用于热灌装式塑料容器的基底技术领域
本发明涉及在热灌装、巴氏杀菌和蒸煮应用中使用的聚合物容器
的基底，该基底能够耐受与这些过程相关的热并能够从热状态复原而
大致无变形。
背景技术
在本领域中，用于形成PET容器的吹塑成型工艺是众所周知的。
对于许多应用，PET塑料容器已经取代玻璃容器或提供了玻璃容器的
替代品。然而，必须使用巴氏杀菌或蒸煮来处理的食品仅少数可用于
塑料容器中。巴氏杀菌和蒸煮方法经常用于对固体或半固体食物产品
(例如，泡菜和酸菜)进行杀菌。该产品可在低于82℃(180℉)的温
度下与液体一起被装入容器中，然后被密封并加盖，或者，该产品可
放置在容器中，之后用可能已预先加热的液体灌装该容器，随后，被
密封并加盖的容器的所有内容物被加热到较高温度。如本文所使用的，
“高温”巴氏杀菌和蒸煮是使产品暴露于约80℃以上温度的杀菌过程。
巴氏杀菌和蒸煮与热灌装处理的不同之处在于其包括以下步骤：
将已灌装的容器加热到通常高于93℃(200℉)的指定温度，直到已灌
装的容器的内容物达到指定温度(例如，80℃(175℉))并持续预定
的时长。也就是说，已热灌装的容器的外部温度可大于93℃，使得固
体或半固体产品的内部温度达到约80℃。蒸煮过程还涉及将超压施加
到容器。这种处理的严苛对塑料容器(包括被设计成用于热灌装处理
的容器)的使用提出了巨大挑战。例如，在蒸煮过程期间，当塑料容
器受到相对高的温度和压力时，塑料容器的形状将扭曲。在冷却之后，
塑料容器通常保留此扭曲形状或至少不能返回到其在蒸煮之前的形
状。
现有技术的基底设计倾向于在塑料吹塑成型容器暴露于例如包括
将容器加热到约98℃至约127℃的温度持续约10分钟至约40分钟、
然后在约10分钟至约30分钟内冷却到约25℃至约37℃的热过程时显
著变形。这些温度对于热灌装应用以及诸如蒸煮和巴氏杀菌的杀菌应
用来说是典型的。该变形通常体现在容器的倾斜上——有时多达3°到
5°。塑料吹塑成型容器的垂直度对于正确贴附标签的能力、货架外观以
及将容器相互堆叠的能力来说是很重要的。基底的变形也将增大使应
用于需要改进的氧性能的任何食物容器的阻挡层破裂的风险。因此，
需要提供具有如下的基底设计的塑料容器：这种基底设计能够耐受与
巴氏杀菌和蒸煮处理相关的这些极端条件。
发明内容
本发明通过提供一种用于具有环形侧壁和中心纵向轴线的吹塑成
型容器的基底结构来满足上述需求，该基底结构包括：底部；环形支
撑跟部，该环形支撑跟部位于侧壁与底部之间，其中，该环形支撑跟
部相对于从侧壁延伸的平面以约15°至约65°的角度θ向内倾斜；以及
多个局部球体结构，所述多个局部球体结构位于环形支撑跟部上并延
伸超过底部，从而形成支撑该容器的接触表面，并且其中，该吹塑成
型容器包括从由聚酯树脂和聚丙烯组成的组中选出的材料。
在本发明的另一个方面，当该吹塑成型容器被灌装有液体并密封
并且经受包括将容器加热到约98℃至约127℃的温度持续约10分钟至
约40分钟、然后在约10分钟至约30分钟内冷却到约25℃至约37℃
的热过程时，该基底结构保持基本不变形，使得该吹塑成型容器相对
于所述中心纵向轴线不倾斜超过1°。
在本发明的另一个方面，当该吹塑成型容器被灌装有液体并密封
并且经受包括将容器加热到约108℃到约113℃的温度持续约20分钟
至约25分钟、然后在约25分钟至约30分钟内冷却到约37℃的热过程
时，该基底结构保持基本不变形，使得该吹塑成型容器相对于所述中
心纵向轴线不倾斜超过1°。
在又一个方面，本发明提供了一种用于具有环形侧壁和中心纵向
轴线的吹塑成型容器的基底结构，该基底结构包括：底部；环形支撑
跟部，该环形支撑跟部位于侧壁与底部之间，其中，该环形支撑跟部
相对于从侧壁延伸的平面以约15°至约65°的角度θ向内倾斜；以及多
个局部球体结构，所述多个局部球体结构位于环形支撑跟部上并延伸
超过所述底部，从而形成支撑该容器的接触表面，并且其中，该吹塑
成型容器包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
本发明的基底结构允许塑料容器(例如，PET容器)更好地耐受
热过程(例如，蒸煮/巴氏杀菌和热灌装过程)的严苛条件。该新型基
底减少了这些过程期间的体积增大并允许更好的复原。
附图说明
从以下详细描述中，当结合附图阅读时，能够最好地理解本发明。
要强调的是，根据惯例，图中的各种特征不必按比例绘制。相反，为
了清楚起见，各种特征的尺寸被任意放大或缩小。在这些附图中，包
括了以下各图：
图1示出了根据本发明的基底结构和容器的透视图；
图2示出了图1的基底结构和容器的另一透视图；并且
图3示出了作为对照(control)或基准来评估的容器和基底的轮
廓。
具体实施方式
下面将详细论述本发明的实施例。在描述实施例时，为了清楚起
见采用了特定术语。然而，本发明并非旨在局限于所选择的特定术语。
本文所引用的所有参考例都以引用的方式并入本文，如同每一参考例
已分别并入本文中一样。
下面详细论述本发明的一个优选实施例。当论述特定的示例性实
施例时，应当理解这仅是出于举例说明的目的而进行的。所属领域的
技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，也可使
用其它的部件和构造。
容器
本发明提供了一种用于具有环形侧壁和中心纵向轴线的吹塑成型
容器的基底结构，该基底结构包括：底部；环形支撑跟部，该环形支
撑跟部位于侧壁与底部之间，其中，该环形支撑跟部相对于从侧壁延
伸的平面以约15°至约65°的角度θ向内倾斜；以及多个球体结构，所
述多个球体结构位于环形支撑跟部上并延伸超过所述底部，从而形成
支撑该容器的接触表面，并且其中，该吹塑成型容器包括从由聚酯树
脂和聚丙烯组成的组中选出的材料。
现在参照附图，图1示出了吹塑成型塑料容器10，例如可在需要
在包装期间进行热处理的食品包装过程中使用的吹塑成型塑料容器
10。这种食品包括：液体(其包括半固体)，例如果汁；以及处于液
体中的果蔬，例如桃、梨、酸菜、豌豆、泡菜等。当包装这些食品时，
它们需要暴露于与例如热灌装、蒸煮和巴氏杀菌等过程相关的高温下，
以确保除去细菌。这种容器通常可设计成含有例如8盎司、10盎司、
12盎司、15盎司、20盎司、24盎司、32盎司等的液体体积。容器10
包括用于支撑该容器10的基底结构8。当容器10竖立在其基底8上时，
容器10具有纵向轴线100。侧壁6从基底8向上延伸。
容器10可具有任意几何结构、形状或尺寸。例如，容器10可以
是圆形、椭圆形、多边形和不规则形状的。适当的容器可以是本领域
普通技术人员已知的罐子型、罐型、饮料瓶、广口瓶和任何其它类型
的容器。容器的适当特征可以包括本领域普通技术人员已知的压力吸
收特征、握持增强特征、肩部、缓冲部、装饰、凸边(chimes)、承压
环、颈部和其它特征。在优选实施例中，容器10为塑料(即，PET)
罐的形式，它具有大致圆柱形的侧壁6、底部2以及由凸缘部分(未示
出)限定的敞口顶部。此凸缘部分或盖(未示出)密封该容器并将物
质约束在该容器内。
容器10优选为压力可调容器，尤其是适于在高于室温的温度下用
物质灌装的热灌装式容器。容器10能够以美国专利申请公报
No.2012/0076965中描述的方式形成，该美国专利申请的全部内容在此
通过引用的方式并入。容器10可以是单层塑料容器或是包括多个功能
层(例如，主动和/或被动氧阻挡层)的多层塑料容器。
在本发明的一种优选形式中，容器10将具有厚度变化的侧壁。优
选地，该侧壁可具有约1.370g/cc与1.385g/cc之间的密度。基底区域
中的壁的厚度可变化，但对于食物容器应用来说，基底区域中的壁的
厚度将为约0.012”(0.030cm)至约0.016”(0.040cm)。
容器10优选包括从由聚酯树脂和聚丙烯组成的组中选出的材料。
适当的聚酯树脂包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚邻苯二甲酸乙
二醇酯的均聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚物、聚间苯二甲酸乙
二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸二甲酯和聚对苯二甲酸
丁二醇酯。在更优选的实施例中，本发明的容器包括PET。优选地，
该PET具有约0.72dL/g至约0.86dL/g的特性粘度。适当的PET树脂
包含瓶用PET树脂，例如伊士曼化工公司出售的树脂以
及M&G聚合物公司出售的CLEAR树脂中的任一种。
参照图1和图2，基底结构8包括：底部2；环形支撑跟部12，
该环形支撑跟部12位于侧壁6与底部2之间；以及第一圆化边缘4和
第二圆化边缘5，该第一圆化边缘4在侧壁6与环形支撑跟部12之间，
该第二圆化边缘5在环形支撑跟部12与底部2之间。虽然在图中被示
出为平坦的，但在一些实施例中，底部2能够向内凹进或向外凸出。
环形支撑跟部12大致具有“楔形”形状，使得它相对于从侧壁6延
伸的平面14以约15°至约65°的角度θ向内倾斜。在一些优选实施例中，
角度θ为约35°至约65°，在更优选的实施例中，角度θ为约45°至约
65°。在不希望受特定理论限制的情况下，此范围内的角度允许材料在
吹塑成型过程期间不过多伸展，因此产生了更均匀的材料分布。底部2
的直径区域将受到该角度的影响。例如，如果角度θ是64°，则底部2
的区域可以为该基底的直径的约32％，而如果角度θ是45°，则底部2
的区域可以为该基底的直径的约57％。
环形支撑跟部12还包括多个局部球体结构20，所述多个局部球
体结构20延伸超过底部2，从而形成支撑该容器10的接触表面22。
这些局部球体结构(或局部球体)为该基底结构和容器提供了至少两
个好处。首先，局部球体20为容器10提供顶部负荷强度，否则，对
于较大角度(即，大于45°)，该顶部负荷强度将不存在，在较大角度
的情况下，该容器的顶部负荷强度可能受损。其次，由于这些局部球
体使容器一致地升高或延伸超过基底结构8的底部2，所以，为热处理
(例如，蒸煮)之后的基底复原过程中的变动提供了额外间隙，从而
允许该基底更能容忍在由与这种过程相关的内部压力变化引起的扭曲
之后的不完全恢复。结果，该容器是垂直的。
优选地，局部球体20的尺寸(即每个局部球体的半径)取决于角
度θ：角度θ越大，每个局部球体20的半径就越大。例如，在一个实
施例中，对于具有约2.980英寸直径的容器，如果角度θ是45°，则每
个局部球体的半径至少为约0.185英寸。对于具有64°的角度θ的相同
容器，每个局部球体的半径为约0.300英寸。这些局部球体的半径优选
占容器基底的直径的约5％至25％(优选为约6％至21％)，并且取决
于局部球体的半径，所述局部球体的数目可以为约5至11个(优选为
7至9个)。
参照图1和图2，第一圆化边缘4和第二圆化边缘5中的每一个
具有约1.0mm至约14.0mm的曲率半径。在优选实施例中，每一个均
具有约1.5mm至约6.0mm的曲率半径。在更优选的实施例中，每一
个均具有约2.0mm至约4.0mm的曲率半径。在不希望受特定理论限
制的情况下，每一个半径的曲率半径用于确保该容器的由第一圆化边
缘和第二圆化边缘代表的区域不过多伸展而导致该区域可在热循环期
间(例如在蒸煮过程中)经历的压力波动期间充当铰链。大于14.0mm
的曲率半径将倾向于伸展而使得铰链将产生。
性能
当在热灌装处理中使用时，该容器被灌装有处于升高温度下的物
质。然后，用(例如)盖来密封该容器。随着该物质和空气的温度降
到环境温度，其体积减小了。该容器及其基底结构必须对体积的减小
作出反应，并在保持结构稳定的同时适应应力和应变。此外，该基底
必须还能够耐受各种其它力，例如内部压力的改变以及通常的搬运力。
在蒸煮或巴氏杀菌过程期间，各种食品例如通过利用蒸煮过程而
在密封于容器中之后被杀菌或热处理，在该蒸煮过程中，容纳食品的
容器被加热到例如在约121℃至132℃或更高温度的范围内的较高温
度。该容器还能够在蒸煮期间承受外部加压以对抗可能随着其内容物
被加热而在容器内产生的内部压力的增大。该蒸煮过程在作为有效的
热处理或杀菌过程的同时可由于容器部件所经受的温度和压力的变化
而对容器部件具有严格要求。通常用于可重复闭合式容器(例如塑料
瓶)的材料可能在蒸煮处理期间变软并扭曲。
根据本发明实施例的基底结构被成形为耐受这些各种力。该基底
结构减少了对塑料的要求，同时仍增强该容器的总体结构完整性。当
该吹塑成型容器被灌装有液体并密封并且经受包括将容器加热到约
98℃至约127℃的温度持续约10分钟至约40分钟、然后在约10分钟
至约30分钟内冷却到约25℃至约37℃的热过程时，本发明的基底结
构保持基本不变形，使得该吹塑成型容器相对于中心纵向轴线不倾斜
超过1°。
优选地，当吹塑成型容器被灌装有液体并密封并且经受包括将容
器加热到约108℃至约113℃的温度持续约20分钟到约25分钟、然后
在约25分钟至约30分钟内冷却到约37℃的热过程时，本发明的基底
结构保持基本不变形，使得该吹塑成型容器相对于中心纵向轴线不倾
斜超过1°。
通过下列示例来说明本发明的基底的性能。
根据美国专利申请公报No.2012/0076965中描述的方式来制造具
有“罐”状整体形状但带有圆化基底的七十五(75)个单层15盎司PET
容器(参见图3，在本文中称为“设计A”)。根据美国专利申请公报
No.2012/0076965中描述的方式来制造具有“罐”状整体形状但带有根
据本发明的包含局部球形结构的楔形基底的另外七十五(75)个单层
15盎司PET容器(参见图1，在本文中称为“设计B”)。这些容器
具有2.980英寸的直径。将用处于70℉到80℉的温度下的水灌装这些
容器，并留下1/4英寸的顶部空间间隙。在安杰拉斯封罐机(Angelus
seamer)上用金属易拉盖对容器进行密封。
上述样品经受以下蒸煮条件：
1.温度在10分钟内从76℉上升至225℉。
2.在16.7PSIG下，在225℉保持20分钟。
3.在30分钟内从225℉冷却至72℉。
4.进行冷却以实现约100℉的温度(PET容器内)。
在上述加热期间，该容器可经历约0.1巴至约1.2巴的内部压力积
聚。
从视觉上检验所有容器是否有明显缺陷，并测量其垂直度。可利
用本领域技术人员已知的任何手段(例如，校准后的气泡计(一种水
平仪))来测量垂直度。在容器的侧壁面板部分上未看到明显缺陷。
参照表1和表2，记下上述设计A的容器与设计B的容器之间的
垂直度的显著差异。设计A的容器在1.0°或更小角度下具有80％的故
障率，且在1.5°或更小角度下具有约60％的减小的故障率。设计B的
容器在1.0°或更小角度下呈现小于3％的故障率，且在1.5°或更小角度
下呈现3％的故障率。这表明它在1.0°或更小角度下相比于设计A的容
器提高超过27倍，并在1.5°或更小角度下提高超过20倍。
表1
表2
本说明书所说明和论述的实施例仅旨在向本领域技术人员教导本
发明人所知道的制造和使用本发明的最好方式。本说明书中的所有内
容均不应视为对本发明范围的限制。所列举的所有实例都是代表性而
非限制性的。如本领域技术人员根据上文的教导所了解的，在不偏离
本发明的情况下，可以对本发明的上述实施例进行变型或修改。例如，
上文所述的尺寸仅与本发明的特定实施例有关。在本发明的范围内，
内部突出部的其它形状和尺寸也是可以的。因此，应当理解，在权利
要求书及其等同物的范围内，可通过除了具体描述的以外的方式来实
践本发明。