Патент на изобретение №2343009

(54) СПОСОБ ПОКРЫТИЯ ПОГРУЖЕНИЕМ, НАПЫЛЕНИЕМ И ПОТОКОМ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТЫХ ИЗДЕЛИЙ

(57) Реферат:

Данное изобретение относится к способу и устройству для изготовления покрытых изделий с одним или более слоями путем покрытия посредством погружения, напыления или потока. Способ изготовления покрытых термопластической смолой изделий содержит операции наложения водного раствора или дисперсного состава из термопластической смолы на внешнюю поверхность подложки изделия. Нанесение покрытия осуществляется путем покрытия посредством погружения, напыления или потока. Изделие извлекают с такой скоростью, чтобы сформировать сцепляющуюся пленку. Осуществляют отверждение или сушку покрытого изделия до тех пор, пока пленка практически не высохнет. Устройство и способ позволяют изготавливать покрытую емкость или заготовку энергоэффективным способом, который снижает опасность порчи покрытия и тем самым увеличивает эффективность конечной емкости. 4 н. и 22 з.п. ф-лы, 17 ил.

Данные родственных заявок

Данная заявка заявляет приоритет по ст.119 (e) Патентного закона США от предварительных заявок №60/394092 от 3 июля 2002 года, №60/422251 от 28 октября 2002 года и №60/441718 от 23 января 2003, раскрытие которых во всей их полноте включается сюда посредством ссылки.

Область, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к способам и устройствам для изготовления покрытых изделий с одним или более слоями путем покрытия погружением, напылением или потоком. В одном аспекте данное изобретение относится к устройству и способу для изготовления покрытых емкостей, предпочтительно содержащих полиэтилен терефталат, из покрытых заготовок.

Уровень техники

Заготовки представляют собой изделия, из которых емкости изготавливаются выдувным формованием. Если не указано иное, термин «емкость» является широким термином и используется в его обыкновенном смысле и включает в себя, без ограничения, как заготовку, так и бутылочную емкость из нее. Несколько пластмасс и других материалов используются для емкостей, и многие вполне пригодны. Некоторые продукты, такие как газированные напитки и пищевые продукты, нуждаются в емкости, которая является стойкой к переносу газов, таких как двуокись углерода и кислород. Покрытие таких емкостей было предложено уже давно. Смола, широко используемая теперь в производстве емкостей, является полиэтилен терефталатом (ПЭТ) (PET), каковым термином мы объединяем не только гомополимер, сформированный поликонденсацией [бета]-гидроксиэтил терефталата, но также сополиэфиры, содержащие малые количества единиц, полученных из других гликолей или двухосновных кислот, например сополимеры изофталата.

В технике общеизвестно изготовление емкостей из ПЭТ с двухосной ориентацией. Емкости из ПЭТ с двухосной ориентацией прочны и имеют хорошее сопротивление ползучести. Можно произвести емкости с относительно тонкими стенками и легкого веса, которые способны, без чрезмерного разрушения в пределах желательного срока службы, противостоять давлениям, развиваемым газированными жидкостями, в частности, такими напитками, как безалкогольные напитки, включая колу, и пивом.

Тонкостенные ПЭТ емкости проницаемы до некоторой степени для газов, таких как двуокись углерода и кислород, и, следовательно, допускают потерю создающей избыточное давление двуокиси углерода и проникновение кислорода, который может воздействовать на аромат и качество содержимого бутылки. В одном способе промышленной обработки заготовки изготавливаются литьем под давлением и затем выдуванием в бутылки. В коммерческом двухлитровом размере можно ожидать срок хранения от 12 до 16 недель, но для меньших бутылок, типа полулитровых, большее отношение поверхности к объему резко ограничивает срок хранения. Газированные напитки могут быть сжаты до 4,5 объемов газа, но если это давление падает ниже приемлемых уровней для конкретного продукта, этот продукт считается неудовлетворительным.

Поэтому желательно снабдить емкость слоем барьерного материала, который имеет низкую проницаемость для пара и газа. Барьерные слои могут быть получены разными методами, включая совместную инжекцию, химическое осаждение из паровой среды, плазменное покрытие аморфным углеродом и(или) SiO_X и т.д., чтобы сформировать емкость со слоистым покрытием. Другие примеры содержат использование водного дисперсного состава барьерных полимеров и включают в себя дисперсные составы, полученные из винилиден хлорида с акронитрилом и(или) метил акрилатом, причем опционально содержат единицы, полученные из других мономеров, таких как метил метакрилат, винилхлорид, акриловая кислота или итаконовая кислота, а дисперсный состав делался из EVOH и MXD6 и т.д. Дисперсные составы, как правило, содержали поверхностно-активные вещества, такие как сульфонаты алкила натрия.

Таким образом, задача, поставленная перед заявленной группой изобретений, заключалась в создании изделия и технологии его изготовления, которая была свободна от перечисленных выше недостатков, присущих решениям, характеризуемым известный уровень техники. Предлагаемая технология и ее техническая реализация должна обеспечить получение изделия, в котором было бы максимально возможно снижена проницаемость для двуокиси углерода и кислорода, т.е. уменьшено влияние на аромат и качество содержимого, находящегося в изготавливаемом изделии, а следовательно, увеличить и срок его хранения.

Технический результат, достигаемый в процессе реализации заявленной группы изобретений, заключается в создании изделия с барьерным покрытием, с улучшенными характеристиками, что в конечном итоге увеличивает срок хранения содержимого в изделии без потери его качества и внешнего вида, например, помутнения.

Задача, положенная в основу заявленной группы изобретений, в части технологии, решается тем, что в способе изготовления покрытых термопластической смолой изделий осуществляют следующие операции:

наложение водного раствора или дисперсного состава из первой термопластической смолы на внешнюю поверхность подложки изделия путем покрытия посредством погружения, напыления или потока;

изъятие изделия из покрытия посредством погружения, напыления или потока с такой скоростью, чтобы сформировать первую сцепляющуюся пленку;

отверждение / сушка покрытого изделия до тех пор, пока первая пленка практически не высохнет, чтобы сформировать первое покрытие;

опционально наложение водного раствора или дисперсного состава из второй термопластической смолы на внешней поверхности подложки изделия путем покрытия посредством погружения, напыления или потока;

извлечение изделия из покрытия посредством погружения, напыления или потока с такой скоростью, чтобы сформировать вторую сцепляющуюся пленку;

отверждение / сушка покрытого изделия до тех пор, пока вторая пленка практически не высохнет, чтобы сформировать второе покрытие;

источник отверждения / сушки выбирается из одного или более из группы, состоящей из инфракрасного нагрева, обработки электронным пучком, принудительной вентиляции, отверждения пламенем, газовых нагревателей, ультрафиолетового излучения, так что покрытие образуется без нежелательного нагрева подложки заготовки;

предпочтительным в качестве упомянутого источника отверждения / сушки является инфракрасный нагрев и принудительная вентиляция, причем температура принудительной вентиляции находится между 10 и 50°С и достаточна для предотвращения нежелательной усадки изделия при максимизации удаления жидкостей без преждевременной герметизации внешней поверхности, чтобы захватить невышедшую жидкость;

упомянутое покрытие включает гидроксифеноксиэфирные полимеры, содержащие полигидроксиаминоэфирные сополимеры, полученные из резорцин диглицидилового эфира, гидрохинон диглицидилового эфира, бисфенол А диглицидилового эфира или их смеси;

при этом, по меньшей мере, одна из первой и второй термопластических смол содержит термопластическую эпоксидную смолу;

для обеспечения последовательного покрытия и отверждения / сушки упомянутое изделие подвергают вращению;

а также тем, что сушка / отверждение покрытия, содержащего термопластическую смолу, выполняется так, чтобы сформировать изделие, которое практически не проявляет помутнения или побеления при воздействии воды;

а также тем, что осуществляют наложение одного или более дополнительных покрывающих слоев на упомянутое изделие;

а также тем, что упомянутое третье покрытие является акриловым, феноксидным, латексным или эпоксидным покрытием, которое образует поперечные связи в процессе сушки;

а также тем, что, по меньшей мере, один покрывающий слой образует поперечные связи для обеспечения сопротивления химическим воздействиям или механическому неправильному использованию;

а также тем, что подложка изделия содержит полимер, выбранный из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов;

а также тем, что подложка изделия содержит аморфный и (или) полукристаллический полиэтилен терефталат;

а также тем, что упомянутое изделие содержит заготовку;

а также тем, что предусмотрено удаление любого избыточного материала между операциями покрытия и отверждения / сушки;

а также тем, что упомянутые покрытия из термопластической смолы содержат одну или более из следующих характеристик: барьерная защита от газов, защита от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению и (или) стойкость к химическим воздействиям;

а также тем, что упомянутое покрытие из термопластической смолы содержит феноксидные смолы;

а также тем, что упомянутый раствор или дисперсный состав термопластической эпоксидной смолы содержит соли органических кислот, полученные из реакции полигидроксиаминоэфиров с фосфорной кислотой, молочной кислотой, яблочной кислотой, лимонной кислотой, уксусной кислотой, гликолевой кислотой и(или) их смесью;

Задача, положенная в основу заявленной группы изобретений, в части технической реализации предложенной технологии, решается тем, что устройство для получения покрытых изделий содержит:

конвейер, который переносит упомянутые изделия через покрывающую систему; и покрывающую систему, включающую: первый покрывающий блок, который содержит: покрывающий материал в водном растворе / дисперсном составе в жидкостной связи с покрывающим устройством, причем конвейер изделий перемещает изделия через этот покрывающий блок; и первый блок отверждения / сушки, который содержит: печь или камеру, в которой располагается источник отверждения / сушки; при этом упомянутые изделия перемещаются через эту печь или камеру конвейером изделий;

второй покрывающий блок, который содержит: покрывающий материал в водном растворе / дисперсном составе в жидкостной связи с покрывающим устройством, причем конвейер изделий перемещает изделия через этот покрывающий блок; и второй блок отверждения / сушки, который содержит: печь или камеру, в которой располагается источник отверждения / сушки;

упомянутые изделия перемещаются через эту печь или камеру конвейером изделий, причем упомянутые печь или камера первого и второго блоков отверждения / сушки являются единой общей печью или камерой;

по меньшей мере, один из покрывающих материалов в водном растворе / дисперсном составе содержит термопластическую эпоксидную смолу; при этом первый покрывающий блок содержит первый блок покрытия погружением, или первый блок покрытия напылением, или первый блок покрытия потоком;

первый покрывающий блок, содержащий первый блок покрытия погружением, который включает:

бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе / дисперсном составе, причем конвейер изделий протягивает изделия через упомянутый бак или чан либо погружает изделия в них; и

второй покрывающий блок содержит второй блок покрытия погружением, который содержит:

бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе / дисперсном составе, причем конвейер изделий протягивает изделия через упомянутый бак или чан либо погружает изделия в них;

первый покрывающий блок, содержащий первый блок покрытия напылением, который включает:

покрывающий материал в водном растворе / дисперсном составе, опционально содержащийся в баке или чане в жидкостной связи с одним или более напыляющих сопл;

коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал; и

второй покрывающий блок содержит второй блок покрытия напылением, который содержит:

покрывающий материал в водном растворе / дисперсном составе, опционально содержащийся в баке или чане в жидкостной связи с одним или более напыляющих сопл;

коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал;

первый покрывающий блок, содержащий первый блок покрытия потоком, который включает:

бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе / дисперсном составе, причем упомянутый бак или чан находится в жидкостной связи с жидкостной направляющей;

жидкостную направляющую, причем упомянутый покрывающий материал стекает с упомянутой жидкостной направляющей, образуя слой или падающую ливневую завесу;

коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал; и

второй покрывающий блок содержит второй блок покрытия потоком, который содержит:

бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе / дисперсном составе, причем упомянутый бак или чан находится в жидкостной связи с жидкостной направляющей;

жидкостную направляющую, причем упомянутый покрывающий материал стекает с упомянутой жидкостной направляющей, образуя слой или падающую ливневую завесу;

коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал;

упомянутый коллектор покрывающего материала может находиться в жидкостной связи с упомянутым баком или чаном, посредством чего любой излишний материал используется повторно, а бак или чан первого и второго покрывающих блоков является единым общим баком или чаном;

устройство может содержать каплеудалитель, расположенный перед упомянутым блоком отверждения / сушки, при этом упомянутый каплеудалитель содержит одно или более из следующих средств: вращение, тяготение, скребок, щетку, губковый валик, воздушный нож или воздушный поток;

упомянутая жидкостная направляющая может быть отклонена под углом;

в каждое из упомянутых устройств может быть включены третий покрывающий блок и третий блок отверждения / сушки;

в упомянутом устройстве два или более блоков покрытия потоком и два или более блоков отверждения / сушки могут быть интегрированы в производственную линию, причем конвейер изделий перемещает изделия через производственную линию;

в упомянутом устройстве, содержащем один или более покрывающих модулей и конвейер изделий, каждый покрывающий модуль может содержать:

автономную производственную линию, включающую один или более блоков покрытия потоком и один или более блоков отверждения / сушки, при этом конвейер изделий может перемещать изделия внутрь, внутри и между покрывающими модулями и извлекать изделие из системы, а также вращать упомянутые изделия при перемещении их через систему;

упомянутый источник отверждения / сушки содержит один или более источников, выбранных из инфракрасной нагревательной лампы, источника обработки потоком электронов, принудительной вентиляции, пламени, газового нагревателя или источника ультрафиолетового излучения, при этом оптимальным источником отверждения/сушки является инфракрасное нагревание и принудительная вентиляция, температура принудительной вентиляции находится между 10°С и примерно 50°С, упомянутая температура принудительной вентиляции достаточна для предотвращения нежелательной усадки изделия при максимизации удаления жидкостей без преждевременной герметизации внешней поверхности и захвата невышедшей жидкости;

а также тем, что в упомянутом изделии, являющемся заготовкой, при этом заготовка выполнена из материала, выбранного из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов;

а также тем, что упомянутая заготовка содержит аморфный и полукристаллический полиэтилен терефталат.

Задача, положенная в основу заявленной группы изобретений, в части технической реализации предложенной технологии, решается также тем, что многослойное изделие содержит:

подложку, имеющую, по меньшей мере, один слой, содержащий покрывающий материал из термопластической эпоксидной смолы, нанесенный на по меньшей мере часть упомянутой подложки для образования покрытого изделия, при этом покрытое изделие практически не проявляет помутнения или побеления при воздействии воды, которое осуществляют в течение 24 часов при температуре от 0 до 25°С;

а также тем, что многослойное изделие выполнено из термопластического материала, выбранного из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов;

а также тем, что многослойное изделие содержит подложку, выполненную из полиэтилен терефталата;

а также тем, что упомянутое многослойное изделие может содержать один или более слоев покрывающего материала из термопластической смолы, нанесенного на упомянутую подложку;

а также тем, что в многослойном изделии упомянутые один или более слоев могут иметь одну или более из следующих характеристик: барьерная защита от газов, защита от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению, стойкость к химическим воздействиям;

а также тем, что в упомянутом многослойном изделии, в котором изделие является заготовкой или бутылкой, имеющей туловищную часть и горловинную часть, а упомянутое покрытие наносится практически только на туловищную часть заготовки или бутылки, при этом покрытое изделие практически не имеет различий между покрывающими слоями, которые накладываются путем покрытия посредством погружения, напыления или потока.

Задача, положенная в основу заявленной группы изобретений, в части технической реализации предложенной технологии, решается также тем, что многослойное изделие, являющееся, например, заготовкой или бутылкой, имеющей туловищную часть и горловинную часть, а упомянутое покрытие наносится практически только на туловищную часть заготовки, включает:

подложку, содержащую термопластический материал, который выбирается из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов, например, аморфный или полукристаллический полиэтилен терефталат;

два или более слоев покрывающего материала из термопластической смолы, нанесенных на упомянутую подложку, при этом, по меньшей мере, один из упомянутых слоев содержит термопластическую эпоксидную смолу;

упомянутые покрывающие слои содержат:

внутренний покрывающий слой удалителя О₂; промежуточный слой удалителя CO₂; промежуточный слой защиты от ультрафиолетового излучения;

внешний слой материала с частичными или сильными поперечными связями; при этом покрывающие слои содержат:

внутренний покрывающий слой материала защиты от ультрафиолетового излучения и внешний слой материала с частичными или сильными поперечными связями, а покрывающие слои накладываются путем покрытия посредством погружения, напыления или потока, причем следующие друг за другом слои покрывающего материала уменьшаются по количеству покрывающего материала, требуемого для тщательного покрытия изделия.

Раскрытие изобретения

В одном аспекте данное изобретение относится к способам и устройствам для изготовления изделий, предпочтительно пластмассовые изделия, имеющие покрытия, содержащие один или более слоев. Эти слои могут содержать термопластические материалы с хорошими характеристиками барьера для газов, а также слои, которые обеспечивают защиту от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению, стойкость к химическим воздействиям, и(или) активные свойства, такие как удаление О₂ или CO₂.

В предпочтительном варианте осуществления обеспечивается способ производства покрытого изделия. Этот способ содержит обеспечение изделия, предпочтительно емкости или заготовки, содержащей полиэтилен терефталат; приложение к упомянутому изделию покрытия из водного дисперсного состава термопластической эпоксидной смолы на изделие; и отверждение / сушка этого покрытия. В вариантах осуществления, где изделие является заготовкой, способ предпочтительно содержит далее операцию литья под давлением, предпочтительно включающую в себя растяжение высушенной покрытой заготовки в осевом и радиальном направлениях в процессе литья под давлением при температуре, пригодной для ориентации, в бутылочную емкость. В этом способе термопластическое покрытие из эпоксидной смолы прикладывается к изделию и покрытию путём покрытия посредством погружения, напыления или потока, а сушка применяется в более чем одном проходе, чтобы свойства покрытия увеличивались с каждым слоем покрытия. Объём покрывающего осаждения может быть изменён температурой изделия, углом изделия, температурой раствора / дисперсного состава, вязкостью раствора / дисперсного состава и числом слоев. Предпочтительные способы множественных покрытий приводят к множеству слоев практически без различия между слоями, улучшенной характеристикой покрытия и(или) снижением поверхностных пустот и пропусков покрытия. Кроме того, предпочтительные способы множественных покрытий приводят к следующим друг за другом слоям, требующим уменьшения количества покрывающего материала, чтобы полностью покрыть изделие.

В предпочтительных вариантах осуществления способ покрытия и сушки приводит к улучшенным свойствам поверхностного натяжения. Далее в предпочтительных способах процесс сушки изделий имеет восстанавливающий эффект на поверхностные дефекты законченного изделия. Кроме того, в предпочтительных способах процесс сушки / отверждения производит изделия, которые не проявляют практически никакого помутнения.

В соответствии с одним вариантом осуществления обеспечивается способ производства покрытых термопластической смолой изделий, содержащий: наложение водного раствора или дисперсного состава из первой термопластической смолы на внешней поверхности подложки изделия путём покрытия посредством погружения, напыления или потока; извлечение изделия из покрытия посредством погружения, напыления или потока с такой скоростью, чтобы сформировать первую сцепляющуюся плёнку; отверждение / сушка покрытого изделия до тех пор, пока первая плёнка практически не высохнет, чтобы сформировать первое покрытие. Опционально способ может далее включать в себя наложение водного раствора или дисперсного состава из второй термопластической смолы на внешней поверхности подложки изделия путём покрытия посредством погружения, напыления или потока; извлечение изделия из покрытия посредством погружения, напыления или потока с такой скоростью, чтобы сформировать вторую сцепляющуюся плёнку; отверждение / сушка покрытого изделия до тех пор, пока вторая плёнка практически не высохнет, чтобы сформировать второе покрытие. В предпочтительных вариантах осуществления по меньшей мере одна из первой и второй термопластических смол содержит термопластическую эпоксидную смолу, и первая и вторая смолы могут быть одними и теми же или различными.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления обеспечивается способ покрытия изделий погружением, содержащий следующие шаги: а) погружение изделия в водный покрывающий раствор / дисперсный состав либо в статической ванне, либо в потоковой установке для нанесения покрытий с изделием, вращающимся, чтобы достичь полной экспозиции к потоку; b) извлечение изделия из статической ванны или потоковой установки для нанесения покрытий со скоростью ниже той, при которой наблюдается сцепляющаяся плёнка; и с) экспонирование изделия и плёнки действию инфракрасных нагревателей до тех пор, пока плёнка практически не высохнет, опционально при охлаждении изделия воздухом.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления обеспечивается устройство для покрытия изделий погружением, содержащее: конвейер изделий, который переносит изделия через систему покрытия погружением; резервуар или ванну, содержащие водный раствор / дисперсный состав покрывающего материала, при этом конвейер протягивает изделия через резервуар или ванну либо погружает их туда; и блок отверждения / сушки, который содержит печь или камеру, в которой располагается источник отверждения / сушки, при этом изделия перемещаются через печь или камеру конвейером. Блок отверждения / сушки опционально связан с вентилятором или воздуходувкой для охлаждения изделия воздухом. Предпочтительное устройство может далее содержать второй(-ую) резервуар или ванну покрывающего материала и второй блок отверждения / сушки. В другом предпочтительном устройстве конвейер переносит изделия назад через резервуар и(или) блок отверждения / сушки, чтобы обеспечить второе покрытие на изделии. Предпочтительное устройство может опционально включать в себя один или более каплеудалителей, расположенных между резервуаром или ванной покрытия и блоком отверждения / сушки, либо в ином месте перед блоком отверждения / сушки.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления обеспечивается способ покрытия изделий, содержащий следующие шаги: а) покрытие изделия напылением водным покрывающим раствором / дисперсным составом с вращающимся изделием, чтобы достичь полной экспозиции к потоку, b) напыление изделия со скоростью, при которой наблюдается сцепляющаяся плёнка; и с) экспонирование изделия и плёнки действию инфракрасных нагревателей до тех пор, пока плёнка практически не высохнет; опционально при охлаждении изделия воздухом.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления обеспечивается устройство для покрытия изделий напылением, содержащее: конвейер изделий, который переносит изделия через систему покрытия напылением; одно или более напыляющих сопл находится в жидкостной связи с водным раствором / дисперсным составом покрывающего материала, такого, какой может содержаться в резервуаре или ванне; коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал; и блок отверждения / сушки, который содержит печь или камеру, в которой располагается источник отверждения / сушки, при этом изделия перемещаются через печь или камеру конвейером. Блок отверждения / сушки опционально связан с вентилятором или воздуходувкой для охлаждения изделия воздухом. Предпочтительное устройство может далее содержать второй резервуар или ванну материала покрытия, вторую группировку одного или более распыляющих сопл и (или) второй блок отверждения / сушки, либо при обеспечении второго покрытия могут использоваться один или более компонентов первой системы покрытия напылением. Предпочтительное устройство может опционально включать в себя один или более каплеудалителей, размещённых между распылителем и блоком отверждения / сушки или в любом другом месте перед блоком отверждения / сушки.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления обеспечивается способ потокового покрытия изделий, содержащий следующие шаги: а) потоковое покрытие изделия водным покрывающим раствором / дисперсным составом с вращающимся изделием, чтобы достичь полной экспозиции к потоку, b) извлечение изделия из слоя потокового покрытия со скоростью, при которой наблюдается сцепляющаяся плёнка; с) экспонирование изделия и плёнки к действию инфракрасных нагревателей до тех пор, пока плёнка практически не высохнет; и опционально d) охлаждение изделия воздухом.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления обеспечивается устройство для потокового покрытия изделий, содержащее: конвейер изделий, который переносит изделия через потоковую покрывающую систему; резервуар или ванну, содержащие водный раствор / дисперсный состав покрывающего материала, который находится в жидкостной связи с жидкостной направляющей, при этом покрывающий материал стекает с жидкостной направляющей, образующей листовую или падающую ливневую завесу; коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал; и блок отверждения / сушки, который содержит печь или камеру, в которой располагается источник отверждения / сушки, при этом изделия перемещаются через печь или камеру конвейером. Блок отверждения / сушки опционально связан с вентилятором или воздуходувкой для охлаждения изделия воздухом. Предпочтительное устройство может далее содержать второй(-ую) резервуар или ванну покрывающего материала, вторую жидкостную направляющую и(или) второй блок отверждения / сушки, либо при обеспечении второго покрытия могут использоваться один или более компонентов первой потоковой покрывающей системы. Предпочтительное устройство может опционально включать в себя один или более каплеудалителей, размещённых между резервуаром или ванной покрытия и блоком отверждения / сушки или в любом другом месте перед блоком отверждения / сушки.

В одном варианте осуществления предпочтительное устройство включает в себя средство для ввода изделия в систему; покрытие изделия посредством погружения, напыления или потока; опционально удаление избыточного материала; сушка или отверждение; опционально охлаждение, во время и (или) после сушки / отверждения, и выведение из системы. В одном варианте осуществления устройство является единой объединённой обрабатывающей линией, которая содержит множество станций, при этом каждая станция покрывает изделие, тем самым производя изделие со множеством покрытий. В другом варианте осуществления система является модульной, при этом каждая обрабатывающая линия автономна со способностью передавать другой линии, тем самым обеспечивая единственное или множественные покрытия в зависимости от того, сколько модулей соединены, таким образом обеспечивая максимальную гибкость обработки.

В соответствии с одним вариантом осуществления обеспечивается многослойное изделие, содержащее: подложку и хотя бы один слой, содержащий покрывающий материал из термопластической эпоксидной смолы, размещённый на по меньшей мере части упомянутой подложки, чтобы формировать покрытое изделие, при этом покрытое изделие предпочтительно не проявляет практически никакого помутнения или побеления, когда оно погружено в воду или иным образом непосредственно подвергнуто действию воды. В предпочтительных вариантах осуществления такие изделия также не проявляют практически никакого помутнения или побеления, когда они подвергнуты высокой влажности, в том числе влажности приблизительно 70% или выше. Такая экспозиция или погружение в воду или высокую влажность могут происходить в течение нескольких часов или дольше, в том числе приблизительно 6 часов, 12 часов, 24 часа, 48 часов, и дольше и (или) могут происходить при температурах вблизи комнатной температуры и при пониженных температурах. В одном варианте осуществления покрытые изделия не проявляют практически никакого помутнения или побеления, когда погружены или иным образом подвержены действию воды при температуре приблизительно от 0°С до 30°С, в том числе приблизительно 5°С, 10°С, 15°С, 20°С, 22°С и 25°С приблизительно 24 часа. В предпочтительных вариантах осуществления подложка содержит полимерный материал, предпочтительно термопластический материал, выбранный из группы, состоящей из полиэфира, полипропилена, полиэтилена, поликарбоната, полиамидов и акрилов. В вариантах осуществления, в которых изделие является заготовкой или бутылкой, имеющей туловищную часть и горловинную часть, покрытие предпочтительно наносится практически только на туловищную часть заготовки. В предпочтительном варианте осуществления на изделии располагаются один или более дополнительных покрывающих слоев. В таких трёх- или более слойных вариантах осуществления предпочтительно нет практически никакого различия между покрывающими слоями и(или) один или более дополнительных слоев содержат термопластические материалы. Покрывающий(-е) слой(-и) могут содержать одну или более следующих характеристик в предпочтительных вариантах осуществления: барьерная защита от газов, защита от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению, стойкость к химическим воздействиям.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления производится многослойная ёмкость, предпочтительно заготовка или бутылка, имеющая туловищную часть и горловинную часть. Предпочтительно ёмкость, заготовка или бутылка, содержит подложку из термопластического материала и один или более слоев покрывающего материала из термопластической смолы. Предпочтительно этот термопластический материал подложки выбирается из группы, состоящей из полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов. Предпочтительно покрывающие слои содержат одну или более следующих характеристик: барьерная защита от газов, защита от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению, стойкость к химическим воздействиям. Предпочтительно покрытие размещается практически только на туловищной части заготовки. Кроме того, готовое изделие предпочтительно не имеет практически никакого различия между слоями.

В предпочтительном варианте осуществления покрытое изделие или ёмкость, сформированная из покрытой заготовки, не проявляет практически никакого помутнения или побеления, когда оно подвергнуто действию воды или высокой влажности при комнатной температуре или пониженных либо повышенных температурах (по отношению к комнатной температуре) на срок в несколько часов или дольше. В одном варианте осуществления покрытое изделие или ёмкость не проявляет практически никакого помутнения, когда оно погружено в воду или иным образом непосредственно подвергнуто действию воды. В связанных вариантах осуществления инфракрасное нагревание заменяется отверждением пламенем, газовыми нагревателями, обработкой электронным лучом или ультрафиолетовым излучением, опционально сопровождаемым или объединённым с охлаждением воздухом.

Все эти варианты осуществления предназначены, чтобы быть в пределах объёма изобретения, раскрытого здесь. Эти и другие варианты осуществления существующих изобретений станут сразу очевидными специалистам из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на приложенные чертежи, при этом изобретение не ограничивается какими-либо раскрытыми частными предпочтительными вариантами осуществления.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой непокрытую заготовку, которая используется в качестве начального материала для предпочтительных вариантов осуществления.

Фиг.2 является сечением предпочтительной непокрытой заготовки того типа, который покрывается в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления.

Фиг.3 является сечением одного предпочтительного варианта осуществления покрытой заготовки.

Фиг.4 является увеличенной частью участка стенки покрытой заготовки.

Фиг.5 является сечением другого варианта выполнения покрытой заготовки.

Фиг.6 является сечением предпочтительной заготовки в полости устройства выдувного формования того типа, которое можно использовать, чтобы изготовить предпочтительную покрытую ёмкость по варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.7 представляет собой покрытую ёмкость, подготовленную в соответствии со способом выдувного формования.

Фиг.8 является сечением одного предпочтительного варианта осуществления покрытой ёмкости, имеющей признаки в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.9 представляет собой трёхслойный вариант осуществления заготовки.

Фиг.10 является неограничивающей блок-схемой алгоритма, которая иллюстрирует предпочтительный способ.

Фиг.11 является неограничивающей блок-схемой алгоритма одного варианта осуществления предпочтительного способа, в котором система содержит единственный покрывающий блок.

Фиг.12 является неограничивающей блок-схемой алгоритма предпочтительного способа, в котором система содержит множество покрывающих блоков в одной объединённой системе.

Фиг.13 является неограничивающей блок-схемой алгоритма предпочтительного процесса, в котором система содержит множество покрывающих блоков в модульной системе.

Фиг.14 представляет собой неограничивающий вид сверху одного варианта осуществления предпочтительного способа, в котором система содержит единственный покрывающий блок.

Фиг.15 является неограничивающим видом спереди одного варианта осуществления предпочтительного способа, в котором система содержит единственный покрывающий блок.

Фиг.16 является неограничивающим сечением одного варианта осуществления предпочтительного способа, в котором система содержит единственный покрывающий блок.

Фиг.17А и 17В изображают неограничивающие виды одного варианта осуществления предпочтительного блока инфракрасной сушки / отверждения.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

А. Общее описание предпочтительных вариантов осуществления

Здесь описываются теперь способы и устройства для покрытия изделий, содержащих один или более слоев. Эти слои могут содержать термопластические материалы с хорошими характеристиками барьера для газов, а также слои или добавки, которые обеспечивают защиту от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению, стойкость к химическим воздействиям, и (или) активные свойства, такие как удаление O₂ или CO₂.

Как предполагается в настоящее время, один вариант осуществления покрытого изделия представляет собой заготовку того типа, который используется для ёмкостей напитков. Альтернативно, варианты осуществления покрытых изделий по настоящему изобретению могут принимать форму сосудов, тюбиков, лотков, бутылок для хранения жидких пищевых продуктов, медицинских продуктов или иных продуктов, чувствительных к воздействию газа. Однако, ради простоты, эти варианты осуществления будут описываться здесь прежде всего как изделия или заготовки.

Кроме того, описанные здесь изделия могут описываться определенно в отношении конкретной подложки, полиэтилен терефталата (ПЭТ), но предпочтительные способы применимы ко многим другим термопластическим смолам полиэфирного типа. Как используется здесь, термин «подложка» является широким термином, используемым в его обыкновенном смысле и включает в себя варианты осуществления, где «подложка» относится к материалу, использованному для формирования базового изделия, которое покрывается. Другие пригодные подложки изделий включают в себя – но не ограничиваются ими – различные полимеры, такие как полиэфиры, полиолефины, в том числе полипропилен и полиэтилен, поликарбонат, полиамиды, в том числе нейлоны, или акрилы. Эти материалы подложки могут использоваться в одиночку или вместе друг с другом. Более конкретные примеры подложек включают в себя – но не ограничиваются ими – полиэтилен 2,6- и 1,5-нафталат (ПЭН) (PEN), PETG, политетраметилен 1,2-диоксибензоат и сополимеры этилен терефталата и этилен изофталата.

В одном варианте осуществления ПЭТ используется в качестве полиэфирной подложки, которая покрывается. Как используется здесь, «ПЭТ» включает в себя – но не ограничивается ими – модифицированный ПЭТ, а также ПЭТ, смешанный с другими материалами. Одним примером модифицированного ПЭТ является «ПЭТ с высоким содержанием изофталиевой кислоты (ИФК) (isophthalic acid – IPA)» или ИФК-модифицированный ПЭТ. Термин «ПЭТ с высоким содержанием ИФК» относится к ПЭТ, в котором содержание ИФК предпочтительно больше, чем приблизительно 2% по весу, в том числе приблизительно 2-10% ИФК по весу.

В предпочтительных способах применяются один или более слоев покрывающего материала. Эти слои могут содержать барьерные слои, слои защиты от ультрафиолетового излучения, слои удаления кислорода, слои удаления углекислого газа и другие слои, как необходимо для конкретного применения. Как используется здесь, термины «барьерный материал», «барьерная смола» и тому подобные являются широкими терминами и используются в их обыкновенном смысле и относятся без ограничения к материалам, которые при использовании для покрытия изделий предпочтительно хорошо прилипают к подложке изделия и имеют более низкую проницаемость к кислороду и углекислому газу, чем подложка изделия. Как используется здесь, термины «защита от ультрафиолетового излучения» и тому подобное являются широкими терминами и используются в их обыкновенном смысле и относятся без ограничения к материалам, которые при использовании для покрытия изделий предпочтительно хорошо прилипают к подложке изделия и имеют более высокий коэффициент поглощения, чем подложка изделия. Как используется здесь, термины «удаление кислорода» и тому подобные являются широкими терминами и используются в их обыкновенном смысле и относятся без ограничения к материалам, которые при использовании для покрытия изделий предпочтительно хорошо прилипают к подложке изделия и имеют более высокий коэффициент поглощения кислорода, чем подложка изделия. Как используется здесь, термины «удаление углекислого газа» и тому подобные являются широкими терминами и используются в их обыкновенном смысле и относятся без ограничения к материалам, которые при использовании для покрытия изделий предпочтительно хорошо прилипают к подложке изделия и имеют более высокий коэффициент поглощения углекислого газа, чем подложка изделия. Как используется здесь, термины «поперечная связь», «сшитые» и тому подобные являются широкими терминами и используются в их обыкновенном смысле и относятся без ограничения к материалам и покрытиям, которые изменяются по степени от очень малой степени сшивания до и включая полностью сшитые (перекрестными связями) материалы типа термоусадочной эпоксидной смолы. Степень сшивания может регулироваться, чтобы обеспечить подходящую степень химического или механического сопротивления неправильному обращению для частных обстоятельств.

Когда выбран пригодный покрывающий материал, необходимы устройство и способ для коммерческого производства покрытого изделия. Один такой способ и устройство описаны ниже.

Предпочтительные способы обеспечиваются для покрытия, подлежащего размещению на изделии, конкретно на заготовке, которая позже выдувается в бутылку. Такие способы во многих случаях являются предпочтительными для размещения покрытий на самих бутылках. Заготовки меньше по размеру и более регулярной формы, чем ёмкости, выдуваемые из них, делая более простым получение ровного и регулярного покрытия. Кроме того, бутылки и ёмкости изменяющихся форм и размеров могут быть сделаны из заготовок сходного размера и формы. Таким образом, одни и те же оборудование и обработка могут использоваться, чтобы покрывать заготовки для формирования несколько различных типов ёмкостей. Выдувное формование может иметь место сразу после прессования и покрытия, или же заготовки могут быть сделаны и храниться для последующего выдувного формования. Если заготовки хранятся до выдувного формования, их меньший размер позволяет им занимать меньшее количество пространства при хранении. Даже хотя часто предпочтительно формировать ёмкости из покрытых заготовок, ёмкости также могут покрываться.

Способ выдувного формования представляет несколько проблем. Один шаг, где возникают наибольшие трудности, имеет место в течение процесса выдувного формования, где ёмкость формируется из заготовки. В течение этого процесса могут появляться такие дефекты, как расслаивание слоев, раскалывание или растрескивание покрытия, неровная толщина покрытия и прерывистое покрытие или пустоты. Эти трудности можно преодолеть использованием подходящих покрывающих материалов и покрытия заготовок способом, который обеспечивает хорошее слипание между слоями.

Таким образом, предпочтительные варианты осуществления содержат соответствующие покрывающие материалы. Когда используется подходящий покрывающий материал, покрытие приклеивается прямо к заготовке без какого-либо значительного расслаивания и будет продолжать приклеиваться, т.к. заготовка формуется выдуванием в бутылки и после этого. Использование подходящего покрывающего материала также помогает уменьшать область распространения косметических и структурных дефектов, которые могут возникать из сформированных выдуванием ёмкостей, как описано выше.

Одна общая проблема, обнаруженная в изделиях, сформированных с помощью покрывающих растворов или дисперсных составов, состоит в «помутнении» или побелении, когда изделие погружается (что включает в себя и частичное погружение) или подвергается непосредственному действию воды или высокой влажности (что включает в себя приблизительно при 70% относительной влажности или выше). В предпочтительных вариантах осуществления изделия, раскрытые здесь, и изделия, произведенные способами, раскрытыми здесь, проявляют минимальное или практически никакого помутнения или побеления, когда они погружаются или иным образом подвергаются непосредственному действию воды или высокой влажности. Такое воздействие может происходить в течение нескольких часов или дольше, в том числе приблизительно 6 часов, 12 часов, 24 часа, 48 часов и дольше, и (или) может происходить при температурах вблизи комнатной температуры и при пониженных температурах, какие были бы при помещении изделия в холодильнике, содержащем лёд или ледяную воду. Воздействие может также происходить при повышенной температуре, такой как повышенная температура, в общем случае не включающая в себя температуры, достаточно высокие для того, чтобы вызвать заметное размягчение материалов, которые формируют ёмкость или покрытие, в том числе температуры, приближающиеся к Tg материалов. В одном варианте осуществления покрытые изделия не проявляют практически никакого помутнения или побеления при погружении или ином непосредственном воздействии воды при температуре приблизительно от 0°С до 30°С, в том числе приблизительно 5°С, 10°С, 15°С, 20°С, 22°С и 25°С на приблизительно 24 часа. Представляется, что способ, использованный для отверждения или сушки покрывающих слоев, воздействует на сопротивление помутнению изделий.

В. Подробное описание чертежей

На фиг.1 изображена предпочтительная непокрытая заготовка. Эта заготовка предпочтительно изготавливается из одобренного FDA материала, такого как чистый ПЭТ, и может быть любой из широкого разнообразия форм и размеров. Заготовка, показанная на фиг.1, представляет собой 24-граммовую заготовку того типа, который будет формировать 16-унцевую бутылку газированного напитка, но, как будет понятно специалистам, могут использоваться и другие конфигурации заготовки в зависимости от желательной конфигурации, характеристик и использования конечного изделия. Непокрытая заготовка 1 может быть изготовлена литьём под давлением, как известно в технике, или иными подходящими способами.

На фиг.2 изображено сечение предпочтительной непокрытой заготовки 1 по фиг.1. Непокрытая заготовка 1 имеет горловинную часть 2 и туловищную часть 4. Горловинная часть 2, называемая также горловинным окончанием, начинается в отверстии 18 вовнутрь заготовки 1 и проходит до поддерживающего кольца 6 и включает его. Горловина 2 далее характеризуется наличием резьбы 8, которая обеспечивает способ закрепить крышку для бутылки, произведённой из заготовки 1. Туловищная часть 4 представляет собой удлинённую и сформированную в виде цилиндра конструкцию, отходящую вниз от горловины 2 и завершающуюся закруглённым концевым колпачком 10. Толщина заготовки 12 будет зависеть от полной длины заготовки 1 и толщины стенки и полного размера результирующей ёмкости. Следует отметить, что поскольку здесь используются термины «горловина» и «туловище», в ёмкости, которая в разговорном виде называется «длинногорлой» ёмкостью, удлинённая часть точно под поддерживающим кольцом, резьбой и (или) краем, где прикрепляется крышка, считалась бы частью «туловища» ёмкости, а не частью «горловины».

На фиг.3 изображено сечение одного типа покрытой заготовки 20, имеющей признаки в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления. Покрытая заготовка 20 имеет горловинную часть 2 и туловищную часть 4, как и в непокрытой заготовке 1 на фиг.1 и 2. Покрывающий слой 22 размещается вокруг всей поверхности туловищной части 4, заканчиваясь на нижней стороне поддерживающего кольца 6. Покрывающий слой 22 в варианте осуществления, показанном на чертеже, не доходит до горловинной части 2 и не присутствует на внутренней поверхности 16 заготовки, которая предпочтительно изготовлена из одобренного FDA материала, такого как ПЭТ. Покрывающий слой 22 может содержать один слой единственного материала, один слой из нескольких объединённых материалов или несколько слоев, по меньшей мере, из двух материалов. Полная толщина 26 из заготовки равна толщине начальной заготовки плюс толщина 24 покрывающего слоя или слоев и зависит от полного размера и желательной толщины покрытия результирующей ёмкости.

Фиг.4 является увеличением сечения стенки заготовки, показывающим состав покрывающих слоев в одном варианте осуществления заготовки. Слой 110 является слоем подложки заготовки, в то время как слой 112 содержит покрывающие слои заготовки. Внешний покрывающий слой 116 содержит один или более слоев материала, в то время как слой 114 содержит внутренний покрывающий слой. В предпочтительных вариантах осуществления могут быть одни или более внешних покрывающих слоев. Как показано здесь, покрытая заготовка имеет один внутренней покрывающий слой и два внешних покрывающих слоя. Не все заготовки по фиг.4 будут этого типа.

На фиг.5 показан в сечении другой вариант осуществления покрытой заготовки 25. Основная разница между покрытой заготовкой 25 и покрытой заготовкой 20 на фиг.3 состоит в том, что покрывающий слой 22 расположен на поддерживающем кольце 6 горловинной части 2, а также на туловищной части 4. Предпочтительно любое покрытие, которое расположено особенно на верхней поверхности или над поддерживающим кольцом 6, изготавливается из одобренного FDA материала типа ПЭТ.

Покрытые заготовки и ёмкости могут иметь слои, которые имеют широкое разнообразие относительных толщин. Ввиду настоящего раскрытия толщина данного слоя и полной заготовки или ёмкости, в данной ли точке или по всей ёмкости, может быть выбрана, чтобы приспособить процесс покрытия или частное конечное использование для ёмкости. Кроме того, как обсуждено выше в отношении покрывающего слоя на фиг.3, покрывающий слой в раскрытых здесь вариантах осуществления заготовки и ёмкости может содержать единственный материал, слой из нескольких объединенных материалов или несколько слоев из, по меньшей мере, двух или более материалов.

После того, как покрытая заготовка, такая как изображена на фиг.3, приготовлена способом и устройством, такими как те, что обсуждаются подробно ниже, она подвергается растягиванию способом выдувного формования. На фиг.6 в этом способе покрытая заготовка 20 размещается в форме 28, имеющей полость, соответствующая желательной форме ёмкости. Покрытая заготовка затем нагревается и расширяется растягиванием и воздухом, нагнетаемым внутрь заготовки 20, чтобы заполнить полость в форме 28, создавая покрытую ёмкость 30. Операция выдувного формования обычно ограничивается туловищной частью 4 заготовки, оставляя горловинную часть 2, включающую в себя резьбу, переносное кольцо и поддерживающее кольцо, в первоначальной конфигурации как в заготовке.

На фиг.7 раскрывается вариант осуществления покрытой ёмкости 40 в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, таким как тот, который мог бы быть изготовлен из выдувного формования покрытой заготовки 20 по фиг.3. Ёмкость 40 имеет горловинную часть 2 и туловищную часть 4, соответствующую горловинной и туловищной частям покрытой заготовки 20 по фиг.3. Горловинная часть 2 далее характеризуется наличием резьбы 8, которая обеспечивает способ прикрепить крышку на ёмкость.

Когда покрытая ёмкость 40 рассматривается в сечении, как на фиг.8, можно видеть конструкцию. Покрытие 42 покрывает внешнюю поверхность всей туловищной части 4 ёмкости 40, останавливаясь только под поддерживающим кольцом 6. Внутренняя поверхность 50 ёмкости, которая изготовлена из одобренного FDA материала, предпочтительно ПЭТ, остаётся непокрытой, так что только внутренняя поверхность 50 находится в контакте с упакованным продуктом, таким как напитки, пищевые продукты или лекарства. В одном предпочтительном варианте осуществления, который используется в качестве ёмкости для газированных напитков, 24-граммовая заготовка формуется выдуванием в 16-унцевую бутылку с покрытием в пределах от приблизительно 0,05 до приблизительно 0,75 граммов, включая приблизительно 0,1 до приблизительно 0,2 граммов.

На фиг.9 показывается предпочтительная трёхслойная заготовка 76. Этот вариант осуществления покрытой заготовки предпочтительно изготавливается путём размещения двух покрывающих слоев 80 и 82 на заготовке 1, такой как показано на фиг.1.

На фиг.10 показывается неограничивающая блок-схема алгоритма, которая иллюстрирует предпочтительные способ и устройство. Предпочтительные способ и устройство включают в себя введение изделия в систему 84, покрытие изделия 86 погружением, напылением или потоком, удаление избыточного материала 88, сушка / отверждение 90, охлаждение 92 и выведение из системы 94.

На фиг.11 показывается неограничивающая блок-схема алгоритма одного варианта осуществления предпочтительного способа, в которой система содержит единственный покрывающий блок А, такой как на фиг.10, который производит единственное покрытое изделие. Это изделие вводится в систему 84 перед покрывающим блоком и выводится из системы 94 после оставления покрывающего блока.

На фиг.12 показывается неограничивающая блок-схема алгоритма предпочтительного способа, в котором система содержит единственную объединённую производственную линию, которая содержит множество станций 100, 101, 102, при этом каждая станция покрывает и сушит или отверждает изделие, тем самым производя изделие со множеством покрытий. Изделие вводится в систему 84 перед первой станцией 100 и выходит из системы 94 после последней станции 102. Описанный здесь вариант осуществления иллюстрирует единственную объединённую производственную линию с тремя покрывающими блоками; понятно, что сюда включается также число покрывающих блоков выше или ниже.

На фиг.13 показывается неограничивающая блок-схема алгоритма одного варианта осуществления предпочтительного способа. В этом варианте осуществления система является модульной, где каждая производственная линия 107, 108, 109 является автономной со способностью передавать другой линии 103, тем самым обеспечивая единичные или множественные покрытия в зависимости от того, сколько модулей соединены, тем самым обеспечивая максимальную гибкость. Изделие сначала вводится в систему в одной из нескольких точек в системе 84 или 120. Изделие может вводиться в систему 84 и проходить через первый модуль 107, затем изделие может выходить из системы в 118 или продолжать в следующем модуле 108 через механизм 103 передачи, известный специалистам. Затем изделие вводится в следующий модуль 108 в точке 120. Изделие может затем продолжить в следующем модуле 109 или выйти из системы. Число модулей может меняться в зависимости от требуемых обстоятельств производства. Далее отдельные покрывающие блоки 104, 105, 106 могут содержать разные покрывающие материалы в зависимости от требований конкретной производственной линии. Взаимозаменяемость различных модулей и покрывающих блоков обеспечивает максимальную гибкость.

На фиг.14, 15 и 16 показаны чередующиеся виды неограничивающих схем одного варианта осуществления предпочтительного способа. В этом варианте осуществления показан вид сверху системы, содержащей единственный покрывающий потоком блок 86. Заготовка вводится в систему 84, а затем поступает в покрывающий потоком блок 86, при этом заготовка 1 проходит через каскад покрывающего материала. Этот покрывающий материал поступает из бака или чана 150 через зазор 155 в баке по наклонённой под углом направляющей 160 текучей среды, где он образует каскад (не показано), когда проходит на заготовки. Зазор 155 в баке может расширяться или сужаться, чтобы регулировать поток материала. Материал накачивается из резервуара (не показан) в чан или бак со скоростью, которая поддерживает уровень покрывающего материала над уровнем зазора 155. Выгодно, что эта конфигурация обеспечивает постоянный поток покрывающего материала. Излишек материала также демпфирует любые флюктуации вследствие цикличности насоса. Когда заготовка выходит из покрывающего каскада, избыточный материал стекает в резервуар 170 сбора материала. Коллектор покрывающего материала (не показан) принимает любой неиспользованный покрывающий каскад и возвращает этот материал назад в покрывающий бак или чан. Избыточный материал затем удаляется со дна заготовки 88. Заготовка затем движется к блоку 90 сушки / отверждения перед тем, как её удаляют из системы 94. Как показано здесь, заготовкам разрешается оставаться перед извлечением для охлаждения. Резервуар сбора и коллектор покрывающего материала предпочтительно опустошаются в резервуар, который питает бак или чан, чтобы позволить снизить потери из системы.

На фиг.17А и 17В показаны неограничивающие виды одного варианта осуществления предпочтительного блока 90 инфракрасной сушки / отверждения. Как показано на фиг.17А, блок 90 открытый. Стрелка на дне блока указывает, как этот блок закроется. С одной стороны производственной линии показан ряд из десяти ламп 200. Под заготовками показан расположенный под углом отражатель 210, который отражает тепло ко дну заготовок для более тщательного отверждения. Напротив ламп находится полупроводниковый отражатель 230, который отражает инфракрасное тепло назад к заготовкам, обеспечивая более тщательное и эффективное отверждение. Можно также использовать отражатели других форм и размеров.

На фиг.17В дано увеличенное сечение, детализирующее размещение ламп в одном варианте осуществления предпочтительного блока 90 инфракрасной сушки / отверждения. Лампы в этом варианте осуществления выполнены с возможностью регулирования 220 и могут передвигаться ближе или дальше от заготовки, обеспечивая максимальную гибкость сушки / отверждения.

Предпочтительные способ и устройство для изготовления покрытых изделий, конкретнее – заготовок, подробнее обсуждается ниже.

С. Физические характеристики предпочтительных покрывающих материалов

Нижеследующие физические характеристики описываются в терминах предпочтительного материала – ПЭТ. Однако специалисты поймут, что можно использовать и другие подходящие подложки, как упоминалось ранее.

Температура стеклования (Tg) представляет собой свойство, относящееся к переходу полимера из стекловидной формы в пластичную форму. В диапазоне температур выше его Tg материал станет достаточно мягким, чтобы позволить ему сразу течь, когда он подвергается внешней силе или давлению, но ещё не достаточно мягким, чтобы его вязкость была настолько низкой, чтобы он действовал как жидкость, а не как гибкое твёрдое тело. Температурный диапазон свыше Tg является предпочтительным температурным диапазоном для выполнения процесса выдувного формования, т.к. материал достаточно мягок, чтобы течь под действием воздуха, вдуваемого в заготовку, чтобы облегать форму, но не настолько мягок, чтобы разрушаться или становиться неровным в строении. Таким образом, когда материалы имеют одинаковые температуры стеклования, они имеют одинаковые предпочтительные температурные диапазоны выдувания, позволяя этим материалам обрабатываться совместно без ухудшения качества любого материала.

В способе выдувного формования для производства бутылки из заготовки эта заготовка нагревается до температуры слегка выше Tg материала заготовки, так что когда внутрь заготовки нагнетается воздух, она будет способна течь, чтобы заполнить форму, в которой она размещена. Если заготовку не нагреть в достаточной степени, материал заготовки будет слишком твёрд, чтобы течь должным образом, и будет, вероятно, ломаться, трескаться или не будет растягиваться, чтобы заполнить форму. Наоборот, если нагреть заготовку до температуры много выше Tg, материал, вероятно, станет настолько мягким, что он не будет способен удерживать свою форму, или кристаллизуется и будет обрабатываться ненадлежащим образом.

Если материал, который образует покрывающий слой, имеет Tg такую же, как и выбранный материал подложки, он будет иметь температурный диапазон выдувания такой же, как и подложки. Например, если заготовка ПЭТ покрывается таким материалом, температура выдувания может выбираться такой, которая позволяет обоим материалам обрабатываться в их предпочтительных температурных диапазонах выдувания. Если бы покрытие имело Tg, неодинаковую с ПЭТ, было бы трудно – если не невозможно – выбрать температуру выдувания, подходящую для обоих материалов. Когда покрывающие материалы содержит полимеры с Tg, одинаковой с ПЭТ (или выбранным материалом подложки), покрытая заготовка ведёт себя в процессе выдувного формования практически так, как если бы она была изготовлена из одного материала, расширяясь гладко и образуя косметически привлекательную ёмкость с равномерной толщиной и однородным покрытием материала, где он прикладывается.

Температура стеклования ПЭТ попадает в окно примерно 75-85°С в зависимости от того, как ПЭТ обработан ранее. Поэтому Tg для предпочтительных покрывающих материалов для покрытия ПЭТ предпочтительно попадает в диапазон от примерно 55 до примерно 140°С, более предпочтительно от примерно 90 до примерно 110°С, в том числе примерно 60, 65, 70, 80, 95, 100, 105, 115, 120 и 130. Следует отметить, что если покрытие прикладывается к ёмкости, такой как бутылка, важность Tg покрывающего материала в значительной степени уменьшается, потому что отсутствует необходимость выдувного формования.

Другим фактором, который влияет на характеристику покрытых заготовок в процессе выдувного формования, является состояние материала. Предпочтительно, чтобы покрывающие материалы были аморфными, а не кристаллическими. Это потому, что материалы в аморфном состоянии легче формовать в бутылки и ёмкости путём применения процесса выдувного формования, чем материалы в кристаллическом состоянии. ПЭТ может существовать как в кристаллическом, так и в аморфном видах. Однако в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предпочтительно, чтобы кристалличность ПЭТ была минимизирована, а аморфное состояние максимизировано для того, чтобы создать полукристаллическое состояние, что, помимо прочего, помогает межслойной адгезии и в процессе выдувного формования. В других вариантах осуществления, таких, как когда покрытое изделие представляет собой ёмкость, так что нет последующего выдувного формования, либо когда желательна кристалличность, как для ёмкостей горячего наполнения, наличие аморфных подложек и (или) покрытий не важно и может быть даже быть противопоказано.

Предпочтительные покрывающие материалы могут иметь сопротивление растяжению и сопротивление ползучести такие же, как у ПЭТ или выбранного материала подложки. Если так, они могут действовать в качестве структурных составляющих ёмкости, позволяя покрывающему материалу заменять некоторое количество полиэтилен терефталата в заготовке без принесения в жертву характеристик заготовки. Сходство в сопротивлении растяжению между ПЭТ и покрывающими материалами помогает ёмкости иметь структурную целостность, тогда как сходство в сопротивлении ползучести между ПЭТ и покрывающими материалами помогает ёмкости сохранять свою форму. Сопротивление ползучести относится к способности материала сопротивляться изменению его формы в ответ на приложенное усилие. Хотя некоторые предпочтительные варианты осуществления могут иметь покрытия, которые обеспечивают структурную целостность, другие предпочтительные варианты осуществления могут не иметь их.

Для применений, где важной является оптическая прозрачность, предпочтительные покрывающие материалы имеют коэффициент преломления такой же, как у ПЭТ или выбранного материала подложки. Когда коэффициент преломления ПЭТ и покрывающего материала одинаковы, заготовки и – возможно, ещё важнее – выдутые из них ёмкости оптически прозрачны и, тем самым, косметически привлекательны для использования в качестве ёмкостей для напитков, где часто желательна прозрачность бутылки. Если, однако, два материала имеют практически одинаковые коэффициенты преломления, когда они контактируют друг с другом, результирующая комбинация может иметь визуальные искажения и может быть мутной или непрозрачной в зависимости от степени различия в коэффициентах преломления материалов.

Полиэтилен терефталат имеет коэффициент преломления для видимого света в диапазоне от 1,40 до 1,75 в зависимости от его физической конфигурации. Когда из него сделаны заготовки, коэффициент преломления предпочтительно находится в диапазоне от примерно 1,55 до 1,75, а более предпочтительно – в диапазоне 1,55-1,65. После того, как из заготовки сделана бутылка, стенка конечного изделия может характеризоваться как плёнка с двухосной ориентацией, поскольку она подвергается как дуговому, так и осевому напряжениям в операции выдувного формования. ПЭТ с выдувным формованием в общем случае проявляет коэффициент преломления в диапазоне от примерно 1,40 до 1,75, обычно примерно 1,55-1,75 в зависимости от коэффициента растяжения в операции выдувного формования. Для относительно низких коэффициентов растяжения примерно 6:1 коэффициент преломления будет близок к нижнему концу, тогда как для высоких коэффициентов растяжения, примерно 10:1, коэффициент преломления будет ближе к верхнему концу вышеупомянутого диапазона. Понятно, что упомянутые здесь коэффициенты растяжения являются коэффициентами двухосного растяжения, следующими из и включающими в себя произведение коэффициента дугового растяжения и коэффициента осевого растяжения. Например, в операции выдувного формования, в которой конечная заготовка увеличивается в 2,5 раза в осевом направлении и в 3,5 раза диаметрально, коэффициент растяжения будет примерно 8,75 (2,5×3,5).

С помощью обозначения n_i для указания коэффициента преломления для ПЭТ и n_о для указания коэффициента преломления для покрывающего материала, отношение между значениями n_i и n_о предпочтительно равно 0,8-1,3, более предпочтительно 1,0-1,1. Как будет понятно специалистам, для отношения n_i/n_o=1 искажение из-за коэффициента преломления будет минимальным, потому что два этих коэффициента одинаковы. По мере того, однако, как это отношение постепенно меняется от единицы, искажение постепенно увеличивается.

D. Предпочтительные покрывающие материалы

В предпочтительном варианте осуществления покрывающие материалы содержат термопластические эпоксидные смолы (ТПЭ) (ТРЕ). Дальнейший предпочтительный вариант осуществления включает в себя «фенокси» полимеры, которые являются поднабором термопластических эпоксидных смол. Фенокси полимеры, как этот термин используется здесь, включают в себя широкое разнообразие материалов, в том числе те, которые обсуждаются в WO 99/20462. Дальнейшим поднабором фенокси полимеров, и термопластических эпоксидных смол, являются гидрокси феноксиэфир полимеры, из которых дальнейшим предпочтительным материалом являются сополимеры полигидроксиаминоэфира (ПГАЭ) (РНАЕ). См., к примеру, патенты США №6455116; 6180715; 6011111; 5834078; 5814373; 5464924; и 5275853; см. также заявки РСТ № WO 99/48962; WO 99/12995; WO 98/29491 и WO 98/14498.

Предпочтительно термопластические эпоксидные смолы, конкретнее – фенокси полимеры, используемые в качестве покрывающих материалов в настоящем изобретении, содержат один из следующих типов:

(1) гидрокси-функциональные поли(амидные эфиры), имеющие повторяющиеся единицы, представленные любой из формул Ia, Ib или Ic:

или

(2) поли(гидрокси амидные эфиры), имеющие повторяющиеся единицы, представленные независимо любой из формул IIa, IIb или IIc:

или

(3) амид- и гидроксиметил-функционализированные полиэфиры, имеющие повторяющиеся единицы, представленные формулой III:

(4) гидрокси-функциональные полиэфиры, имеющие повторяющиеся единицы, представленные формулой IV:

(5) гидрокси-функциональные поли(эфир сульфонамиды), имеющие повторяющиеся единицы, представленные формулами Va или Vb:

(6) поли(гидрокси сложные эфиры), имеющие повторяющиеся единицы, представленные формулой VI:

(7) гидрокси-феноксиэфир полимеры, имеющие повторяющиеся единицы, представленные формулой VII:

(8) поли(гидроксиамино эфиры), имеющие повторяющиеся единицы, представленные формулой VIII:

при этом каждый Ar по отдельности представляет двухвалентную ароматическую группу, замещённую двухвалентную ароматическую группу или гетероароматическую группу либо комбинацию различных двухвалентных ароматических групп, замещённых ароматических групп или гетероароматических групп; R является по отдельности водородом или одновалентной гидрокарбиловой группой; каждый Ar₁ является двухвалентной ароматической группой или комбинацией двухвалентных ароматических групп, несущих амидную или гидроксиметиловую группы; каждый Ar₂ является тем же самым или отличным от Ar и является по отдельности двухвалентной ароматической группой, замещённой двухвалентной ароматической группой или гетероароматической группой либо комбинацией различных двухвалентных ароматических групп, замещённых ароматических групп или гетероароматических групп; R₁ является по отдельности преобладающе гидрокарбиленовой группой, такой как двухвалентная ароматическая группа, замещённая двухвалентная ароматическая группа, двухвалентная гетероароматическая группа, двухвалентная алкиленовая группа, двухвалентная замещённая алкиленовая группа или двухвалентная гетероалкиленовая группа либо комбинация таких групп; R₂ является по отдельности одновалентной гидрокарбиловой группой; А является аминовой группой или комбинацией различных аминовых групп; Х является амином, арилендиокси-, арилендисульфинамидо- или арилендикарбоксигруппой или комбинацией таких групп, а AR₃ является «кардо» группой, представленной любой из следующих формул:

,

где Y является нулевой ковалентной связью или соединительной группой, причём подходящие соединительные группы включают в себя, к примеру, атом кислорода, атом серы, атом карбонила, сульфонильную группу или метиленовую группу либо аналогичное соединение; n есть целое число от примерно 10 до примерно 1000; х равно 0,01-1,0; у равно 0-0,5.

Термин «преобладающе гидрокарбиленовая» означает двухвалентный радикал, который является преобладающе углеводородом, но который опционально содержит малое количество гетероатомной группы, такой как кислород, сера, имино, сульфонил, сульфоксил и тому подобное.

Гидрокси-функциональные поли(амидные эфиры), представленные формулой I, предпочтительно приготавливаются контактированием N,N’-бис(гидроксифениламидо)алкана или арена с диглицидил эфиром, как описывается в патентах США №5089588 и 5143998.

Поли(гидрокси амидные эфиры), представленные формулой II, приготавливаются контактированием бис(гидроксифениламидо)алкана или арена либо комбинации двух или более этих составляющих, таких как N,N’-бис(3-гидроксифенил) адипамид или N,N’-бис(3-гидроксифенил) глютарамид, с эпигалогидрином, как описывается в патенте США №5134218.

Амид- и гидроксиметил-функционализированные полиэфиры, представленные формулой III, можно приготовить, например, реагированием диглицидиловых эфиров, таких как диглицидиловый эфир бифенола А, с дигидридным фенолом, имеющим боковые амидные, N-замещённые амидные и(или) гидроксиалкиловые группы, такие как 2,2-бис(4-гидроксифенил)ацетамид и 3,5-дигидроксибензамид. Эти полиэфиры и их приготовление описываются в патентах США №5115075 и 5218075.

Гидрокси-функциональные полиэфиры, представленные формулой IV, могут приготавливаться, например, путём разрешения диглицидиловому эфиру или комбинации диглицидиловых эфиров реагировать с двухосновным фенолом или комбинацией двухосновных фенолов с помощью способа, описанного в патенте США №5164472. Альтернативно, гидрокси-функциональные полиэфиры получаются путём разрешения двухосновному фенолу или комбинации двухосновных фенолов реагировать с эпигалогидрином посредством способа, описанного Reinking, Bamabeo и Hale в Journal of Applied Polymer Science, Vol.7, p.2135 (1963).

Гидрокси-функциональные поли(эфир сульфонамиды), представленные формулой V, приготавливаются, например, полимеризацией N,N’-диалкил или N,N’-диарилсульфонамида с диглицидиловым эфиром, как описывается в патенте США №5149768.

Поли(гидрокси сложные эфиры), представленные формулой VI, приготавливаются реагированием диглицидиловых эфиров алифатических или ароматических двойных кислот, таких как диглицидил терефталат, или диглицидиловых эфиров двухосновных фенолов с алифатическими или ароматическими двойными кислотами, такими как адипиновая кислота или изофталиевая кислота. Эти сложные полиэфиры описываются в патенте США №5171820.

Гидрокси-феноксиэфир полимеры, представленные формулой VII, приготавливаются, например, контактированием по меньшей мере одного динуклеофильного мономера с по меньшей мере одним диглицидиловым эфиром кардо бисфенола, таким как 9,9-бис(4-гидроксифенил)флюорен, фенолфталеин или фенолфталимидин либо замещённый кардо бисфенол, такой как замещённый бис(гидроксифенил)флюорен, замещённый фенолфталеин или замещённый фенолфталимидин, при условиях, достаточных для того, чтобы заставить нуклеофильные группы динуклеофильного мономера реагировать с эпоксидными группами для формирования полимерной основы, содержащей боковые гидроксигруппы и эфирные, имино, амино, сульфонамино или сложноэфирные связи. Эти гидрокси-феноксиэфир полимеры описываются в патенте США № 5184373.

Поли(гидроксиамино эфиры) («ПГАЭ» или полиэфирамины), представленные формулой VIII, приготавливаются контактированием одного или более диглицидиловых эфиров двухосновного фенола с амином, имеющим два аминовых водорода, при условиях, достаточных для того, чтобы заставить аминовые группы реагировать с эпоксидными группами для формирования полимерной основы, имеющей аминовые связи, эфирные связи и боковые гидроксильные группы. Эти составы описываются в патенте США №5275853. К примеру, полигидроксиаминоэфир сополимеры могут быть изготовлены из резорцин диглицидил эфира, гидрохинон диглицидил эфира, бисфенол А диглицидил эфира или их смеси.

Фенокси термопластики, коммерчески доступные от Phenoxy Associates, Inc. – PAPHEN 25068-38-6 как один пример – пригодны для использования в настоящем изобретении. Эти гидрокси-феноксиэфир полимеры являются продуктами реакции конденсации двухосновного полинуклеарного фенола, такого как бисфенол А, и эпигалогидрина и имеют повторяющиеся единицы, представленные формулой IV, где Ar является изопропилиден дифениленовой группой. Способ их приготовления описывается в патенте США №3305528, включённом сюда посредством ссылки во всей своей полноте.

В общем случае, предпочтительные ТПЭ (термопластические эластомерные) (ТРЕ), в том числе фенокси и ПГАЭ, покрывающие материалы образуют стойкие растворы или дисперсные составы на основе воды. Предпочтительно покрывающим свойствам этих растворов / дисперсных составов не наносится вред контактированием с водой. Предпочтительные покрывающие материалы находятся в диапазоне от примерно 10% твёрдых веществ до примерно 50% твёрдых веществ, в том числе 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40% и 45%, и диапазонах, охватывающих эти проценты. Предпочтительно используемый покрывающий материал растворяется или рассеивается в полярных растворах. Эти полярные растворы включают в себя – но не ограничиваются ими – воду, спирты и гликольные эфиры. См., к примеру, патенты США №6455116, 6180715 и 5834078, которые описывают некоторые предпочтительные ТПЭ растворы и (или) дисперсные составы.

Одним предпочтительным термопластическим эпоксидным покрывающим материалом является дисперсный состав или раствор полигидроксиаминоэфирного сополимера (ПГАЭ), представленного формулой VIII. Этот дисперсный состав или раствор при применении к ёмкости или заготовке значительно снижает коэффициент просачивания различных газов через стенки ёмкости предсказуемым и общеизвестным образом. Один дисперсный состав или сделанный из него латекс содержит 10-30% твёрдого вещества. Раствор / дисперсный состав ПГАЭ может быть приготовлен перемешиванием или иным взбалтыванием ПГАЭ в растворе воды с органической кислотой, предпочтительно уксусной или фосфорной кислотой, но также включая молочную, яблочную, лимонную или гликолевую кислоту и (или) их смеси. Эти растворы / дисперсные составы ПГАЭ включают в себя также соли органических кислот, произведённые реакцией полигидроксиаминоэфиров с этими кислотами.

Примерами подходящих ТПЭ растворов являются следующие ПГАЭ растворы. Одним подходящим материалом является экспериментальная барьерная смола BLOX®, например XU-19061.00, изготовленная с фосфорной кислотой, производимой Dow Chemical Corporation. Об этом конкретном ПГАЭ растворе говорится, что он имеет следующие типичные характеристики: 30% твёрдых веществ, удельный вес 1,30, рН 4, вязкость 24 сантипуаза (Brookfield, 60 об/мин, LVI, 22°С) и размер частиц между 1400 и 1800 ангстрем. Другие подходящие материалы включают в себя смолы BLOX® 599-29 на основе резорцина и имеют также предусмотренные превосходные результаты в качестве барьерного материала. Об этом конкретном растворе говорится, что он имеет следующие типичные характеристики: 30% твёрдых веществ, удельный вес 1,2, рН 4,0, вязкость 20 сантипуазов (Brookfield, 60 об/мин, LVI, 22°C) и размер частиц между 1500 и 2000 ангстрем. Могут демонстрировать полезность и другие разновидности полигидроксиаминоэфирной химии, такие как кристаллические варианты на основании гидрохинон диглицидилэфиров. Другие подходящие материалы включают в себя полигидроксиаминоэфирные растворы, производимые Imperial Chemical Industries («ICI», Огайо, США), конкретнее закодированные ЕХР 12468 и ЕХР 12468-4В, включающие материалы с поперечными связями, которые проявляют высокую стойкость к химическим воздействиям, низкое помутнение и низкое поверхностное натяжение. Другим подходящим раствором / дисперсным составом является патентованный материал, доступный от ICI, основанный на смоле BLOX® 5000, основные составляющие которого имеют такие коды ICI, как PXR-15700, E6039 и F3473. Этот материал проявляет хорошие поперечные связи, стойкость к химическим воздействиям и не проявляет избыточного вспенивания. Другие подходящие материалы включают в себя полуфабрикат раствора смолы BLOX® 5000, смолы серий BLOX® XUR 588-29, BLOX® 0000 и 4000. Растворители, используемые для растворения этих материалов, включают в себя – но не ограничиваются ими – полярные растворители, такие как спирты, вода, гликолевые эфиры или их смеси.

В одном варианте осуществления предпочтительные термопластические эпоксидные смолы являются растворимыми в водной кислоте. Полимерный раствор / дисперсный состав может приготавливаться перемешиванием или иным взбалтыванием термопластической эпоксидной смолы в растворе воды с органической кислотой, предпочтительно уксусной или фосфорной кислотой, но также включая молочную, яблочную, лимонную или гликолевую кислоту и (или) их смеси. В предпочтительном варианте осуществления концентрация кислоты в полимерном растворе находится предпочтительно в диапазоне примерно 5-20%, в том числе 5-10% по весу на основании полного веса. В других предпочтительных вариантах осуществления концентрация кислоты может быть ниже примерно 5% или выше примерно 20% и может меняться в зависимости от таких факторов, как тип полимера и его молекулярный вес. Количество растворённого полимера в предпочтительном варианте осуществления находится в диапазоне от примерно 0,1% до примерно 40%. Предпочтительным является равномерный и свободно текущий полимерный раствор. В одном варианте осуществления 10%-ный полимерный раствор приготавливается растворением полимера в 10%-ном уксуснокислом растворе при 90°С. Затем всё ещё горячий раствор разводится 20% дистиллированной воды, чтобы получить 8%-ный полимерный раствор. При более высоких концентрациях полимера полимерный раствор стремится быть более вязким.

Примеры предпочтительных сополимерных покрывающих материалов и способ их приготовления описывается в патенте США №4578295 на имя Jabarin. Они в общем случае приготавливаются нагреванием смеси из по меньшей мере одного реагента, выбранного из изофталиевой кислоты, терефталиевой кислоты и их C₁-C₄алкил сложных эфиров с 1,3 бис(2-гидроксиэтокси)бензолом и этилен гликолем. Опционально эта смесь может далее содержать один или более формирующий сложный эфир дигидрокси углеводород и (или) бис(4-{-гидроксиэтоксифенил)сульфон. Особенно предпочтительные сополимерные покрывающие материалы доступны от Mitsui Petrochemical Ind. Ltd. (Япония), как В-010, В-030 и другие из этого семейства.

Примеры предпочтительных полиамидных покрывающих материалов включают в себя MXD-6 от Mitsubishi Gas Chemical (Япония). Другими предпочтительными полиамидными покрывающими материалами являются смеси полиамида и полиэфира, в том числе содержащие примерно 1-10% полиэфира по весу, где полиэфиром предпочтительно является ПЭТ или модифицированный ПЭТ. Эти смеси могут быть обычными смесями или могут быть совместимыми с антиоксидантом или иным материалом. Примеры таких материалов включают в себя те, которые описываются в заявке на патент США №10395899, поданной 21 марта 2003 года, которая включена сюда посредством ссылки во всей своей полноте. Полиамидные материалы могут также использоваться в качестве материалов подложки.

Другие предпочтительные покрывающие материалы включают в себя полиэтилен нафталат (ПЭН) (PEN), сополиэфир ПЭН и смеси ПЭТ/ПЭН. ПЭН материалы можно купить от Shell Chemical Company.

Е. Добавки для улучшения покрывающих материалов

Преимущества раскрытых здесь предпочтительных способов состоят в их гибкости, позволяющей использовать множество функциональных добавок. Можно использовать добавки, известные специалистам за их способность обеспечивать усиленные свойства барьеров для CO₂, барьеров для O₂, защиты от ультрафиолетового излучения, стойкости к истиранию, сопротивлению к помутнению, ударной прочности и(или) стойкостью к химическим воздействиям.

Предпочтительные добавки могут приготавливаться способами, известными специалистам. Например, добавки можно смешивать непосредственно с конкретным покрывающим раствором / дисперсным составом, их можно растворить-размешать отдельно, а затем добавить в конкретный раствор / дисперсный состав, или их можно комбинировать с конкретным покрытием до добавления растворителя, который образует раствор / дисперсный состав. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления предпочтительные добавки можно использовать в одиночку как единственный покрывающий слой.

В предпочтительных вариантах осуществления барьерные свойства покрывающего слоя могут быть усилены добавлением различных добавок. Добавки предпочтительно присутствуют в количестве до примерно 40% от покрывающего раствора / дисперсного состава, включая также до примерно 30%, 20%, 10%, 5% и 1% от покрывающего раствора / дисперсного состава. Далее добавки являются предпочтительно стойкими в водных условиях. Например, производные резорцина (m-дигидроксибензол) можно использовать в сочетании с покрывающими материалами. Чем выше содержание резорцина, тем сильнее барьерные свойства покрытия. Другой добавкой, которую можно использовать, являются наночастицы или наночастичные материалы. Эти наночастицы представляют собой мелкие частички материалов, которые усиливают барьерные свойства материала путём создания более извилистого тракта для миграции кислорода или двуокиси углерода. Одним предпочтительным типом наночастичного материала является микрочастичный продукт на основе глины, доступный от Southern Clay Products.

В предпочтительных вариантах осуществления защитные от ультрафиолетового излучения свойства покрытия можно усилить добавлением различных добавок. В предпочтительном варианте осуществления используемый защитный от ультрафиолетового излучения покрывающий материал обеспечивает защиту от ультрафиолетового излучения до примерно 350 нм или меньше, предпочтительно примерно 370 нм или меньше, более предпочтительно примерно 400 нм или меньше. Защитный от ультрафиолетового излучения материал может использоваться как добавка со слоями, обеспечивающими дополнительные функции или наложенными отдельно в качестве единственного покрытия. Предпочтительно добавки, обеспечивающие усиленную защиту от ультрафиолетового излучения, присутствуют в покрывающем растворе / дисперсном составе от примерно 1 до 20%, но также включая и примерно 3%, 5%, 10% и 15%. Предпочтительно защитный от ультрафиолетового излучения материал добавляется в виде, который совместим с растворами / дисперсными составами на водной основе. Например, предпочтительным защитным от ультрафиолетового излучения материалом является прозрачный экран Milliken UV390A. UV390A представляет собой масляную жидкость, для которой смешивание сначала ускоряется смешением с водой, предпочтительно в приблизительно равных частях по объёму. Затем смесь добавляется к ТПЭ раствору, к примеру, BLOX® 599-29, и взбалтывается. Результирующий раствор содержит примерно 10% UV390A и обеспечивает защиту от ультрафиолетового излучения до 400 нм при приложении к ПЭТ заготовке. Как описывалось ранее, в другом варианте осуществления раствор UV390A накладывается в качестве единственного покрытия.

В предпочтительных вариантах осуществления к покрытию можно добавить свойства удаления CO₂. В одном предпочтительном варианте осуществления такие свойства достигаются включением активного амина, который будет реагировать с СО₂, образуя соль с высоким свойством барьера для газа. Эта соль будет затем действовать как пассивный барьер для СО₂. Активный амин может быть добавкой, или он может быть одной или более группами в термопластическом смоляном материале одного или более слоев.

В предпочтительных вариантах осуществления к покрытию можно добавить свойства удаления O₂ включением сборщиков O₂, таких как антрохинон и иные известные в технике. В других вариантах осуществления эти сборщики О₂ могут также использоваться в одиночку в качестве единственного покрытия. Эти собирающие О₂ материалы должны сначала активироваться ультрафиолетовым излучением, что можно сделать перед процессом сушки / отверждения.

В другом предпочтительном варианте осуществления верхнее покрытие накладывается для обеспечения стойкости к химическим воздействиям более сильных химикатов. Предпочтительно эти верхние покрытия являются полиэфирами или акрилами на водной основе, которые опционально являются частично или полностью материалами с поперечными связями. Предпочтительный полиэфир на водной основе является полиэтилен терефталатом, однако и другие полиэфиры также могут использоваться. Предпочтительным акрилом на водной основе является карбоксиловый латекс ICI PXR 14100.

Предпочтительная полиэфирная смола на водной основе описывается в патенте США №4977191 (Salsman), включённом сюда посредством ссылки. Конкретнее, патент США №4977191 описывает полиэфирную смолу на водной основе, содержащую продукт реакции из 20-50% по весу пустого терефталатного полимера, 10-40% по весу по меньшей мере одного гликоля и 5-25% по весу по меньшей мере одного оксиалкилированного полиоля.

Другим предпочтительным полимером на водной основе является композиция сульфонированной полиэфирной смолы на водной основе, как описывается в патенте США №5281630 (Salsman), включённом сюда посредством ссылки. Конкретно, патент США №5281630 описывает водную суспензию сульфонированной растворимой в воде или разводимой в воде полиэфирной смолы, содержащей продукт реакции из 20-50% по весу терефталатного полимера, 10-40% по весу, по меньшей мере, одного гликоля и 5-25% по весу, по меньшей мере, одного оксиалкилированного полиоля, чтобы получить преполимерную смолу, имеющую гидроксиалкиловую функцию, где преполимерная смола реагирует далее с примерно 0,10 моль до примерно 0,50 моль альфа, бета-этиленно ненасыщенной дикарбоксиловой кислоты на 100 г преполимерной смолы, и тем самым произведённая смола, завершённая остатком альфа, бета-этиленно ненасыщенной дикарбоксиловой кислоты, реагирует с примерно 0,5 моль до 1,5 моль сульфита на моль остатка альфа, бета-этиленно ненасыщенной дикарбоксиловой кислоты для получения сульфонатно-завершённой смолы.

Ещё один предпочтительный полимер на водной основе является покрытием, описанным в патенте США №5726277 (Salsman), включённом сюда посредством ссылки. Конкретно, патент США №5726277 описывает покрывающие композиции, содержащие продукт реакции из, по меньшей мере, 50% по весу пустого терефталатного полимера и смеси гликолей, включающих в себя оксиалкилированный полиол в присутствии катализатора гликолиза, при этом продукт реакции далее реагирует с двухфункциональной органической кислотой, а весовое отношение кислоты к гликолям находится в диапазоне от 6:1 до 1:2.

Хотя вышеприведённые примеры предоставляются в качестве предпочтительных покрывающих композиций полимера на водной основе, другие полимеры на водной основе пригодны для использования в описанных здесь продуктах и способах. Только в качестве примера, а не подразумевая ограничения, дальнейшие пригодные композиции на водной основе описываются в патенте США №4104222 (Date, et al.), включённом сюда посредством ссылки. Патент США №4104222 описывает дисперсный состав линейной полиэфирной смолы, полученный смешиванием линейной полиэфирной смолы с поверхностно-активным агентом типа добавления окисла более высокого спирта-этилена, плавлением этой смеси и разведением результирующего расплава наливанием его в водный раствор щёлочи при перемешивании. Конкретно, этот дисперсный состав получается смешиванием линейной полиэфирной смолы с поверхностно-активным агентом типа окисла более высокого спирта-этилена, плавлением этой смеси и разведением результирующего расплава наливанием его в водный раствор алканоламина при перемешивании при температуре 70-95°С, причём упомянутый алканоламин выбирается из группы, состоящей из моноэтаноламина, диэтаноламина, триэтаноламина, монометилэтаноламина, моноэтилэтаноламина, диэтилэтаноламина, пропаноламина, бутаноламина, пентаноламина, N-фенилэтаноламина и алканоламина глицерина, причём упомянутый алканоламин присутствует в водном растворе в количестве от 0,2 до 5 весовых процентов, упомянутый поверхностно-активный агент типа добавления окисла более высокого спирта-этилена является продуктом добавления окисла этилена более высокого спирта, имеющего алкиловую группу из по меньшей мере 8 атомов углерода, алкил-замещённый фенол или сорбитан моноалкилат, и при этом упомянутый поверхностно-активный агент имеет значение HLB, по меньшей мере, 12.

Аналогично, в качестве примера, патент США №4528321 (Allen) раскрывает дисперсный состав в не смешивающейся с водой жидкости растворимых в воде или набухающих в воде полимерных частиц и который производится обратной фазой полимеризации в не смешивающейся с водой жидкости и который включает в себя неионный состав, выбранный из C_4-12алкилен гликоль моноэфиров, их С_1-4алканоатов, С_6-12полиалкилен гликоль моноэфиров и их С_1-4алканоатов.

Покрывающие материалы могут быть материалами с поперечными связями для усиления тепловой стойкости покрытий для применений горячего наполнения. Внутренние слои могут содержать материалы с низкими поперечными связями, тогда как внешние слои могут содержать материалы с высокими поперечными связями или иные пригодные комбинации. К примеру, внутреннее покрытие на поверхности ПЭТ может использовать материал без поперечных связей или с низкими поперечными связями, такой как BLOX® 599-29, а внешнее покрытие может использовать материал, такой как EXP 12466-4B, способный к поперечным связям, чтобы гарантировать максимальное слипание с ПЭТ. Подходящие добавки, способные к поперечным связям, могут добавляться к покрывающему слою. Подходящие поперечные линкеры могут выбираться в зависимости от химического состава и функций смолы, к которой они добавляются. Например, аминовые поперечные линкеры могут быть полезны для поперечных связей в смолах, содержащих эпоксидные группы. Предпочтительно, добавки для поперечных связей, если они присутствуют, присутствуют в количестве примерно от 1 до 10% покрывающего раствора / дисперсного состава, предпочтительно примерно 1-5%, включая также 2%, 3%, 4%, 6%, 7%, 8% и 9%.

В некоторых вариантах осуществления растворы или дисперсные составы покрывающих материалов образуют пену и (или) пузырьки, которые могут мешать процессу покрытия. Один путь избежать этой помехи состоит в том, чтобы добавить противо-пенные/пузырьковые агенты в покрывающий раствор / дисперсный состав. Подходящие противо-пенные/пузырьковые агенты включают в себя – но не ограничиваются ими – неионные поверхностно-активные вещества, основанные на окиси алкилена материалы, основанные на силоксане материалы и ионные поверхностно-активные вещества. Предпочтительно антипенные агенты, если они присутствуют, присутствуют в количестве от примерно 0,01% до примерно 0,3% покрывающего раствора / дисперсного состава, предпочтительно от примерно 0,01% до примерно 0,2%, но также включая и примерно 0,02%, 0,03%, 0,04%, 0,05%, 0,06%, 0,07%, 0,08%, 0,09%, 0,1%, 0,25% и диапазоны, охватывающие эти величины.

Преимуществом настоящего изобретения является способность манипулировать многими типами добавок и покрытий в системе с водной основой. Это делает настоящее изобретение лёгким для использования и экономичным по сравнению с другими системами. Например, поскольку настоящее изобретение имеет водную основу, нет необходимости в экстенсивных системах для манипулирования VOC, используемыми в других системах, таких как эпоксидные отверждаемые материалы. Кроме того, большинство растворителей могут контактировать с человеческой кожей без раздражения, обеспечивая лёгкость использования в производстве.

F. Предпочтительные изделия

В общем случае предпочтительные изделия здесь включают в себя заготовки или ёмкости, имеющие один или более покрывающих слоев. Покрывающий слой или слои предпочтительно обеспечивают некоторые функции, такие как барьерная защита, защита от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению, стойкость к химическим воздействиям, антимикробные свойства и тому подобное. Слои могут накладываться как множественные слои, причём каждый слой имеет одну или более функциональных характеристики, или в качестве единственного слоя, содержащего одну или более функциональных составляющих. Слои накладываются последовательно с каждым покрывающим слоем, высушиваемым / отверждаемым полностью или частично перед тем, как накладывается следующий покрывающий слой.

Предпочтительной подложкой является заготовка или ёмкость ПЭТ, как описывается выше. Однако могут также использоваться и иные материалы подложки. Другие пригодные материалы подложки включают в себя – но не ограничиваются ими – полиэфиры, полипропилен, полиэтилен, поликарбонат, полиамиды и акрилы.

К примеру, в одном многослойном изделии внутренний слой является грунтовочным слоем или покрытием основы, имеющим функциональные свойства для усиленного склеивания с ПЭТ, удаления О₂, сопротивления ультрафиолетовому излучению и пассивного барьера, а одно или более внешних покрытий обеспечивают пассивный барьер и сопротивление истиранию. В описаниях здесь в отношении покрывающих слоев внутренний принимается как находящийся ближе к подложке, а внешний принимается как находящийся ближе к внешней поверхности ёмкости. Любые слои между внутренним и внешним слоями в общем описываются как «промежуточные» или «средние». В других вариантах осуществления изделия с множеством покрытий содержат внутренний покрывающий слой, содержащий сборщик O₂, промежуточный активный защитный от ультрафиолетового излучения слой, за которым следует внешний слой из материала с частичными или высокими поперечными связями. В другом варианте осуществления заготовки со множеством покрытий содержат внутренний покрывающий слой, содержащий сборщик O₂, промежуточный слой сборщика CO₂, промежуточный активный защитный от ультрафиолетового излучения слой, за которым следует внешний слой из материала с частичными или высокими поперечными связями. Эти комбинации обеспечивают твёрдое покрытие с увеличенными поперечными связями, которое пригодно для газированных напитков, таких как пиво. В другом варианте осуществления, полезном для газированных мягких напитков, внутренний покрывающий слой является слоем защиты от ультрафиолетового излучения, за которым следует внешний слой из материала с поперечными связями. Хотя вышеуказанные варианты осуществления описаны в связи с конкретными напитками, они могут быть полезны для иных целей, и иные конфигурации слоев можно использовать для указанных напитков.

В связанном варианте осуществления конечное покрытие и сушка заготовки обеспечивают сопротивление истиранию для поверхности заготовки и законченной ёмкости в том, что раствор или дисперсный состав содержит разбавленный или взвешенный парафин или воск, агент скольжения, полисилан или полиэтилен низкомолекулярного веса, чтобы снизить поверхностное натяжение ёмкости.

G. Способы и устройства для приготовления покрытых изделий

Когда пригодные покрывающие материалы выбраны, заготовка предпочтительно покрывается таким образом, который способствует слипанию между двумя материалами. Хотя последующее обсуждение проводится в терминах заготовок, такое обсуждение не следует принимать как ограничивающее, то есть описанные способы и устройства могут применяться или адаптироваться для ёмкостей и иных изделий. В общем, склеивание между покрывающими материалами и подложкой заготовки увеличивается по мере того, как увеличивается поверхностная температура заготовки. Поэтому предпочтительно выполнять покрытие нагретой заготовки, хотя предпочтительные покрывающие материалы будут склеиваться с заготовкой при комнатной температуре.

Пластики в целом, а особенно заготовки ПЭТ, имеют статическое электричество, приводящее к тому, что заготовки притягивают пыль и быстро загрязняются. В предпочтительном варианте осуществления заготовки берутся прямо из машины литья под давлением и покрываются, пока они ещё тёплые. За счёт покрытия заготовок немедленно после того, как они удалены из машины литья под давлением, не только устраняется проблема пыли, но считается, что тёплые заготовки улучшают процесс покрытия. Однако допускаются также способы покрытия заготовок, которые хранятся перед покрытием. Предпочтительно заготовки практически чистые, однако очистка не является необходимой.

В предпочтительном варианте осуществления используется автоматизированная система. Предпочтительный способ включает в себя введение заготовки в систему, покрытие заготовки погружением, напылением или потоком, опциональное удаление избыточного материала, сушку / отверждение, охлаждение и извлечение из системы. Система может также опционально включать в себя шаг рециркуляции. В одном варианте осуществления устройство представляет собой единственную интегрированную производственную линию, которая содержит два или более блока покрытия погружением, потоком или напылением и два или более блока сушки / отверждения, которая вырабатывает заготовку со множеством покрытий. В другом варианте осуществления система содержит один или более покрывающих модулей. Каждый покрывающий модуль содержит автономную производственную линию с одним или более блоками покрытия погружением, потоком или напылением и один или более блоков сушки / отверждения. В зависимости от конфигурации модуля заготовка может принимать одно или более покрытий. Например, одна конфигурация может содержать три покрывающих модуля, в которой заготовка переносится от одного модуля к следующему, в другой конфигурации те же самые три модуля могут быть на месте, но заготовка переносится от первого к третьему модулю, перескакивая второй. Эта способность переключаться между различными модульными конфигурациями обеспечивает гибкость. В дальнейшем предпочтительном варианте осуществления либо модульная, либо интегрированная система может подключаться непосредственно к машине литья заготовок под давлением и (или) машине выдувного формования. Машина литься под давлением подготавливает заготовки для использования в настоящем изобретении.

Нижеследующее описывает предпочтительный вариант осуществления покрывающей системы, который полностью автоматизирован. Эта система описывается в терминах предпочтительных в настоящее время материалов, но понятно для специалиста, что некоторые параметры будут меняться в зависимости от используемых материалов и конкретной физической конструкции заготовки желательного конечного изделия. Этот способ описывается в терминах производства покрытых 24-граммовых заготовок, имеющих от примерно 0,05 до примерно 0,75 полных граммов нанесённого на них покрывающего материала, в том числе примерно 0,07, 0,09, 0,10, 0,15, 0,20, 0,25, 0,30, 0,35, 0,40, 0,45, 0,50, 0,55, 0,60, 0,65 и 0,70 граммов. В описанном ниже способе покрывающий раствор / дисперсный состав находится при температуре и вязкости для нанесения от примерно 0,06 до примерно 0,20 граммов покрывающего материала на покрывающий слой на 24-граммовой заготовке, включая также примерно 0,07, 0,08, 0,09, 0,1, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18 и 0,19 граммов на покрывающий слой на 24-граммовой заготовке. Предпочтительные количества нанесения для изделий меняющихся размеров могут масштабироваться согласно увеличению или уменьшению в площади поверхности по сравнению с 24-граммовой заготовкой. Соответственно, изделия иные, нежели 24-граммовые заготовки, могут попадать вне установленных выше диапазонов. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления может быть желательно иметь единственный слой или величину общего покрытия на 24-граммовой заготовке, который лежит вне установленных выше диапазонов.

Устройства и способы могут также использоваться для других заготовок и ёмкостей с аналогичными размерами или могут приспосабливаться для иных размеров изделий, как будет очевидно для специалистов ввиду нижеследующего обсуждения. Используемые в настоящее время покрывающие материалы включают в себя ТПЭ, предпочтительно смолы фенокси типа, более предпочтительно ПГАЭ, в том числе отмеченные выше смолы BLOX. Эти материалы и способы даются лишь посредством примеров и не предназначены для какого-либо ограничения объёма изобретения.

1. Введение в систему

Заготовки сначала вносятся в систему. Преимущество одного предпочтительного способа состоит в том, что можно использовать обыкновенные заготовки, такие как те, что обычно используются специалистами. Например, 24-граммовые однослойные заготовки того типа, который обычно используется для изготовления 16-унцевых бутылок, можно использовать без изменения перед введением в систему. В одном варианте осуществления система подключается прямо к машине литья заготовок под давлением, обеспечивающей тёплые заготовки для системы. В другом варианте осуществления хранящиеся заготовки добавляются в систему способами, общеизвестными для специалистов, в том числе теми, которые загружают заготовки в устройство для дополнительной обработки. Предпочтительно, хранящиеся заготовки предварительно нагреваются до примерно от 100°F примерно до 130°F, в том числе примерно 120°F, перед введением в систему. Хранящиеся заготовки предварительно очищают, хотя очистка не является необходимой. ПЭТ заготовки являются предпочтительными, однако можно использовать и иные подложки заготовок и ёмкостей. Другие подходящие подложки изделий включают в себя – но не ограничиваются ими – различные полимеры, такие как полиэфиры, полиолефины, в том числе полипропилен и полиэтилен, поликарбонат, полиамиды, в том числе нейлоны, или акрилы.

2. Покрытие погружением, напылением или потоком

Когда выбран подходящий покрывающий материал, он может быть приготовлен и использован для покрытия либо погружением, либо напылением, либо потоком. Приготовление материала практически одно и то же для покрытия погружением, напылением и потоком. Покрывающий материал содержит раствор / дисперсный состав, приготовленный из одного или более растворителей, в которых смола покрывающего материала растворяется и (или) размешивается.

Температура покрывающего раствора / дисперсного состава может иметь сильное влияние на вязкость раствора / дисперсного состава. По мере того, как температура увеличивается, вязкость уменьшается, и наоборот. Кроме того, по мере увеличения вязкости скорость нанесения материала также возрастает. Поэтому температура может использоваться как механизм управления нанесением. В одном варианте осуществления, использующем покрытие потоком, температура раствора / дисперсного состава поддерживается в диапазоне достаточно холодной для минимизации отверждения покрывающего материала, но достаточно тёплой для поддержания подходящей вязкости. В одном варианте осуществления температура равна примерно 60-80°F, в том числе примерно 70°F. В некоторых случаях растворы / дисперсные составы, которые могут быть слишком вязкими для использования при покрытии напылением или потоком, могут использоваться для покрытия погружением. Аналогично, из-за того, что покрывающие материалы при покрытии напылением могут затрачивать меньше времени при повышенной температуре, при покрытии напылением можно применять более высокие температуры, чем рекомендованные для покрытия погружением или потоком. В любом случае раствор или дисперсный состав может использоваться при любой температуре, при которой он проявляет подходящие свойства для применения. В предпочтительных вариантах осуществления используется система управления температурой, чтобы гарантировать постоянную температуру покрывающего раствора / дисперсного состава в процессе применения. В некоторых вариантах осуществления при возрастании вязкости добавление воды может уменьшить вязкость раствора / дисперсного состава. Другие варианты осуществления могут также включать в себя монитор содержания воды и (или) монитор вязкости, который обеспечивает сигнал, когда вязкость попадает вне желательного диапазона, и (или) который автоматически добавляет воду или иной растворитель для достижения вязкости в желательном диапазоне.

В предпочтительном варианте осуществления раствор / дисперсный состав находится при температуре и вязкости для нанесения от примерно 0,06 до примерно 0,2 грамма на покрытие на 24-граммовой заготовке, включая также примерно 0,07, 0,08, 0,09, 0,1, 0,11, 0,12, 0,13, 0,14, 0,15, 0,16, 0,17, 0,18 и 0,19 грамма на покрывающий слой на 24-граммовой заготовке. Предпочтительные количества нанесения для изделий меняющихся размеров могут масштабироваться согласно увеличению и уменьшению площади поверхности по сравнению с 24-граммовой заготовкой. Соответственно, изделия иные, нежели 24-граммовые заготовки, могут попадать вне установленных выше диапазонов. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления может быть желательно иметь единственный слой на 24-граммовой заготовке, который лежит вне установленных выше диапазонов.

В одном варианте осуществления покрытые заготовки, полученные из покрытия погружением, напылением или потоком, представляют собой тип, показанный на фиг.3. Покрытие 22 наносится на туловищную часть 4 заготовки и не покрывает горловинную часть 2. Внутренность покрытой заготовки 16 предпочтительно не покрыта. В предпочтительном варианте осуществления это достигается путём использования удерживающего механизма, содержащего расширяемый цанговый или зажимный механизм, который вводится в заготовку, объединённый с корпусом, окружающим снаружи горловинную часть заготовки. Цанга расширяется, тем самым удерживая заготовку на месте между цангой и корпусом. Корпус покрывает внешнюю часть горловины, включая резьбу, тем самым защищая внутренность заготовки, а также горловинную часть от покрытия.

В предпочтительных вариантах осуществления покрытые заготовки, полученные из покрытия погружением, напылением или потоком, производят конечный продукт практически без отличий между слоями. Далее при процедурах покрытия погружением и потоком обнаружено, что количество покрывающего материала, нанесённого на заготовку, слегка уменьшается с каждым последующим слоем.

а. Покрытие погружением

В предпочтительном варианте осуществления покрытие накладывается посредством процесса покрытия погружением. Заготовки погружаются в бак или иную подходящую ёмкость, которая содержит покрывающий материал. Погружение заготовок в покрывающий материал может выполняться вручную путём использования удерживающей решётки или тому подобного, либо оно может выполняться посредством полностью автоматического процесса. Хотя устройство, показанное на фиг.14, изображает один вариант осуществления блока автоматического покрытия потоком, в некоторых вариантах осуществления, использующих автоматическое покрытие погружением, положение покрывающего потоком блока 86 будет представлять расположение бака покрытия погружением или иной подходящей ёмкости, содержащей покрывающий материал.

В предпочтительном варианте осуществления заготовки вращаются в процессе погружения в покрывающий материал. Заготовка предпочтительно вращается со скоростью примерно 30-80 об/мин, более предпочтительно примерно 40 об/мин, но также включая и 50, 60 и 70 об/мин. Это обеспечивает тщательное покрытие заготовки. Можно использовать и другие скорости, но предпочтительно не слишком высокие, т.к. они вызывают потери покрывающего материала вследствие центробежных сил.

Заготовка предпочтительно погружается на период времени, достаточный для того, чтобы обеспечить тщательное покрытие заготовки. В общем случае это время составляет от примерно 0,25 до примерно 5 секунд, хотя время выше и ниже этого диапазона также включается сюда. Без желания связываться с какой-либо теорией, представляется, что более длительное время пребывания не обеспечивает никакого дополнительного выигрыша в покрытии.

При нахождении времени погружения и, следовательно, скорости, следует также учитывать густоту покрывающего материала. Если скорость слишком высока, покрывающий материал может взволноваться и разбрызгиваться, вызывая дефекты покрытия. Другое соображение состоит в том, что многие растворы или дисперсные составы покрывающих материалов образуют пену и (или) пузырьки, которые могут мешать процессу покрытия. Для устранения этой помехи скорость погружения предпочтительно выбирается, чтобы избежать излишнего взбалтывания покрывающего материала. Если необходимо, в покрывающий раствор / дисперсный состав можно добавлять противо-пенные/пузырьковые агенты.

b. Покрытие напылением

В предпочтительном варианте осуществления покрытие накладывается посредством процесса покрытия напылением. Заготовки напыляются покрывающим материалом, который находится в жидкостной связи с баком или иной подходящей ёмкостью, который содержит покрывающий материал. Напыление заготовок покрывающим материалом может выполняться вручную с использованием удерживающей решётки или тому подобного, либо оно может выполняться посредством полностью автоматического процесса. Хотя устройство, показанное на фиг.14, изображает один вариант осуществления блока автоматического покрытия потоком, в некоторых вариантах осуществления, использующих автоматическое покрытие напылением, положение покрывающего потоком блока 86 будет представлять расположение устройства покрытия напылением.

В предпочтительном варианте осуществления заготовки вращаются в процессе напыления покрывающим материалом. Заготовка предпочтительно вращается со скоростью примерно 30-80 об/мин, более предпочтительно примерно 40 об/мин, но также включая и 50, 60 и 70 об/мин. Предпочтительно, заготовка вращается по меньшей мере на 360° в процессе обработки посредством покрытия напылением. Это обеспечивает тщательное покрытие заготовки. Заготовка может, однако, оставаться неподвижной, пока струя направлена на заготовку.

Заготовка предпочтительно напыляется за период времени, достаточный для того, чтобы обеспечить тщательное покрытие заготовки. Величина времени, требуемого для напыления, зависит от нескольких факторов, которые включают в себя скорость напыления (объём струи за единицу времени), охватываемая струёй площадь и тому подобное.

Покрывающий материал содержится в баке или иной подходящей ёмкости в жидкостной связи с производственной линией. Предпочтительно используется закрытая система, в которой неиспользованный покрывающий материал рециркулирует. В одном варианте осуществления это может достигаться сбором любого неиспользованного покрывающего материала в коллектор покрывающего материала, который находится в жидкостной связи с баком покрывающего материала. Многие растворы или дисперсные составы покрывающих материалов образуют пену и (или) пузырьки, которые могут мешать процессу покрытия. Для устранения этой помехи покрывающий материал предпочтительно удаляется со дна или середины бака. Дополнительно, предпочтительно замедлять поток материала перед возвратом в покрывающий бак для дальнейшего уменьшения пены и (или) пузырьков. Это можно сделать средствами, известными специалистам. Если необходимо, в покрывающий раствор / дисперсный состав можно добавлять противо-пенные/пузырьковые агенты.

При нахождении времени напыления и связанных с ним параметров, таких как размер и конфигурация сопла, следует также учитывать свойства покрывающего материала. Если скорость слишком высока и (или) размер сопла неправильный, покрывающий материал может расплёскиваться, вызывая дефекты покрытия. Если скорость слишком медленная или размер сопла неправильный, покрывающий материал может накладываться более толстым, чем желательно. Подходящие устройства напыления включают в себя те, что продаются Nordson Corporation (Уестлейк, Огайо). Другое соображение состоит в том, что многие растворы или дисперсные составы покрывающих материалов образуют пену и(или) пузырьки, которые могут мешать процессу покрытия. Для устранения этой помехи скорость напыления, используемое сопло и жидкостные соединения предпочтительно выбираются, чтобы избежать излишнего взбалтывания покрывающего материала. Если необходимо, в покрывающий раствор / дисперсный состав можно добавлять противо-пенные/пузырьковые агенты.

с. Покрытие потоком

В предпочтительном варианте осуществления покрытие накладывается посредством процесса покрытия потоком. Цель покрытия потоком состоит в обеспечении слоя материала аналогично падающей душевой завесе или каскаду, через который заготовка проходит для тщательного покрытия. Преимущественно, предпочтительные способы покрытия потоком обеспечивают короткое время нахождения заготовки в покрывающем материале. Заготовке нужно лишь пройти через слой в течение периода времени, достаточного для покрытия поверхности заготовки. Без желания связываться с какой-либо теорией, представляется, что более длительное время пребывания не обеспечивает никакого дополнительного выигрыша в покрытии.

На фиг.14, 15 и 16 показаны переменные виды неограничивающих схем одного варианта осуществления предпочтительного процесса покрытия потоком. В этом варианте осуществления показан вид сверху системы, содержащий единственный покрывающий потоком блок 86. Заготовку вводят в систему 84, а затем передают в покрывающий потоком блок 86, в котором заготовка 1 проходит через каскад покрывающего материала (не показан). Покрывающий материал подаётся из бака или чана 150 через зазор 155 в баке вниз по наклонной жидкостной направляющей 160, где он образует каскад, когда он проходит на заготовки. Другие варианты осуществления могут иметь жидкостные направляющие, которые практически горизонтальны. Зазор 155 в баке 150 может расширяться или сужаться, чтобы регулировать поток материала. Материал накачивается из резервуара (не показан) в чан или бак 150 со скоростью, которая поддерживает уровень покрывающего материала над уровнем зазора 155. Преимущественно, эта конфигурация обеспечивает постоянный поток покрывающего материала. Избыточное количество материала также демпфирует любые жидкостные флюктуации вследствие цикличности насоса.

Для того, чтобы обеспечить равномерное покрытие, заготовка предпочтительно вращается, пока она проходит через слой покрывающего материала. Заготовка предпочтительно вращается со скоростью примерно 30-80 об/мин, более предпочтительно примерно 40 об/мин, но также включая и 50, 60 и 70 об/мин. Предпочтительно, заготовка вращается по меньшей мере примерно на два полных оборота или на 720° в процессе прохождения через слой покрывающего материала. В одном предпочтительном варианте осуществления заготовка вращается и располагается под углом, пока она проходит через слой покрывающего материала. Угол заготовки к плоскости слоя покрывающего материала является предпочтительно острым. Это преимущественно обеспечивает тщательное покрытие заготовки без покрытия горловинной части или внутренности заготовки. В другом предпочтительном варианте осуществления заготовка 1, как показано на фиг.16, вертикальна или перпендикулярна полу, когда она проходит через слой покрывающего материала. Обнаружено, что когда покрывающий материал входит в соприкосновение с заготовкой, слой стремится вползти по стенке заготовки от начальной точки соприкосновения. Специалист может управлять этим эффектом вползания путём регулировки параметров, таких как скорость потока, вязкость покрывающего материала и физическое размещение слоя покрывающего материала относительно заготовки. Например, когда поток увеличивается, эффект вползания может также увеличиться и, возможно, заставить покрывающий материал покрывать больше заготовки, чем желательно. В качестве другого примера, за счёт уменьшения угла заготовки относительно слоя покрывающего материала можно регулировать толщину покрытия, чтобы оставить больше материала в центре корпуса заготовки, т.к. регулировка угла уменьшает количество материала, удаляемого или перемещаемого на дно заготовки силой тяжести. Способность манипулировать этим эффектом вползания преимущественно обеспечивает тщательное покрытие заготовки без покрытия горловинной части или внутренности заготовки.

Покрывающий материал содержится в баке или иной подходящей ёмкости в жидкостной связи с производственной линией в закрытой системе. Предпочтительно рециркулировать неиспользованный материал. В одном варианте осуществления этого можно достичь сбором возвращающегося каскадного потока в коллектор покрывающего материала, который находится в жидкостной связи с баком покрывающего материала. Многие растворы или дисперсные составы покрывающего материала образуют пену и (или) пузырьки, которые могут мешать процессу покрытия. Для устранения этой помехи покрывающий материал предпочтительно удаляется со дна или середины бака. Дополнительно, предпочтительно замедлять поток материала перед возвратом в покрывающий бак для дальнейшего уменьшения пены и (или) пузырьков. Это можно сделать средствами, известными специалистам. Если необходимо, в покрывающий раствор / дисперсный состав можно добавлять противо-пенные/пузырьковые агенты.

При выборе должной скорости потока покрывающих материалов следует учитывать несколько переменных, чтобы обеспечить должный слой, в том числе вязкость покрывающего материала, скорость потока, длину и диаметр заготовки, линейную скорость и разнесение заготовок.

Скорость потока определяет точность слоя материала. Если скорость потока слишком быстрая или слишком медленная, материал может неаккуратно покрывать заготовки. Когда скорость потока слишком быстрая, материал может расплёскиваться и перелетать производственную линию, вызывая неполное покрытие заготовки, потерю покрывающего материала и увеличение проблем с пеной и (или) пузырьками. Если скорость потока слишком медленная, покрывающий материал может лишь частично покрывать заготовку.

При выборе скорости потока следует также учитывать длину и диаметр подлежащей покрытию заготовки. Слой материала должен тщательно покрывать всю заготовку, поэтому могут быть необходимы регулировки скорости потока, когда меняются длина и диаметр заготовок.

Другим фактором для учёта является разнесение заготовок на линии. Когда заготовки проходят через слой материала, может наблюдаться так называемый эффект спутной струи. Если следующая заготовка проходит через слой в спутной струе предыдущей заготовки, она может не получить должного покрытия. Поэтому важно отслеживать скорость и осевую линию заготовок. Скорость заготовок будет зависеть от производительности конкретного используемого оборудования.

3. Удаление избыточного материала

Преимущественно предпочтительные способы обеспечивают такое эффективное нанесение, что фактически используется всё покрытие заготовки (т.е. фактически нет избыточного материала для удаления). Однако имеются ситуации, где необходимо удалять избыточный покрывающий материал после того, как заготовка покрыта способами погружения, напыления или потока. Предпочтительно скорость вращения и сила тяжести будут работать совместно для упорядочивания слоя на заготовке и удаления любого избыточного материала. Предпочтительно заготовкам разрешается упорядочиваться от примерно 5 до примерно 15 секунд, более предпочтительно 10 секунд. Если бак, удерживающий покрывающий материал, располагается так, чтобы позволить заготовке проходить над этим баком после покрытия, вращение заготовки и сила тяжести могут заставить некоторый избыточный материал стекать с заготовки назад в бак покрывающего материала. Это позволяет избыточному покрывающему материалу рециркулировать без какого-либо дополнительного усилия. Если бак располагается так, что избыточный материал не стекает назад в бак, можно применить другие подходящие средства для улавливания избыточного материала и возвращения его для повторного использования, такие как коллектор покрывающего материала или резервуар в жидкостной связи с баком или чаном покрывающего материала.

Когда вышеуказанные способы непрактичны вследствие обстоятельств производства или недостаточны, для удаления избыточного материала можно использовать разные способы и устройства, такие как каплеудалитель 88, известный специалистам. См., например, фиг.14, 15 и 16. К примеру, подходящие каплеудалители включают в себя одно или более из следующего: скребок, щётка, губковый валик, воздушный нож или воздушный поток, которые можно использовать в одиночку или в сочетании друг с другом. Далее любой из этих способов может комбинироваться с описанными выше способами вращения и использования силы тяжести. Предпочтительно любой избыточный материал, удалённый этими способами, рециркулирует для дальнейшего использования.

4. Сушка и отверждение

После того, как заготовка 1 покрыта и любой избыточный материал удалён 88, покрытая заготовка затем высушивается и отверждается 90. Процесс сушки и отверждения предпочтительно выполняется посредством инфракрасного (ИК) (IR) нагревания 90. См. фиг.14, 15, 17А и 17В. В одном варианте осуществления в качестве источника используется 1000-ваттная кварцевая ИК лампа 200. Предпочтительным источником является вольфрамово-галогенная лампа Q1500 T3/CL Quartzline от General Electric. Этот конкретный источник и эквивалентные источники можно коммерчески приобрести от любого числа источников, в том числе General Electric и Phillips. Источник может использоваться при полной номинальной мощности, или же он может использоваться при частичной мощности, такой как примерно 50%, примерно 65%, примерно 75% и тому подобное. Предпочтительные варианты осуществления могут использовать единственную лампу или комбинацию из множества ламп. Например, шесть ИК ламп могут использоваться при 70% мощности.

Предпочтительные варианты осуществления могут также использовать лампы, физическая ориентация которых по отношению к заготовке регулируется. Как показано на фиг.17А и 17В, положение 200 лампы может регулироваться 220 для помещения лампы ближе к заготовке или дальше от неё. Например, в одном варианте осуществления со множеством ламп может быть желательно передвинуть одну или более ламп, расположенных под дном заготовки, ближе к этой заготовке. Это преимущественно обеспечивает тщательное отверждение дна заготовки. Варианты осуществления с регулируемыми лампами могут также использоваться с заготовками переменной ширины. Например, если заготовка шире на верхушке, чем на дне, лампы могут располагаться ближе к заготовке на дне заготовки, обеспечивая равномерное отверждение. Лампы предпочтительно ориентируются так, чтобы обеспечить относительно равномерное освещение всех поверхностей покрытия.

В других вариантах осуществления используются отражатели в комбинации с ИК лампами, чтобы обеспечить тщательное отверждение. В предпочтительных вариантах осуществления лампы 200 размещаются с одной стороны производственной линии, тогда как один или более отражателей 210, 230 располагаются с противоположной стороны или под производственной линией. Они преимущественно отражают выходы ламп назад на заготовку, обеспечивая более тщательное отверждение. Более предпочтительно, чтобы дополнительный отражатель 210 располагался под заготовкой, чтобы отражать тепло от ламп вверх к дну заготовки. Это преимущественно обеспечивает тщательное отверждение дна заготовки. В других предпочтительных вариантах осуществления могут использоваться различные комбинации отражателей в зависимости от характеристик изделий и используемых ИК ламп. Более предпочтительно, отражатели используются в комбинации с описанными выше регулируемыми ИК лампами.

Фиг.17 изображает вид одного неограничивающего варианта осуществления предпочтительного блока ИК сушки / отверждения. С одной стороны производственной линии показан ряд ламп 200. Под заготовками показан помещённый под углом отражатель 210, который отражает тепло ко дну заготовок для более тщательного отверждения. Напротив ламп находится полукруглый отражатель 230, который отражает ИК тепло назад на заготовки, обеспечивая более тщательное и эффективное отверждение. Фиг.17В является увеличенным разрезом лампы, который демонстрирует вариант осуществления, где размещение лампы регулируется 220. Лампы могут перемещаться ближе к заготовке или дальше от неё, обеспечивая максимальную гибкость сушки / отверждения.

Кроме того, использование инфракрасного нагрева позволяет термопластическому эпоксидному (например, ПГАЭ) покрытию высыхать без перегрева ПЭТ подложки и может использоваться во время нагрева заготовки перед выдувным формованием, обеспечивая тем самым энергоэффективную систему. Обнаружено также, что использование ИК нагрева может снизить помутнение и улучшить стойкость к химическим воздействиям.

Хотя этот процесс может выполняться без дополнительной вентиляции, предпочтительно, чтобы ИК нагрев комбинировался с принудительной вентиляцией. Используемый воздух может быть горячим, холодным или окружающим. Комбинация ИК и вентилируемого отверждения обеспечивает уникальные качества стойкости к химическим воздействиям, помутнению и истиранию предпочтительных вариантов осуществления. Далее, без желания связываться с какой-либо теорией, представляется, что стойкость к химическим воздействиям является функцией от поперечных связей и отверждения. Чем тщательнее отверждение, тем больше стойкость к химическим воздействиям.

При нахождении длительности времени, необходимого для тщательной сушки и отверждения покрытия следует учитывать несколько таких факторов, как покрывающий материал, толщина нанесения и подложка заготовки. Различные покрывающие материалы твердеют быстрее или медленнее других. В дополнение к этому, по мере увеличения степени твёрдости скорость отверждения уменьшается. В общем случае для ИК нагрева время отверждения 24-граммовых заготовок с примерно от 0,05 до примерно 0,75 грамма покрывающего материала составляет примерно 5-60 секунд, хотя можно также использовать времена выше и ниже этого диапазона.

Другим фактором для учёта является поверхностная температура заготовки, т.к. она относится к температуре стеклования (Т_g) подложки и покрывающих материалов. Предпочтительно поверхностная температура покрытия превышает T_g покрывающих материалов без нагрева подложки над T_g подложки в процессе сушки / отверждения. Это обеспечивает образование желательной плёнки и (или) поперечные связи без деформирования заготовки вследствие перегрева подложки. Например, когда покрывающий материал имеет T_g выше, чем материал подложки заготовки, поверхность заготовки предпочтительно нагревается до температуры выше T_g покрытия при поддержании температуры подложки при T_g подложки или ниже. Один путь регулирования процесса сушки / отверждения для достижения этого баланса состоит в комбинировании ИК нагрева и воздушного охлаждения, хотя могут использоваться также и иные способы.

Преимущество использования вентиляции в дополнение к ИК нагреву состоит в том, что вентиляция регулирует поверхностную температуру заготовки, посредством чего обеспечивается гибкость в управлении проникновением излучаемого тепла. Если конкретный вариант осуществления требует более медленной скорости отверждения или более глубокого проникновения ИК, этим можно управлять одной лишь вентиляцией, временем пребывания в блоке ИК или частотой ИК ламп. Это можно использовать поодиночке или в сочетании.

Предпочтительно, заготовка вращается при прохождении через ИК нагреватель. Заготовка предпочтительно вращается со скоростью примерно 30-80 об/мин, более предпочтительно примерно 40 об/мин. Если скорость вращения слишком высокая, покрытие будет разбрызгиваться, вызывая неровное покрытие заготовки. Если скорость вращения слишком низкая, заготовка высыхает неравномерно. Более предпочтительно, чтобы заготовки вращались по меньшей мере на 360° при прохождении через ИК нагреватель. Это преимущественно обеспечивает тщательное отверждение и сушку.

В других предпочтительных вариантах осуществления вместо ИК нагрева или иных способов может быть применена обработка электронным пучком. Обработка электронным пучком (ОЭП) (ЕВР) не использовалась для отверждения полимеров, используемых для и в сочетании с отлитыми под давлением заготовками в первую очередь из-за её больших размеров и относительно высокой стоимости. Однако ожидается, что недавние достижения в этой технологии дадут рост более маленьким и менее дорогостоящим машинам. Ускорители ОЭП описываются, как правило, в терминах их энергии и мощности. Например, для отверждения и образования поперечных связей пищевых плёночных покрытий обычно используются ускорители с энергиями 150-500 кэВ.

Полимеризация ОЭП представляет собой процесс, в котором несколько отдельных групп молекул объединяются вместе для образования одной большой группы (полимера). Когда подложка или покрытие подвергаются воздействию сильно ускоренных электронов, возникает радиация, в которой химические связи вещества рвутся и образуется новая модифицированная молекулярная структура. Эта полимеризация вызывает значительные физические изменения в продукте и может привести к желательным характеристикам, таким как высокий блеск и сопротивление истиранию. ОЭП может быть очень эффективным путём для инициирования процесса полимеризации во многих материалах.

Аналогично полимеризации при ОЭП, образование поперечных связей при ОЭП является химической реакцией, которая изменяет и усиливает физические характеристики обрабатываемого материала. Это процесс, посредством которого развивается межсоединительная сеть химических связей или соединений между большими полимерными цепями для образования более прочной молекулярной структуры. ОЭП может использоваться для улучшения тепловых, химических, барьерных, ударных, износных и иных свойств термопластиков недорогих товаров широкого потребления. ОЭП пластмасс, способных к образованию поперечных связей, может давать материалы с улучшенной стабильностью размеров, сниженным растрескиванием под напряжением, более высокими установочными температурами, сниженной проницаемостью для растворов и воды и улучшенными термомеханическими свойствами.

Воздействие ионизирующей радиации на полимерный материал проявляется одним из трёх путей: (1) тем, что увеличивает естественный молекулярный вес (образование поперечных связей); (2) тем, что снижает естественный молекулярный вес (расщепление); или (3) в случае радиационно стойких полимеров, тем, в котором не наблюдается никаких значительных изменений в молекулярном весе. Некоторые полимеры могут подвергаться комбинации (1) и (2). В процессе облучения расщепление цепей происходит одновременно и конкурентно с образованием поперечных связей, причем конечный результат определяется соотношением выходов этих реакций. Полимеры, содержащие атом водорода на каждый атом углерода, по большей части подвергаются образованию поперечных связей, тогда как полимеры, содержащие четвери атомов углерода, и полимеры типа – СХ₂-СХ₂– (где Х = галоген), преобладает расщепление цепей. Ароматические полистирол и поликарбонат относительно стойки к ОЭП.

Для поливинилхлорида, полипропилена и ПЭТ возможны оба направления преобразования; для преобладания каждого существуют определённые условия. Отношение образования поперечных связей к расщеплению может зависеть от нескольких факторов, в том числе общей дозы излучения, мощности дозы излучения, присутствия кислорода, стабилизаторов, удалителей радикалов и (или) помех, вытекающих из сил структурной кристаллизации.

Полные качественные эффекты от образования поперечных связей могут быть конфликтующими и наоборот, особенно в сополимерах и смесях. Например, после ОЭП полимеры с высокой степенью кристалличности, наподобие HDPE, могут не проявлять значительного изменения в прочности на растяжение – свойстве, вытекающем из кристаллической структуры, но могут демонстрировать значительное улучшение в свойствах, связанных с поведением аморфной структуры, таких как стойкость к ударам и растрескиванию под давлением.

Ароматические полиамиды (нейлоны) считаются реагирующими на ионизирующее излучение. После воздействия сопротивление растяжению ароматических полиамидов не улучшается, но для смесей ароматических полиамидов с линейными алифатическими полиамидами прослеживается увеличение сопротивления растяжению вместе с существенным уменьшением вытягивания.

ОЭП можно использовать как альтернативу ИК для более точного и быстрого отверждения покрытий ТПЭ, приложенных к заготовкам и ёмкостям.

Считается, что при использовании в сочетании с покрытием погружением, напылением или потоком ОЭП может иметь потенциал для обеспечения меньшей стоимости, улучшенной скорости и (или) улучшенного управления образованием поперечных связей по сравнению с ИК отверждением. ОЭП может быть также выгодной в том, что изменения, которые она вызывает, происходят в твёрдом состоянии в противоположность альтернативным химическим и тепловым реакциям, протекающим в расплавленном полимере.

В других предпочтительных вариантах осуществления в дополнение или вместо ИК или ОЭП отверждения могут применяться газовые нагреватели, ультрафиолетовое излучение и пламя. Предпочтительно блок сушки / отверждения помещается на достаточном удалении или изолированно от бака покрывающего материала и (или) слоя покрывающего материала, чтобы избежать нежелательного отверждения неиспользованного покрывающего материала.

5. Охлаждение

Затем заготовка охлаждается. Процесс охлаждения объединяется с процессом отверждения, чтобы обеспечить улучшенную стойкость к химическим воздействиям, помутнению и истиранию. Считается, что это имеет место вследствие удаления растворителей и летучих веществ после единственного покрытия и между следующими друг за другом покрытиями.

В одном варианте осуществления процесс покрытия происходит при температуре окружающей среды. В другом варианте осуществления процесс охлаждения ускоряется путём использования принудительной вентиляции окружающим или холодным воздухом.

Имеется несколько факторов для учёта в процессе охлаждения. Предпочтительно, чтобы поверхностная температура заготовки была ниже T_g для более низкой T_g у подложки или у покрытия заготовки. Например, некоторые покрывающие материалы имеют более низкую T_g, чем материал подложки заготовки, и в этом примере заготовку следует охлаждать до температуры ниже T_g покрытия. Когда же подложка заготовки имеет более низкую T_g, заготовку следует охлаждать ниже T_g подложки заготовки.

На время охлаждения также влияет то, когда в процессе происходит охлаждение. В предпочтительном варианте осуществления множество покрытий накладываются на каждую заготовку. Когда шаг охлаждения имеет место перед последующим покрытием, времена охлаждения могут быть снижены, т.к. считается, что повышенная температура заготовки улучшает процесс покрытия. Хотя времена охлаждения меняются, они в целом составляют примерно 5-40 секунд для 24-граммовых заготовок с примерно от 0,05 до примерно 0,75 грамма покрывающего материала.

6. Извлечение из системы

В одном варианте осуществления, когда заготовка охлаждена, её будут извлекать из системы и готовить к упаковке. В другом варианте осуществления заготовка будет извлекаться из покрывающей системы и посылаться в машину выдувного формования для дальнейшей обработки. В ещё одном варианте осуществления покрытая заготовка передаётся в другой покрывающий модуль, где накладываются дальнейшие покрытие или покрытия. Эта дальнейшая система может соединяться или не соединяться с дальнейшими покрывающими модулями или машиной выдувного формования.

7. Повторное использование

Преимущественно, бутылки, произведённые описанным выше предпочтительным процессом или следующие из него, можно легко использовать повторно. С помощью существующих процессов рециркуляции покрытие можно легко удалить из возвращённого ПЭТ. Например, покрытие на основе полигидроксиаминоэфира, нанесённое покрытием погружением и отверждённое ИК нагревом, можно удалить за 30 секунд, если подвергнуть действию водного раствора с рН 12 при 80°С. В дополнение к этому, для удаления покрытия можно использовать водные растворы с рН, равным или ниже 4. Изменения в солях кислот, полученных из полигидроксиаминоэфиров, могут менять условия, необходимые для удаления покрытий. К примеру, соль кислоты, получающуюся из кислотного раствора полигидроксиаминоэфирной смолы, можно удалить при использовании водного раствора с нейтральной рН при 80°С. Альтернативно, можно также использовать способы рециркуляции, изложенные в патенте США №6528546, озаглавленном «Повторное использование изделий, содержащих гидрокси-феноксиэфирные полимеры». Описанные в этой заявке способы включены сюда посредством ссылки.

8. Пример

Лабораторная система покрытия потоком использовалась для покрытия 24-граммовых ПЭТ заготовок. Использовалась система, как иллюстрируется на фиг.14-18, содержавшая единственный блок покрытия потоком с блоком ИК сушки / отверждения. Заготовки загружались на производственную линию вручную. Цанги, использовавшиеся для удержания 24-граммовых заготовок, были разнесены на 1,5 дюйма по центру друг от друга. Было найдено, что это расстояние обеспечивало должное разнесение, чтобы избежать каких-либо эффектов спутной струи, пока заготовки проходили через каскад или слой покрывающего материала. Покрывающий материал накачивался в бак с помощью несдвигающего насоса. Затем покрывающий материал вытекал из бака, образуя каскад или слой, который покрывал заготовки по мере того, как они проходили через слой. Заготовки двигались вдоль линии со скоростью три дюйма в секунду для того, чтобы обеспечить два полных оборота при прохождении через покрывающий слой. Когда они проходили через слой, линейная скорость позволяла стекать каплям с заготовок приблизительно 10 секунд перед прохождением по губчатому валику для удаления избыточного покрывающего материала со дна заготовки. Заготовки затем перемещаются в блок ИК сушки / отверждения. В качестве источников использовались пять вольфрамово-галогенных ламп Q1500 T3/CL Quartzline от General Electric при 60% номинальной мощности. Лампы располагались на 0,6 дюйма от центральной линии. Заготовки оставались в блоке ИК сушки / отверждения примерно 10 секунд. Когда заготовки выдвигались из блока сушки / отверждения, они охлаждались примерно 10 секунд принудительной вентиляцией окружающим воздухом перед тем, как их удаляли из системы.

Использованный в этом примере покрывающий материал был дисперсным составом ПГАЭ, BLOX® XU 588-29 (от Dow Chemical Company), имеющий 30% твёрдого вещества. Среднее нанесение (единственный слой на 24-граммовой заготовке) было примерно 97 мг.

Описанные выше различные способы и методы обеспечивают несколько путей для осуществления изобретения. Разумеется, нужно понимать, что отнюдь не все описанные цели или преимущества могут быть достигнуты в соответствии с каким-либо описанным здесь частным вариантом осуществления.

Далее специалист поймёт взаимозаменяемость различных признаков из разных вариантов осуществления. Аналогично, различные описанные здесь признаки и операции, а также и иные известные эквиваленты для каждого такого признака или операции могут смешиваться и сопрягаться специалистом в этой области для выполнения способов в соответствии с принципами, описанными здесь.

Хотя изобретение раскрыто в контексте некоторых вариантов осуществления и примеров, специалисту понятно, что это изобретение выходит за конкретно раскрытые варианты осуществления к другим альтернативным вариантам осуществления и (или) использованиям и их очевидным модификациям и эквивалентам. Соответственно, изобретение не предназначено ограничиваться конкретными раскрытиями здесь предпочтительных вариантов осуществления.

Формула изобретения

1. Способ изготовления покрытых термопластической смолой изделий, содержащий следующие операции: наложение водного раствора или дисперсного состава из первой термопластической смолы на внешнюю поверхность подложки изделия путем покрытия посредством погружения, напыления или потока; изъятие изделия из покрытия посредством погружения, напыления или потока с такой скоростью, чтобы сформировать первую сцепляющуюся пленку; отверждение/сушка покрытого изделия до тех пор, пока первая пленка практически не высохнет, чтобы сформировать первое покрытие; опционально, наложение водного раствора или дисперсного состава из второй термопластической смолы на внешней поверхности подложки изделия путем покрытия посредством погружения, напыления или потока; извлечение изделия из покрытия посредством погружения, напыления или потока с такой скоростью, чтобы сформировать вторую сцепляющуюся пленку; отверждение/сушка покрытого изделия до тех пор, пока вторая пленка практически не высохнет, чтобы сформировать второе покрытие; источник отверждения/сушки выбирается из одного или более из группы, состоящей из инфракрасного нагрева, обработки электронным пучком, принудительной вентиляции, отверждения пламенем, газовых нагревателей, ультрафиолетового излучения, так что покрытие образуется без нежелательного нагрева подложки заготовки; предпочтительным в качестве упомянутого источника отверждения/сушки является инфракрасный нагрев и принудительная вентиляция, причем температура принудительной вентиляции находится между 10 и 50°С и достаточна для предотвращения нежелательной усадки изделия при максимизации удаления жидкостей без преждевременной герметизации внешней поверхности, чтобы захватить невышедшую жидкость; упомянутое покрытие включает гидроксифеноксиэфирные полимеры, содержащие полигидроксиаминоэфирные сополимеры, полученные из резорцин диглицидилового эфира, гидрохион диглицидилового эфира, бисфенол А диглицилового эфира или их смеси; при этом по меньшей мере одна из первой и второй термопластических смол содержит термопластическую эпоксидную смолу; для обеспечения последовательного покрытия и отверждения/сушки упомянутое изделие подвергают вращению.

2. Способ по п.1, в котором сушка/отверждение покрытия, содержащего термопластическую смолу, выполняется так, чтобы сформировать изделие, которое практически не проявляет помутнения или побеления при воздействии воды.

3. Способ по п.1, содержащий далее наложение одного или более дополнительных покрывающих слоев на упомянутое изделие.

4. Способ по п.3, в котором упомянутое третье покрытие является акриловым, феноксидным, латексным или эпоксидным покрытием, которое образует поперечные связи в процессе сушки.

5. Способ по п.1, в котором по меньшей мере один покрывающий слой образует поперечные связи для обеспечения сопротивления химическим воздействиям или механическому неправильному использованию.

6. Способ по п.1, в котором подложка изделия содержит полимер, выбранный из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов.

7. Способ по п.6, в котором подложка изделия содержит аморфный и(или) полукристаллический полиэтилентерефталат.

8. Способ по п.6 или 7, в котором упомянутое изделие содержит заготовку.

9. Способ по п.1, содержащий далее удаление любого избыточного материала между операциями покрытия и отверждения/сушки.

10. Способ по п.1, в котором упомянутые покрытия из термопластической смолы содержат одну или более из следующих характеристик: барьерная защита от газов, защита от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению и (или) стойкость к химическим воздействиям.

11. Способ по п.1, в котором упомянутое покрытие из термопластической смолы содержит феноксидные смолы.

12. Способ по п.1, в котором упомянутый раствор или дисперсный состав термопластической эпоксидной смолы содержит соли органических кислот, полученные из реакции полигидроксиаминоэфиров с фосфорной кислотой, молочной кислотой, яблочной кислотой, лимонной кислотой, уксусной кислотой, гликолевой кислотой и(или) их смесью.

13. Устройство для получения покрытых изделий, содержащее конвейер, который переносит упомянутые изделия через покрывающую систему; и покрывающую систему, включающую первый покрывающий блок, который содержит

покрывающий материал в водном растворе/дисперсном составе в жидкостной связи с покрывающим устройством, причем конвейер изделий перемещает изделия через этот покрывающий блок; и

первый блок отверждения/сушки, который содержит печь или камеру, в которой располагается источник отверждения/сушки;

при этом упомянутые изделия перемещаются через эту печь или камеру конвейером изделий; второй покрывающий блок, который содержит

покрывающий материал в водном растворе/дисперсном составе в жидкостной связи с покрывающим устройством, причем конвейер изделий перемещает изделия через этот покрывающий блок; и второй блок отверждения/сушки, который содержит

печь или камеру, в которой располагается источник отверждения/сушки;

упомянутые изделия перемещаются через эту печь или камеру конвейером изделий, причем упомянутые печь или камера первого и второго блоков отверждения/сушки является единой общей печью или камерой;

по меньшей мере один из покрывающих материалов в водном растворе/дисперсном составе содержит термопластическую эпоксидную смолу;

при этом первый покрывающий блок содержит первый блок покрытия погружением, или первый блок покрытия напылением, или первый блок покрытия потоком;

первый покрывающий блок, содержащий первый блок покрытия погружением, который включает бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе/дисперсном составе, причем конвейер изделий протягивает изделия через упомянутый бак или чан либо погружает изделия в них; и второй покрывающий блок содержит второй блок покрытия погружением, который содержит бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе/дисперсном составе, причем конвейер изделий протягивает изделия через упомянутый бак или чан либо погружает изделия в них;

первый покрывающий блок, содержащий первый блок покрытия напылением, который включает покрывающий материал в водном растворе/дисперсном составе, опционально содержащийся в баке или чане в жидкостной связи с одним или более напыляющих сопл;

коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал; и

второй покрывающий блок, содержащий второй блок покрытия напылением, который содержит покрывающий материал в водном растворе/дисперсном составе, опционально содержащийся в баке или чане в жидкостной связи с одним или более напыляющих сопел; коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал; первый покрывающий блок, содержащий первый блок покрытия потоком, который включает бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе/дисперсном составе, причем упомянутый бак или чан находится в жидкостной связи с жидкостной направляющей; жидкостную направляющую, причем упомянутый покрывающий материал стекает с упомянутой жидкостной направляющей, образуя слой или падающую ливневую завесу; коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал; и второй покрывающий блок, содержащий второй блок покрытия потоком, который содержит

бак или чан с покрывающим материалом в водном растворе/дисперсном составе, причем упомянутый бак или чан находится в жидкостной связи с жидкостной направляющей; жидкостную направляющую, причем упомянутый покрывающий материал стекает с упомянутой жидкостной направляющей, образуя слой или падающую ливневую завесу;

коллектор покрывающего материала, который принимает неиспользованный покрывающий материал;

упомянутый коллектор покрывающего материала может находиться в жидкостной связи с упомянутым баком или чаном, посредством чего любой излишний материал используется повторно, а бак или чан первого и второго покрывающих блоков является единым общим баком или чаном; устройство может содержать каплеудалитель, расположенный перед упомянутым блоком отверждения/сушки, при этом упомянутый каплеудалитель содержит одно или более из следующих средств: вращение, тяготение, скребок, щетку, губковый валик, воздушный нож или воздушный поток; упомянутая жидкостная направляющая может быть отклонена под углом; в каждое из упомянутых устройств может быть включены третий покрывающий блок и третий блок отверждения/сушки; в упомянутом устройстве два или более блоков покрытия потоком и два или более блоков отверждения/сушки могут быть интегрированы в производственную линию, причем конвейер изделий перемещает изделия через производственную линию;

в упомянутом устройстве, содержащем один или более покрывающих модулей и конвейер изделий, каждый покрывающий может содержать автономную производственную линию, включающую один или более блоков покрытия потоком и один или более блоков отверждения/сушки, при этом конвейер изделий может перемещать изделия внутрь, внутри и между покрывающими модулями и извлекать изделие из системы, а также вращать упомянутые изделия при перемещении их через систему; упомянутый источник отверждения/сушки содержит один или более источников, выбранных из инфракрасной нагревательной лампы, источника обработки потоком электронов, принудительной вентиляции, пламени, газового нагревателя или источника ультрафиолетового излучения, при этом оптимальным источником отверждения/сушки является инфракрасное нагревание и принудительная вентиляция, температура принудительной вентиляции находится между 10°С и примерно 50°С, упомянутая температура принудительной вентиляции достаточна для предотвращения нежелательной усадки изделия при максимизации удаления жидкостей без преждевременной герметизации внешней поверхности и захвата невышедшей жидкости.

14. Устройство по п.13, в котором упомянутое изделие является заготовкой, при этом заготовка содержит материал, выбранный из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов.

15. Устройство по п.14, в котором заготовка содержит аморфный и полукристаллический полиэтилентерефталат.

16. Многослойное изделие, содержащее подложку, имеющую по меньшей мере один слой, содержащий покрывающий материал из термопластической эпоксидной смолы, нанесенный на по меньшей мере часть упомянутой подложки для образования покрытого изделия, при этом покрытое изделие практически не проявляет помутнения или побеления при воздействии воды, которое осуществляют в течение 24 ч при температуре от 0 до 25°С.

17. Изделие по п.16, выполненное из термопластического материала, выбранного из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов.

18. Изделие по п.16 или 17, в котором подложка содержит полиэтилентерефталат.

19. Изделие по п.16, содержащее один или более слоев покрывающего материала из термопластической смолы, нанесенного на упомянутую подложку.

20. Изделие по п.16, в котором упомянутые один или более слоев имеют одну или более из следующих характеристик: барьерная защита от газов, защита от ультрафиолетового излучения, сопротивление истиранию, сопротивление помутнению, стойкость к химическим воздействиям.

21. Изделие по п.16, в котором изделие является заготовкой или бутылкой, имеющей туловищную часть и горловинную часть, а упомянутое покрытие наносится практически только на туловищную часть заготовки или бутылки.

22. Изделие по п.16, в котором покрытое изделие практически не имеет различий между покрывающими слоями, которые накладываются путем покрытия посредством погружения, напыления или потока.

23. Многослойное изделие, являющееся, например, заготовкой или бутылкой, имеющей туловищную часть и горловинную часть, а упомянутое покрытие наносится практически только на туловищную часть заготовки, включающее подложку, содержащую термопластический материал, который выбирается из группы, состоящей из сложных полиэфиров, полиолефинов, поликарбонатов, полиамидов и акрилов, например аморфный или полукристаллический полиэтилентерефталат;

два или более слоев покрывающего материала из термопластической смолы, нанесенных на упомянутую подложку; при этом по меньшей мере один из упомянутых слоев содержит термопластическую эпоксидную смолу; упомянутые покрывающие слои содержат внутренний покрывающий слой удалителя О₂; промежуточный слой удалителя СО₂; промежуточный слой защиты от ультрафиолетового излучения; внешний слой материала с частичными или сильными поперечными связями.

24. Изделие по п.23, в котором покрывающие слои содержат внутренний покрывающий слой материала защиты от ультрафиолетового излучения и

внешний слой материала с частичными или сильными поперечными связями.

25. Изделие по п.23, в котором покрывающие слои накладываются путем покрытия посредством погружения, напыления или потока.

26. Изделие по п.23, в котором следующие друг за другом слои покрывающего материала уменьшаются по количеству покрывающего материала, требуемого для тщательного покрытия изделия.

Приоритет по пунктам:

21.01.2003 – пп.1-12;

28.10.2002 – пп.13-22;

03.07.2002 – пп.23-26.

РИСУНКИ