ES2321976T3 - Procedimiento para la fabricacion de recipientes que tienen un asa integrada. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para moldear por soplado un recipiente, comprendiendo el recipiente un asa y en donde el proceso comprende las etapas de: (i) introducir una preforma (2) en una cavidad de molde y estirar la preforma (2) con una varilla estirable; (ii) aumentar la presión dentro de la preforma (2) de manera que la preforma (2) se expanda dentro de la cavidad de molde en una primera etapa de soplado; (iii) mover hacia dentro las mordazas (3, 4) dentro de la cavidad de molde de manera que la preforma (2) en expansión quede parcialmente sujeta entre las mordazas en la región de asa; (iv) a continuación aumentar la presión dentro de la preforma (2) de manera que la preforma (2) se expanda hasta los límites de la cavidad de molde en una segunda etapa de soplado para formar un recipiente; en donde el movimiento hacia el interior de las mordazas (3, 4) se completa en la primera etapa de soplado, que se caracteriza por que la presión en la primera etapa de soplado es de 0,1 MPa (1 bar) a 1 MPa (10 bar), y la presión máxima en la segunda etapa de soplado es mayor que 1 MPa (10 bar).
Description
Procedimiento para la fabricación de recipientes
que tienen una asa integrada.
La presente invención se refiere a un proceso
para fabricar recipientes que tienen un asa integrada. El proceso
es especialmente adecuado para fabricar recipientes con asa
transparentes realizados de materiales de plástico. Un ejemplo de
un material de plástico transparente adecuado es el polipropileno.
La presente invención también se refiere a recipientes que
comprenden un asa hueca realizada de polipropileno biorientado.
El polipropileno es conocido en la técnica como
un material adecuado para fabricar recipientes transparentes. De
forma convencional se ha utilizado un proceso de moldeo por
extrusión-soplado, pero este proceso, aunque es
capaz de producir asas integradas, produce frascos con bajo nivel de
transparencia y resistencia al impacto.
En EP-A-0 346
518, publicada el 20 de diciembre de 1989, se describe un proceso
para fabricar un frasco moldeado por soplado y estiramiento con un
asa mediante estiramiento de una preforma, compresión y sujeción de
una zona de la preforma estirada entre un par de elementos de
proyección móviles opuestos y enfriamiento de la preforma expandida
mediante contacto con las paredes interiores del molde soplado para
formar un frasco moldeado por soplado y estiramiento que tiene
depresiones opuestas que definen un asa.
En US 2002/171161 A1 también se describe un
proceso para moldear por soplado un recipiente, en donde el
recipiente comprende un asa.
En US-6.733.716, concedida el 11
de mayo de 2004, se describe un proceso que consiste en estirar una
preforma de polietilentereftalato (PET) con una varilla estirable;
soplar la preforma para que adquiera la forma de un frasco en el
molde; descargar gas de soplado desde la varilla estirable hasta una
superficie de pared interior donde el asa debe ser formada; y hacer
avanzar segmentos de molde móviles dentro del molde soplado desde
una primera posición retirada a una segunda posición, comprimiendo
así una superficie de pared interior del artículo para que haga
contacto con una superficie de pared interior opuesta del frasco
para unir las superficies a una temperatura elevada y formar un asa
integrada que se extiende desde la pared exterior del artículo
moldeado por soplado.
Sin embargo, este proceso según el estado de la
técnica de completar el molde presoplado para dar forma al
recipiente antes de utilizar los segmentos de molde móviles tendrá
como resultado un gran sobre-estiramiento del
material en la zona del asa o requerirá el uso de preformas y de
frascos resultantes con un espesor de pared significativamente
mayor y lejos de lo óptimo. Además, debido a las características
superficiales del PET y a la diferencia entre sus temperaturas de
fusión y de soplado, el PET no es adecuado para unirse con sí
mismo. Por tanto, resulta imposible cortar la sección unida y al
mismo tiempo mantener la impermeabilidad a los líquidos en el
asa.
Sigue existiendo la necesidad de disponer de un
proceso económico para fabricar un recipiente transparente que
comprenda un asa integrada.
La presente invención se refiere a un proceso
para moldear por soplado un recipiente donde en una primera etapa
de soplado la presión dentro de la preforma se aumenta en el
intervalo de 0,1 MPa (1 bar) a 1 MPa (10 bar) dentro de la cavidad
de molde de manera que la preforma se expanda dentro de la cavidad
de molde y, en la misma primera etapa de soplado, la preforma en
expansión es parcialmente sujetada, y preferiblemente fusionada,
entre mordazas que se mueven hacia dentro en la región de asa; y, a
continuación, en una segunda etapa de soplado, se aumenta la
presión por encima de 1 MPa (10 bar) dentro de la preforma de manera
que la preforma se expande hasta los límites de la cavidad de molde
para formar un recipiente.
La Figura 1 muestra, esquemáticamente, una
sección transversal de la cavidad de molde con la preforma
introducida, antes de la primera etapa de soplado.
La Figura 2 muestra la misma vista que en la
Figura 1 durante la primera etapa de soplado.
La Figura 3 muestra la misma vista que en la
Figura 1 al final de la primera etapa de soplado.
La Figura 4 muestra la misma vista que en la
Figura 1 al final de la segunda etapa de soplado.
La Figura 5 muestra una vista lateral, con
secciones de corte, de un recipiente realizado según la presente
invención.
Los recipientes transparentes, tales como
frascos, son envases muy deseables para artículos de consumo tales
como bebidas, alimentos, productos limpiadores para lavado de ropa y
el hogar, champús y otros productos de higiene personal.
Es también deseable que los envases
relativamente grandes, por ejemplo de 2 litros y más, estén
provistos de un asa de manera que el consumidor pueda levantar de
forma conveniente el producto y verter desde el envase, incluso
cuando el envase está lleno.
El primero de estos objetivos, el recipiente
transparente, se ha realizado con diferentes materiales
termoplásticos, en la mayoría de los casos con
polietilentereftalato (PET), y en la mayoría de los casos se ha
fabricado en un proceso de moldeo por inyección, soplado y
estiramiento.
Este último objetivo, el recipiente con un asa,
también ha sido realizado con diferentes materiales termoplásticos,
incluyendo polietileno y polipropileno, y en la mayoría de los casos
mediante un proceso de moldeo por extrusión-soplado.
En este proceso los recipientes de polietileno y polipropileno son
soplados y las propiedades de flujo de estos materiales
termoplásticos son de manera que el material fluye alrededor de una
pieza de inserción fija dentro de la cavidad de molde para
conformar el asa. Los recipientes fabricados mediante moldeo por
extrusión-soplado de polietileno y polipropileno
presentan un bajo nivel de transparencia y de resistencia a
impactos.
La presente invención se refiere a un proceso de
moldeo por inyección, soplado y estiramiento adaptado para
proporcionar un recipiente con un asa. Además la presente invención
utiliza polipropileno que, después del proceso de moldeo por
inyección, soplado y estiramiento, se vuelve biorientado. El
polipropileno biorientado resultante presenta buena transparencia,
es decir, es prácticamente "transparente".
Un "molde" como se describe en la presente
memoria generalmente comprende dos o más partes que pueden ser
cerradas para formar una "cavidad de molde" y abiertas para
permitir que la preforma sea introducida en el molde y/o el
producto soplado sea retirado del molde. En las operaciones
comerciales pueden combinarse múltiples cavidades de molde en una
máquina continua de alta velocidad.
El término "preforma" significa en la
presente memoria una forma moldeada que es producida antes de la
expansión para formar el objeto acabado. Una preforma es
necesariamente algo menor que el objeto acabado. Una preforma se
fabrica generalmente mediante, por ejemplo, moldeo por inyección, a
una temperatura elevada superior a la temperatura de fusión. La
temperatura de estiramiento apropiada para un polipropileno está
entre aproximadamente 140ºC y 150ºC.
La expresión "moldeo por soplado y
estiramiento" significa en la presente memoria un proceso en el
que la preforma es primero estirada longitudinalmente, generalmente
mediante un pasador de estiramiento o émbolo, seguido de una etapa
de soplado a una temperatura superior a la temperatura de transición
vítrea diseñada para producir una orientación retenida en la
dirección de soplado de manera que la configuración resultante esté
"orientada biaxialmente". El proceso de moldeo por soplado y
estiramiento de la presente invención comprende dos etapas: una
primera etapa de soplado y, preferiblemente inmediatamente después,
una segunda etapa de soplado. En la primera etapa de soplado las
mordazas que se mueven hacia el interior dentro de la cavidad de
molde sujetan parcialmente la preforma en expansión. En una
realización preferida de la invención, las mordazas que se mueven
hacia dentro sujetan y funden la preforma en expansión. El
movimiento hacia el interior de las mordazas se completa en la
primera etapa de soplado. La presión aplicada dentro de la preforma
durante la primera etapa de soplado es de 0,1 MPa (1 bar) a 1 MPa
(10 bar), preferiblemente de 0,3 MPa (3 bar) a 0,8 MPa (8 bar). A
continuación se aumenta la presión aplicada dentro de la preforma en
la segunda etapa de soplado. En la segunda etapa de soplado la
presión es mayor que 1 MPa (10 bar), preferiblemente la presión
máxima es de 1,2 MPa (12 bar) a 2 MPa (20 bar).
En una etapa adicional preferida el frasco
completado es después expulsado del molde y la sección de asa
soldada, que ha sido formada al fusionar el material de plástico
entre las mordazas móviles, es retirada para crear un asa
completa.
El polipropileno se encuentra fácilmente
disponible en diferentes calidades comerciales. Los materiales que
tienen una combinación adecuada de resistencia a la fusión,
propiedades de recalentamiento, transparencia y rango de
procesamiento son comercializados por proveedores tales como
Borealis, BP y Total, p. ej. el PPR7225 de Total. El uso de estos
materiales puede permitir el moldeo por inyección, estiramiento y
soplado del polipropileno y, combinado con la capacidad del
polipropileno para soldar a temperaturas próximas a las necesarias
para el moldeo por soplado, esto hace que la soldadura con
pinzamiento en molde sea un proceso viable, a diferencia de cuando
se utiliza PET. Además, como el polipropileno no se endurece en frío
de forma significativa a determinadas relaciones de estiramiento
como el PET, la variación de estiramiento que se producirá
necesariamente en el frasco debido a la complejidad de una sección
de asa resulta menos relevante.
Asimismo recientes desarrollos de materiales y
el procesamiento del polipropileno han mejorado su idoneidad para
un proceso económicamente rentable de moldeo por inyección, soplado
y estiramiento a gran escala. Se han desarrollado polímeros que
tienen una combinación adecuada de resistencia a la fusión,
propiedades de recalentamiento, transparencia y rango de
procesamiento, junto con mejoras en los equipos, de manera que
resulta posible producir frascos de polipropileno mediante moldeado
por soplado, inyección y estiramiento en equipos de alta velocidad
con rendimientos superiores a 1000 frascos/cavidad/hora. Aunque la
ventaja del moldeo por inyección, soplado y estiramiento para los
frascos de polipropileno es su excelente transparencia y brillo
junto con una mayor resistencia a impactos, los procesos
convencionales de moldeo por inyección, soplado y estiramiento no
permiten la producción de un asa integrada.
El proceso de la presente invención proporciona
un recipiente moldeado por soplado que comprende una cavidad de
frasco principal y una cavidad de asa hueca moldeada de forma
integrada y en donde la cavidad de frasco principal y la cavidad de
asa hueca están interconectadas de manera que el fluido puede fluir
libremente entre las dos cavidades. El recipiente moldeado por
soplado comprende polipropileno biorientado.
El recipiente moldeado por soplado comprende un
asa hueca que tiene dos extremos opuestos y en donde ambos extremos
están interconectados con el cuerpo de la cavidad principal del
recipiente de forma que el fluido puede fluir libremente entre el
asa hueca y el cuerpo de la cavidad principal a través de uno o de
ambos extremos del asa hueca o, de forma alternativa, el recipiente
moldeado por soplado comprende un asa hueca que tiene dos extremos
opuestos, en donde uno de los extremos está interconectado con el
cuerpo de la cavidad principal del recipiente y el otro extremo
está cerrado. El fluido puede fluir libremente entre el asa hueca y
el cuerpo de la cavidad principal sólo a través de uno de los
extremos del asa hueca. Este recipiente es a veces mencionado como
que tiene un "asa abierta".
Para realizaciones comercialmente útiles el
recipiente moldeado por soplado de forma típica puede ser decorado,
por ejemplo, con una etiqueta o con un manguito. Ejemplos de
etiquetas son las de tipo envolvente, con papel engomado o las
incluidas en el molde. Ejemplos de manguitos son los de tipo
estirable y los de tipo encogible. Aunque en principio puede
aplicarse cualquier tipo de decoración a la primera o a la segunda
realización de la invención, una etiqueta envolvente es
especialmente adecuada para la primera realización y un manguito,
más preferiblemente un manguito encogible, es especialmente adecuado
para el frasco con asa abierta de la segunda realización. Un método
particular de aplicar un manguito a un frasco de asa abierta se
describe en EP-A-1 238 916,
publicada el 11 de septiembre de 2002 e incorporada como referencia
en la presente memoria.
Se prefiere que la etiqueta o el manguito
comprenda un sustrato pelicular realizado de un material
transparente. Esto permite mostrar decoraciones, es decir marcas
registradas, logotipos, imágenes y similares; información sobre
ingredientes; instrucciones de uso; códigos de barras; hologramas,
etc., para que sean visualizados por el consumidor pero manteniendo
al mismo tiempo las ventajas estéticas del recipiente transparente.
Esta decoración se imprime sobre el sustrato pelicular mediante
cualquiera de las diferentes técnicas conocidas en la técnica del
envasado.
En una realización especialmente ventajosa de la
invención la etiqueta o el manguito comprende un sustrato pelicular
que es polipropileno. El reciclado del material resulta
considerablemente facilitado y, por tanto, puede realizarse de
forma más rentable porque tanto el material del frasco como el
sustrato pelicular se realizan de polipropileno y no hay necesidad
de separarlos en corrientes de reciclado separadas. Además, si se
aplica cualquier elemento adicional en el frasco, tal como un
collar o cierre, se prefiere que estos elementos adicionales
también sean realizados de polipropileno por la misma razón. El
recipiente, junto con cualquier collar, cierre, etiqueta, manguito
o elemento adicional conforman el envase del producto acabado.
Preferiblemente, el envase del producto acabado comprende al menos
95% en peso de polipropileno.
De forma opcional, el recipiente moldeado por
soplado puede ser cerrado con un cierre de autodrenaje de una pieza
o de dos piezas. Los recipientes de autodrenaje son conocidos en la
técnica. Estos recipientes incluyen un medio para devolver al
cuerpo principal del recipiente el contenido que ha escurrido o se
ha vertido por el exterior de la boca de vertido. Ejemplos de
cierres de autodrenaje según el estado de la técnica se muestran en
US-4.550.864 y US-4.640.855.
En una realización especialmente ventajosa de la
invención, la boca de autodrenaje es parte integrante del
recipiente. Esto puede conseguirse inyectando la boca de autodrenaje
como parte de la preforma de manera que el recipiente soplado acabe
siendo un recipiente de autodrenaje de una pieza como en
US-5.114.659.
Una realización preferida de la invención se
describe en más detalle más adelante en la presente memoria con
respecto a los dibujos.
En la Figura 1, una preforma (2) convencional se
introduce en una cavidad (1) de molde. La preforma (2) convencional
puede ser fabricada mediante cualquier técnica conocida, incluyendo
moldeo por inyección, moldeo por extrusión-soplado
o moldeo por compresión, y preferiblemente se realiza con una
calidad ISBM especial de polipropileno. Esta preforma (2) es
recalentada a una temperatura de moldeo apropiada de aproximadamente
110-150ºC, o la preforma ya se encuentra a esta
temperatura después del enfriamiento de la etapa de moldeo por
inyección de una máquina ISBM en 1 etapa. Esta preforma (2) es
introducida en la cavidad (1) de molde y la cavidad (1) de molde es
cerrada. A continuación se introduce una varilla estirable en la
preforma caliente (2) que se utiliza para estirar longitudinalmente
el material. En el momento en que la varilla entra en contacto con
la base de la preforma (2), o antes de este momento, se aplica gas
de soplado a alta presión a aproximadamente 0,5 MPa (5 bar) a 1 MPa
(10 bar) al interior de la preforma (2) para obligar a la preforma
(2) a expandirse en la cavidad (1) de molde ventilada. La cavidad
(1) de molde contiene dos mordazas (3, 4) de molde móviles, que
inicialmente están retiradas.
En la Figura 2, la preforma se expande y sus
paredes se estrechan, los segmentos (3, 4) de molde móviles son
desplazados hacia el interior del molde, comprimiendo una sección de
la preforma en expansión. Dado que el estiramiento adicional
necesario para crear las zonas pinzadas se produce cuando el frasco
no está totalmente estirado, esto reduce la disparidad entre el
espesor de pared de estas zonas y el de otras en la pieza final. En
una realización preferida, las mordazas de molde móviles tendrán
puntas calentadas para aumentar la soldadura entre las paredes del
frasco al entrar en contacto y, aunque las caras de estas secciones
están templadas para permitir un cierto igualamiento del espesor de
pared, están a una temperatura inferior a la temperatura de fusión
del material, de manera que se produce una congelación significativa
del material al contacto. Esto no sólo mejora adicionalmente la
estabilidad del espesor de pared sino que en algunos casos permite
que la zona del asa sea más gruesa que las paredes principales del
frasco, creando así una sección reforzada. Además, pueden aplicarse
zonas de material o acabado de baja fricción al interior del molde
para que este material fluya por la superficie del molde,
maximizando así la estabilidad de distribución del espesor de
pared.
En la Figura 3, el material de la preforma de
estiramiento comienza a entrar en contacto con las paredes (11) del
molde, las mordazas móviles (3, 4) se cierran totalmente alrededor
del material de la preforma y se inicia una soldadura (10). A
continuación se añade gas de soplado adicional al interior del
frasco para aumentar la presión interna pasando de aprox. 1 MPa (10
bar) a 2 MPa (20 bar). En la Figura 4, esto obliga a un contacto
directo total entre el material de la preforma y las paredes del
molde que se congelan y forman cualquier acabado de la superficie o
detalle decorativo presente, formando así el recipiente (20).
El recipiente (20) es después expulsado del
molde (1). En caso necesario se realiza una etapa de soldadura
adicional utilizando calor directo, infrarrojos indirectos,
soldadura sónica o cualquier otro método convencional, y esta
sección es retirada mediante una serie de posibles técnicas,
incluyendo troquelado mecánico, corte por láser o troquelado en
caliente.
En la realización particular preferida ilustrada
en las Figuras 1-4 se utiliza un recipiente con una
sección transversal aproximadamente cuadrada, donde el asa se forma
en una esquina a 45º de un borde. Este diseño crea un compromiso
entre los requisitos contrapuestos de una sección transversal casi
circular para facilitar el soplado del frasco y una sección de
paredes casi paralelas para pinzar y formar el asa.
La Figura 5 muestra una vista lateral de un
frasco (20) realizado según la presente invención. El frasco
comprende una cavidad (21) de frasco principal y una cavidad (22)
de asa hueca. El material fusionado entre las mordazas móviles ha
sido retirado para formar el asa acabada (23).
Claims (7)
1. Un proceso para moldear por soplado un
recipiente, comprendiendo el recipiente un asa y en donde el proceso
comprende las etapas de:
- (i)
- introducir una preforma (2) en una cavidad de molde y estirar la preforma (2) con una varilla estirable;
- (ii)
- aumentar la presión dentro de la preforma (2) de manera que la preforma (2) se expanda dentro de la cavidad de molde en una primera etapa de soplado;
- (iii)
- mover hacia dentro las mordazas (3, 4) dentro de la cavidad de molde de manera que la preforma (2) en expansión quede parcialmente sujeta entre las mordazas en la región de asa;
- (iv)
- a continuación aumentar la presión dentro de la preforma (2) de manera que la preforma (2) se expanda hasta los límites de la cavidad de molde en una segunda etapa de soplado para formar un recipiente;
en donde el movimiento hacia el interior de las
mordazas (3, 4) se completa en la primera etapa de soplado, que se
caracteriza por que la presión en la primera etapa de soplado
es de 0,1 MPa (1 bar) a 1 MPa (10 bar), y la presión máxima en la
segunda etapa de soplado es mayor que 1 MPa (10 bar).
2. Un proceso según la reivindicación 1, en
donde la presión durante el tiempo en que las mordazas (3, 4) que
se mueven hacia dentro están cerradas es de 0,3 MPa (3 bar) a 0,8
MPa (8 bar).
3. Un proceso según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, en donde la presión máxima en la segunda
etapa de soplado es de 1,2 MPa (12 bar) a 2 MPa (20 bar).
4. Un proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en donde la preforma es fusionada entre las
mordazas y en donde el recipiente soplado es retirado de la cavidad
(1) de molde y el material fusionado (10) en la región de asa es
retirado para formar el asa.
5. Un proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, en donde la preforma (2) se realiza de
polipropileno y el recipiente se realiza de polipropileno
biorientado.
6. Un proceso según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, que comprende (v) una etapa de soldadura
adicional que se realiza en el recipiente después de ser expulsado
del molde.
7. Un proceso según la reivindicación 6, en
donde la etapa de soldadura adicional utiliza calor directo,
infrarrojos indirectos, soldadura sónica o cualquier otro método
convencional, y la sección soldada es retirada, preferiblemente
mediante troquelado mecánico, corte por láser o troquelado en
caliente.
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