是提供一种具有全面提高的抗断强度的封装制品，其轴向刚度足够大，尤其是足以经受住堆积，或可允许在制品上卡扣固定加注帽或盖。

本发明还有一个目的是提供一种封装制品，与传统的容器相比，所述封装制品可以保持甚至提高其机械性能(尤其是在抗断强度和轴向刚度上)，同时只需用少量的材料。

本发明的另一个目的是生产一种封装制品，其制造费用尽可能低，且可以采用现有的中空物品的工业技术来制造，例如旋转模制或任何一种吹塑模制法，尤其是注射-吹塑模制，吹塑挤压或复合挤压。

其他目的将在后文的具体描述中出现。

根据本发明，这些目的可以通过生产一种封装制品来实现。所述封装制品最好是瓶、罐或瓶管的形式，包括由至少一层材料构成的壁。所述壁由高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯组成。

根据本发明，低密度或极低密度的聚乙烯是与在同一层内的高弯曲模量的聚丙烯混和的混和物，或者是与含有高弯曲模量聚丙烯的层中分开的一层。

有利的是，聚丙烯是均聚物。然而，只要能达到所要求的弯曲模量，也可以用共聚物。均聚物或共聚物都可以是具有至少一种填充剂的混合物的形式。

令人吃惊地是，申请人发现在高弯曲模量的聚丙烯，尤其是聚丙烯均聚物中加入低密度或极低密度的聚乙烯，可以提高封装制品的抗断强度，所提高的抗断强度要比所降低的轴向刚度高得多。

本发明所提出的方法采用了较高或非常高弯曲模量的聚丙烯，和迄今为止制瓶领域中普遍采用的、并朝采用较低弯曲模量聚丙烯方向发展的方法相反。

和只由高弯曲模量的聚丙烯制成的瓶子相比，根据本发明的封装制品具有显著提高的抗断强度，而其轴向刚度并不受明显影响。因此，要达到相同甚至更高性能的抗断强度和轴向刚度，所需的材料量要比传统材料所需的材料量少。因而封装制品的制造费用也相应降低。

关于断裂应力，将进行所谓的“跌落试验”，所述试验将结合具体实施例在后文中详细描述。

关于轴向刚度，将进行所谓的“恒速压缩试验”，所述试验包括测量使瓶子产生预定收缩的作用力。为此，将使用设定为以约60mm/min的速度施加压力的拉力试验机。测量达到收缩所需的作用力。

为了达到相同甚至更高的机械性能(抗断强度和轴向刚度)，根据本发明一个瓶子所需材料量比传统方法中相同瓶子所需材料量约少5到50％，最好少10到30％。

在本发明的范围内，高弯曲模量可以理解成大于1200 MPa的弯曲模量，较理想是大于1500 MPa，更好是大于1800 MPa，最好是大于2000 MPa。此弯曲模量可以用ISO178标准中介绍的测量条件来测量。

在优选实施例中，采用了MONTELL公司销售的型号为ADSTIF680 ADXP的聚丙烯均聚物，其弯曲模量为2150 MPa。

在一实施例中，采用了DSM公司以STAMYLAN商标(型号为P15 EK10)销售的聚丙烯均聚物，其弯曲模量为2050 MPa。

在另一实施例中，采用了DSM公司以STAMYLAN商标(型号为P15 E62)销售的聚丙烯均聚物，其弯曲模量为1500 MPa。

在另一非优选的实施例中，采用了DSM公司以STAMYLAN商标(型号为P83 E10N)销售的聚丙烯共聚物，其弯曲模量为1350 MPa。

这种聚丙烯的结晶度应大于40％，较理想是大于50％，最好是大于60％。聚丙烯均聚物的结晶度可以通过晶核形成剂来提高，例如MILLIKEN公司销售的MILLAD产品。

或者，可以在标准聚丙烯(也就是说其弯曲模量小于1200MPa)内加入至少一种填充剂，尤其是占重量的5到50％，最好是10到40％的填充剂，从而得到高弯曲模量的聚丙烯。这种填充剂可以从为此目的而普遍使用的填充剂中选择，其由玻璃纤维、滑石、白垩或硫酸钡组成。生产从传统弯曲模量的聚丙烯，即弯曲模量小于1200MPa的聚丙烯开始，在挤压时加入合适的一种或多种填充剂。

用语“聚乙烯”尤其是指一种乙烯均聚物，或是带有最多35％的至少一个1-亚烷基的乙烯共聚物，特别是包括3到10个碳原子那种。聚乙烯可以是线性的或是分支的。

用语“低密度聚乙烯”可以理解为密度最好在约0.905g/cm³和0.930g/cm³之间的聚乙烯。一个低密度聚乙烯的例子是EXXON公司以EXCEED商标销售的材料，其密度大于0.905g/cm³。此密度可由具有ISO 1183标准中介绍的测量条件的测量方法来测量。

然而，最好采用极低密度的聚乙烯。极低密度的聚乙烯应被理解成密度最好小于0.905g/cm³的聚乙烯。而且，极低密度的聚乙烯的密度还应大于0.850g/cm³，最好大于0.875g/cm³。

这种低密度或极低密度的聚乙烯最好通过具有高反应选择性的催化剂的摧化作用来得到。具有高反应选择性的催化剂可以理解成仅具有单一反应部位的类型，尤其是金属茂类型的催化剂。另外，相比于轴向刚度的降低，抗断强度的提高得更大。

作为由金属茂催化作用得到的极低密度聚乙烯的例子，可以使用DEX PLASTOMERS公司销售的商业型号为EXACT 0201的材料，其密度约为0.902g/cm³。

另一个例子是DEX PLASTOMERS公司销售的商业型号为EXACT 8201的材料，其密度约为0.882g/cm³。

其他材料，例如DOW公司以ENGAGE、ELITE或AFFINITY商标销售的材料也可以使用。

根据本发明的第一实施例，所述壁包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯的混合物构成的第一层。

第一层最好应包括2到40％，最好是10到25％的低密度或极低密度的聚乙烯。太少量的聚乙烯无法显著地提高封装制品的抗断强度，而太大量的聚乙烯又很明显地影响了封装制品的轴向刚度。

根据本发明的封装制品最好还包括至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯构成的第二层。第二层最好由低密度或极低密度的聚乙烯构成，聚乙烯应占重量的至少60％，较理想是占至少70％，最好占至少80％。

参考本发明的另一个实施例在后文中可以更详细地看到，在此特殊情况下第一层可以不包括低密度或极低密度的聚乙烯。

第二层中的低密度或极低密度的聚乙烯可以和第一层中所使用的成分相同。然而，由于最好应在不同层中具有不同的聚乙烯以便改变不同层的性能，因此这并不是必须的。

如果合适，第二层中的低密度或极低密度的聚乙烯可以是聚烯烃混合物，例如聚丙烯或聚乙烯。这个特征使得只需加入一种廉价的材料就可以进一步地降低封装制品的费用。然而，低密度或极低密度的聚乙烯必须在混合物中占主要部分。低密度或极低密度的聚乙烯应占整层重量的60％到98％之间，最好在整层重量的75％到90％之间。

第二层可以设置在封装制品的内部或外部，然而最好是设置在内部。第二层设置在封装制品内部时其抗断强度要比设置在外部时高。

另外，封装制品壁可包括至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯构成的第三层，第一层位于第二层和第三层间。第三层由低密度或极低密度的聚乙烯构成，聚乙烯应占重量的至少60％，较理想是占至少70％，最好占至少80％。

第三层进一步提高了封装制品的抗断强度，而不明显影响整个物品的弯曲模量。在大容量的封装制品或具有较易破碎形状的封装制品的情况下，此第三层被证明是必要的。

形成第三层的材料可和形成第二层的材料相同。这个特征允许对形成第二层和第三层的材料使用同一原料，因而有利于复合挤压工艺。

根据另一实施例，本发明的封装制品包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯形成的第一层，以及至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成的第二层。

第二层由低密度或极低密度的聚乙烯形成，其中聚乙烯所占的重量应至少为60％，较理想是至少70％，最好是至少80％。

根据本发明，封装制品还包括第三层，第一层设置在第二层和第三层之间。

第三层至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成，可以和第二层相同。

在多层结构中，高弯曲模量的聚丙烯最好处于占整个壁厚70到95％，最好是80到95％的那一层中。这个范围使得在封装制品的抗断强度和轴向刚度之间达到一个较好的折衷。

在和具有大致等量低密度或极低密度的聚乙烯的单层封装制品保持相同的轴向刚度的同时，多层结构的封装制品具有较高的抗断强度。

对于用在化妆品行业的容器，整个壁厚应在450μm到800μm的范围内，最好在500μm到700μm的范围内。对于用在更大容量容器的其他应用，壁厚可以厚到5mm甚至更高。对于这些大容量的容器，要达到相同或更高的机械性能，所需的材料量比传统封装制品所需的材料量明显更少。

根据本发明的封装制品可以用作例如化妆品尤其是护发、护体或护肤品，化妆用品，食品尤其是饮料，家庭用品尤其是洗涤剂，或是工业化学品的容器。

根据本发明的另一方面，提供了一种制造封装制品的工艺，其包括以下步骤：

a)通过挤压生产至少具有一层的型胚，所述型胚由具有高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯构成；

b)在具有至少一个形状与封装制品相对应的型腔的模具中对型胚进行吹塑成形。

根据第一实施例，型胚包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯构成的第一层。

有利的是，型胚包括至少两个叠加在一起的层，第二层最好设置在型胚的内部，并至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯组成。

有利的是，本工艺的步骤a)存在于复合挤压工序中，形成了第一层、第二层和第三层，第三层至少部分包括低密度或极低密度的聚乙烯，而第一层设置在第二层和第三层之间。

根据另一实施例，型胚包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯形成的第一层，以及至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成的第二层。

型胚可包括第三层，第一层设置在第二层和第三层之间。

第三层至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成。

根据另一实施例，用于制造封装制品的工艺包括：

a)通过注塑生产出预型胚，所述预型胚由高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯构成；

b)在具有至少一个形状与封装制品相对应的型腔的精加工模具中对预型胚进行吹塑成形。

附图说明

除了上述介绍的形式，本发明还具有一定数量的其他形式。下文中将参考附图描述的非限制性实施例来对此进行介绍。其中，

图1显示了根据本发明的封装制品的一个实施例；

图2A和2B表示了图1所示封装制品的壁的可能结构的两个例子；

图3A和3B表示了图1所示封装制品的壁的可能结构的另外两个例子。

具体实施方式

在图1中，根据本发明实施例的封装制品100由瓶子101构成。瓶子101包括由壁50界定并由底103封闭的瓶体102。瓶体102具有细长的截面，并由两个大面104，105形成。大面104，105可以响应于施加在正交于瓶子大面上的压力而发生弹性变形。

瓶盖1卡扣固定在瓶颈处。瓶盖1具有瓶盖体2，瓶盖套3通过带有弹簧作用的铰链30铰合在瓶盖体2上。瓶盖1的瓶盖体2具有一横向壁4，横向壁上设有一凹槽5，在凹槽底部设有一出口孔。在瓶盖套3上相背于横向壁4的面上设有一凸台7，所述凸台可以和凹槽5严密地接合，从而保证闭合的完全密封性。

根据第一实施例，形成封装制品100的壁50的厚度为600μm左右，并且只有一层，组成壁的混合物包括

a)占重量的75％的聚丙烯均聚物，其弯曲模量为2050MPa，由DSM公司以STAMYLAN商标(型号为P15 EK10)售出；和，

b)占重量的25％的由金属茂催化作用得到的低密度或极低密度的聚乙烯。在此例中，采用的是由DSM PLASTOMERS公司以商业型号EXACT 0201售出的材料，其相对密度为0.902。

所得到的容器具有相当好的轴向刚度。然而，对于和图1所示形状接近的瓶子和容量为200ml的瓶子，可以观察到容器在底部熔接痕处具有某些缺陷。此缺陷使得这种容器不能用于某些的应用，即所谓的“消费者”应用。“消费者”应用由于要考虑消费者的安全，其抗断强度设定的很高。在较低“消费者”应用要求的应用中此抗断强度可能足够。

容器的抗断强度可以通过试验来测试。所述试验是将封装制品装满水，从140cm的高度跌落。所用的跌落高度的高低取决于容器的特性，尤其是体积，还取决于公司销售此封装制品所要求的强度。

在图2A的实施例中，形成图1所示封装制品100的壁50包括两层：容器外部的层51和容器内部的层52。

层51的厚度约为510μm，层52的厚度约为90μm。

形成层51的材料由占重量85％的极高弯曲模量的聚丙烯均聚物(ADSTIF 680 ADXP)和占重量15％的由金属茂催化作用得到的极低密度的聚乙烯(EXACT 0201)的混合物组成。

形成层52的材料是和层51的生产中使用的极低密度聚乙烯相同。

由吹塑复合挤压形成层51，52所得到的封装制品100具有良好的抗断强度(包括熔接痕)和轴向刚度。

在图2B的实施例中，形成图1所示封装制品100的壁50包括三层：容器外部的层53，中间层51和和容器内部的层52。

层52和53的厚度约为60μm，层51的厚度约为480μm。

形成层51的材料由占重量80％的聚丙烯均聚物(STAMYLANP15 EK10)和占重量20％的由金属茂催化作用得到的极低密度的聚乙烯(EXACT 0201)的混合物组成。

形成层52和53的材料是与层51生产中使用的相同的极低密度聚乙烯。

由吹塑复合挤压形成层51，52，53所得到的封装制品100具有良好的抗断强度(尤其在熔接痕处)和轴向刚度。

在图3A的实施例中，壁50包括具有高弯曲模量的聚丙烯(STAMYLANP15EK10)层54。层54的厚度约为600μm。

壁50还包括设置在容器内部的层55，其由金属茂催化作用得到的极低密度的聚乙烯(EXACT 8201)的混合物组成。

层55的厚度约为66μm。

在图3B的实施例中，壁50包括具有高弯曲模量的聚丙烯(STAMYLANP15EK10)的层54。层54的厚度约为600μm。

在层54的两侧设有厚度约为33μm的层55和56，每一层都由金属茂催化作用得到的极低密度的聚乙烯(EXACT 8201)的混合物组成。

由后两种实施例所得的封装制品100具有良好的抗断强度和轴向刚度。

在上述具体描述中，参考了本发明的优选实施例。很明显在不违背本发明随后的权利要求的情况下可以对其进行修改。

Claims

1.一种最好是瓶、罐或瓶管形式的封装制品(100)，所述封装制品包括由至少一层材料(51-56)所形成的壁(50)，所述壁包括高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯。

2.根据权利要求1所述封装制品(100)，其特征在于，所述高弯曲模量的聚丙烯是均聚物或共聚物，可以是带有至少一种填充剂的混合物。

3.根据权利要求1或2所述封装制品(100)，其特征在于，所述聚丙烯的弯曲模量应大于1200 MPa，较理想是大于1500 MPa，更好是大于1800 MPa，最好是大于2000 MPa。

4.根据权利要求1或3中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述聚丙烯的结晶度应大于40％，较理想是大于50％，最好是大于60％。

5.根据权利要求1或4中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述聚丙烯是带有至少一种填充剂，例如玻璃纤维、滑石、白垩或硫酸钡的混合物。

6.根据权利要求1或5中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述低密度或极低密度的聚乙烯的密度小于0.930g/cm³。

7.根据权利要求6所述封装制品(100)，其特征在于，所述低密度或极低密度的聚乙烯的密度应小于0.905g/cm³，但最好大于0.850g/cm³。

8.根据权利要求1或7中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述低密度或极低密度的聚乙烯是由具有高反应选择性的催化剂，尤其是金属茂类型的催化剂的催化作用而得到的。

9.根据上述权利要求中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述壁(50)的总厚度应在450μm到800μm的范围内，最好在500μm到700μm的范围内。

10.根据上述权利要求中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述壁包括至少两层，高弯曲模量的聚丙烯处于占所述壁总壁厚的70到95％，最好是80到95％的那层中(51，54)。

11.根据上述权利要求中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述壁(50)包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯的混合物组成的第一层(51)。

12.根据权利要求11所述封装制品(100)，其特征在于，所述壁至少包括最好设置在所述封装制品内部，并至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成的第二层(52)。

13.根据权利要求11或12所述封装制品(100)，其特征在于，所述第一层(51)中包括占重量2到40％的，最好占10到25％的低密度或极低密度的聚乙烯。

14.根据权利要求12或13所述封装制品(100)，其特征在于，所述第二层(52)中低密度或极低密度的聚乙烯是聚烯烃，例如聚丙烯或聚乙烯的混合物。

15.根据权利要求12到14中任何一项所述封装制品(100)，其特征在于，所述壁(50)包括具有低密度或极低密度的聚乙烯的第三层(53)，所述第一层(51)设置在所述第二层(52)和所述第三层(53)之间。

16.根据权利要求15所述封装制品(100)，其特征在于，形成所述第三层(53)的材料和形成所述第二层(52)的材料相同。

17.根据权利要求1到10中任何一项所述封装制品，其特征在于，所述封装制品包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯形成的第一层(54)，以及至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成的第二层(55)。

18.根据权利要求17所述封装制品，其特征在于，所述封装制品包括第三层(56)，所述第一层(54)设置在所述第二层(55)和所述第三层(56)之间。

19.根据权利要求18所述封装制品，其特征在于，所述第三层(56)至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成。

20.根据上述权利要求中任何一项所述封装制品(100)在化妆产品例如护发、护体、护肤品，或化妆品，或食品例如饮料，或家庭用品尤其是洗涤剂，或工业化学品的容器中的使用。

21.根据权利要求1到19中任何一项所述封装制品(100)的制造工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

a)通过挤压生产至少具有一层(51-56)的型胚，所述型胚包括高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯；和，

b)在具有至少一个形状与所述封装制品相对应的型腔的模具中对所述型胚进行吹塑成形。

22.根据权利要求21所述工艺，其特征在于，所述型胚包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯以及低密度或极低密度的聚乙烯形成的第一层(51)。

23.根据权利要求22所述工艺，其特征在于，所述步骤a)存在于复合挤压工序中，形成了所述第一层(51)和所述第二层(52)，所述第二层最好设置在所述型胚的内部，并至少部分包括低密度或极低密度的聚乙烯。

24.根据权利要求23所述工艺，其特征在于，所述步骤a)存在于复合挤压工序中，形成了所述第一层和第二层(51，52)以及所述第三层(53)，所述第三层至少部分包括低密度或极低密度的聚乙烯，而所述第一层(51)设置在所述第二层(52)和第三层(53)之间。

25.根据权利要求21所述工艺，其特征在于，所述型胚包括至少部分由高弯曲模量的聚丙烯形成的第一层(54)，以及至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成的第二层(55)。

26.根据权利要求25所述工艺，其特征在于，所述型胚包括第三层(56)，所述第一层(54)设置在所述第二层(55)和所述第三层(56)之间。

27.根据权利要求26所述工艺，其特征在于，所述第三层(56)至少部分由低密度或极低密度的聚乙烯形成。

28.根据权利要求1到19中任何一项所述封装制品(100)的制造工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：

a)通过注塑生产出预型胚，所述预型胚包括高弯曲模量的聚丙烯和低密度或极低密度的聚乙烯；和，

b)在具有至少一个形状与所述封装制品相对应的型腔的精加工模具中对所述预型胚进行吹塑成形。