阻透塑料盖与生产方法 发明的背景
本发明领域
本发明涉及例如玻璃瓶和PET瓶之类容器的塑料盖(或帽)。该瓶盖有阻透层(barrier)，可防止例如二氧化碳和氧气之类气体透过，也不易于“刮走(scalp)”包装产品的气味组分。还描述了这样一种盖的生产方法。
相关技术的描述
多年来可从市场上购买到其中包括玻璃瓶和塑料瓶在内的包装容器的塑料盖。最普遍的塑料盖实例都是在盖内车了螺纹，以便将它们拧在装有各种饮料，其中包括碳酸软饮料的PET瓶颈上。最普遍的碳酸软饮料盖包括模塑聚丙烯外壳体，其壳体内有一种通常用乙烯醋酸乙烯酯聚合物化合物制成的内衬材料。可以采用注塑或压塑方法生产这种壳体。安装这种内衬有两种方法：1)“夹入”(pick and place)，其中采用机械方法将预模塑的材料圆片放到该壳体中，2)“壳体内模塑”，其中把少量的熔融材料放到壳体内，然后使用压料塞就地模塑。该盖内衬起到机械垫圈或密封件的作用，它可防止二氧化碳气体从盖泄漏。这些盖称之“双片”盖。
最近，往市场上投放了另外一种设计的盖。称之“整体(one-piece)”或“无内衬”盖，这些盖是用单一的聚合物，非常普遍的HDPE制成的注塑或压塑盖。在下面作为参考文献加以引用的专利中描述了这些盖的实例：US 3 948 405、US 4 526 284、US 4 739 893和US 5743 420。通过几何学设计与材料的适当结合，这些盖可以提供合适的机械密封性，防止例如碳酸饮料的二氧化碳泄漏。
尽管前面所描述的盖设计可以提供良好的机械密封，防止气体泄漏，但还不能有效防止气体通过盖壁的渗透，因为通常使用的聚烯烃聚合物的阻透性相对差。对于某些包装应用，需要更好地阻透层，防止透气。
在现有技术中曾描述很多获得有改进阻透层的塑料盖的途径。一种途径是用阻透材料制成的内衬取代在两片盖中使用的内衬。EP 62340教导使用多层结构，其中至少一层是防止透气的阻透层，至少一层起到机械密封层的作用。JP-07137754描述了一种盖，该盖有多层内衬，其中有阻透层和密封层，有在内衬上模塑的盖体。EP 926 078描述了一种主要由基体材料层和阻透材料层交替组成的密封内衬。在EP62 340和EP 926 078中，描述的内衬可起到防止气体泄漏的机械密封作用和防止透气的阻透层作用。EP 233 414公开了另一种获得阻透盖的途径，该途径是使用“不透蒸汽性材料”的涂料涂布通常的塑料盖(假定一片或两片)，该涂料固化生成固体，并且始终粘附在该盖上。
另一个阻透盖概念是用除优选的HDPE之外的具有良好阻透性能的材料生产一种无内衬设计的盖。但是，非常普通的阻透聚合物易于变硬，不易弯曲，因此难以达到良好的机械密封性，防止气体泄漏。
发明的简要说明
本发明提供一种容器，特别是有外螺纹颈部的容器，例如瓶等的塑料盖(或帽)，通过其颈部可以装满或放空容器。容器颈部或容器口为管状部分，其一端与容器相连，相反一端敞开(顶部或齿环(rim))。该齿环有内边和外边。该管状部分有内表面和外表面。优选地，在外表面上有螺纹，这些螺纹从顶部延伸到该管状部分顶部与底部间之间的一个位置。优选地，盖里面的螺纹啮合瓶口外面的螺纹时，该盖就扣紧在(或拧到)瓶上。可以采用其它的盖与瓶扣紧办法。
该盖有防止气体透过的阻透层，不易于吸收包装产品的气味组分。该盖包括盖体和阻透层。
该盖体包括：
a、有内表面的圆片状上壁，其内表面被配置使得在啮合在颈部时接触或几乎接触容器颈部的齿环，
b、圆柱侧壁，它连到上壁并从上壁开始延伸；
c、将盖体与颈部扣紧的部件，这种部件优选地包括圆柱侧壁上的内螺纹，它能将相应的螺纹啮合在颈部外表面上；以及
d、密封件，在盖装到容器上时，该密封件提供良好的机械密封，防止气体泄漏。
该密封件包括至少一个可连到上壁内表面并从上壁内表面开始延伸的密封构件，它与圆柱面是同心的，并且配置成在盖体与颈部啮合时可与容器颈部连续地接触(齿环顶部、齿环的内或外边缘，或颈部侧壁)。
或者，该密封件可以包括：
i外密封件，它可连到上壁内表面并从上壁内表面开始延伸，并且在圆柱侧壁的内表面与瓶口外边缘之间配置成，以使得盖体与颈部啮合时可与容器颈部的齿环的顶部外边缘连续接触；以及
ii内密封件，它与外密封件同心，并且从盖体上壁内表面延伸，以便盖体与颈部啮合时可与齿环内边缘连续接触。
盖体用模塑塑料，非常优选地HDPE制成。
加到盖体上壁的阻透层选自已知的材料，这些材料提供防止透气的良好阻透层，还不易于吸收包装产品的气味组分。阻透材料可以是许多阻透聚合物中的任何聚合物，其中包括EVOH、尼龙和聚酯(其中包括2GT、3GT和2GT与3GT聚酯共混物)。优选的是无定形尼龙或3GT聚酯。阻透层也可以是金属，例如铝。
一种可选择的具体实施方案包括盖体与密封件，该密封件有单个密封部件，该部件连在上壁内表面上并从上壁内表面开始延伸，并且配置使得在盖体与容器颈部啮合时可与容器齿环外边缘连续接触。当只使用外密封部件作为密封件时，在盖与容器颈部啮合时，阻透材料优选地与容器的齿环接触。
可以采用下述两种方法的一种方法把阻透层加到盖体中：
a、把阻透聚合物熔融物放到预模塑盖体中，然后采用机械办法在原地进行模塑。这种方法称之“壳内模塑”方法。
b、以分开步骤制成阻透层，然后装入预模塑盖体中。这种方法称之“夹入”方法。
附图简要描述
图1是表示本发明盖的垂直剖面视图，该盖可应用于容器颈部。
图2是表示本发明盖装在容器上的垂直剖面视图，其中内同心环提供机械密封。
图3是表示本发明盖装在容器上的垂直剖面视图，其中外同心环提供机械密封，而阻透层起到前挡块的作用。
图4是表示本发明盖装在容器上的垂直剖面视图，具有图3的另一种可选择的结构，其中外同心环提供机械密封，而阻透层起到前挡块的作用。
详细描述
本发明提供密封容器颈部开口端的一般为圆柱形的塑料盖(或帽)，以此该盖提供防止气体透过并且不易于吸收密封容器中包装产品气味组分的优良阻透层。这样一种盖特别用作玻璃瓶和PET瓶的盖，例如用于碳酸软饮料、啤酒和其它饮料瓶的盖。该盖可以任选地包括保证环或tamper-evident strip。这种盖包括成瓶-帽形状的盖体(即具有一般为圆片形状的上壁与圆柱或管侧壁部分，这部分基本上与上壁垂直并从上壁开始延伸)，和加到盖上壁的阻透层。
参看构成本说明书公开部分的附图将能更清楚地理解这种盖体，这种盖体有将盖体与容器扣紧的部件，和盖体与容器扣紧时提供机械密封的部件。
如图1所描述的，扣紧这种盖的部件典型地是与容器颈部外螺纹啮合的内螺纹。利用与容器颈部螺纹啮合描述本发明盖时，应该理解，好像采用皇冠盖或咬封盖类的盖设计一样，使用其它如此扣紧的部件都可以实现这些附带好处。
提供机械密封的部件优选地包括一个或多个密封构件，该构件连在盖的内顶部，并且由此延伸，以便其盖扣紧在容器上时与容器的颈部接触。
图1和2说明应用于容器颈部的本发明的盖，盖体1包括上壁2、内螺纹侧壁3和密封件4。该密封件可以由内同心环4a、外同心环4b或两者组成。该密封件从上壁内表面向下延伸，并且配置成啮合该容器的颈部，以便其盖拧到瓶上时能达到良好的机械密封，防止气体泄漏。应理解，盖体1还可以有不同的结构。现有技术有许多这样塑料盖的设计，其中盖体的一个或多个部分配置成啮合容器颈部，实现良好的机械密封，防止气体泄漏。该密封件可以配置成啮合在齿环7或内壁8或外壁9的容器颈部。这类盖称之“整体盖”或“无内衬盖”。
盖体可以用许多塑料制成，其中包括聚烯烃，例如高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和聚丙烯(PP)、尼龙、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯和聚酯。一般地，尽管可以使用热固性的聚合物，但优选的是热塑性的聚合物。对于许多包装应用，特别是对于包装碳酸软饮料，HDPE是制造盖体的优选材料。HDPE的一组机械性能(特别地，弯曲模量和硬度)非常适于生产一种对容器齿环有效的机械密封件。对于涉及热装或蒸馏法(retort process)的包装应用，取决于压力与温度，HDPE作为盖体材料可以不具有足够的耐热性。在这些应用中，耐热性高于HDPE的材料，例如聚丙烯或尼龙可是优选的。采用通常的热塑性塑料加工方法，例如压塑与注塑方法可以生产这种盖体。
可以用许多通常的阻透材料生产该盖的阻透层5，其中包括无定形尼龙、半结晶尼龙、乙烯乙烯醇共聚物(EVOH)、聚偏氯乙烯(PVDC)、聚酯(PE)，其中包括2GT、3GT聚酯和2GT和3GT聚酯共混料，以及聚丙烯腈。也可以用金属，例如铝生产该盖阻透层，但一般地，塑性阻透材料是优选的。盖的阻透层起到防止气体，例如二氧化碳和氧气通过盖的渗透作用。它还不易于吸收或“刮走”包装产品的气味组分，或把不希望的组分给予该产品。阻透层的优选材料是无定形尼龙，例如E.I.du Pont de Nemours and Company的SelarPA。对于液体的包装，在通常的阻透材料中，无定形尼龙提供了阻气性和非-刮走能的最佳组合。另一种优选材料是3GT聚酯，它有良好的阻透性能和易于加工的性能。特别地，3GT可以在比其它通常阻透聚合物的熔化温度更低的温度下进行加工。
把阻透层加到盖体中可以有各种方法，其中包括下述方法。
1)把阻透材料熔体放到预成型盖体的上壁内表面上，然后使用驱动压料塞就地模塑，生成最后的阻透层。这种方法称之“壳内模塑”。熔化材料可以是通常的聚合物熔体，或可以使用化学或物理发泡剂使熔化材料发泡。放入的阻透材料量如此控制，以致阻透层的最后尺寸保持在可接受的范围内。模塑压料塞的面设计成使阻透层的裸露表面具有所希望的轮廓。
在图2中，阻透层5是平的。在图3和4中，阻透层5的轮廓是如此，以便提供用作容器齿环7限位器(stop)的凸面。压料塞的直径尺寸比盖体最内密封环的最小直径稍小些，使得压料塞将熔化的阻透材料压入盖体中时，在压料塞与密封环之间有最小的间隙。采用这种壳内模塑方法的设备是从市场上获得的许多公司，其中包括Sacmi和Oberburg Engineering AG的设备。采用阻透层5直接粘附在盖体上的方法，采用机械方法或采用这两种方法可使阻透层5保持在盖体1内。为了达到机械保持，盖体1优选地设计成在密封环4b根有根切(undecut)6，如图3和4所说明的，这样阻透层5会有一个比密封环4b最小内径稍大的外径。
2)阻透层5可以分开的方法形成，然后采用机械方法安装到预成型盖体1中，得到最后的盖。这种方法称之“夹入”方法。采用机械保留方法将阻透层5保持在盖体1内。
如图3和4所说明的，盖体1设计成有在密封环4b根有根切6，因此，预成型的阻透层5与盖体1之间产生静配合(interferencefit)。该预成型的阻透层必须足够柔软，以经受得住安装过程而无裂缝。这种安装方法特别适合于金属阻透层和热固性塑料阻透层，然而，如果阻透层用热塑性材料制成，则也可以采用这种安装方法。
一种制备本设计的塑性阻透盖的可供选择的方法是共挤注塑方法。在这个方法中，使用两台挤塑机生产熔化物料；一台挤塑机用于盖体材料，而第二台挤塑机用于阻透材料。熔化材料同时或相继地加到模腔，制成最后的塑料盖。这种方法使用的设备与工具比“内壳模塑”方法或“夹入”方法使用的设备与工具更复杂，成本更高。
如果阻透层材料的气体阻透性比盖体材料高至少一个数量级，优选地高至少两个数量，则本发明的优点是非常有利的(attendant)的。例如，本发明的一个优选具体实施方案包括HDPE盖体和无定形尼龙阻透层：无定形尼龙的CO2不渗透性比HDPE高约100x。
在本发明的一个实施方案中，如图2所说明的，盖体1中的密封件只是包括从上壁2向下延伸的内同心密封构件4a，当该盖装在容器上时，该内同心密封部件4a配置以啮合容器颈部齿环的内边缘7a。或者，内同心密封环4a可以配置以啮合容器颈部的内壁8。内密封部件4a提供了机械密封，防止气体泄漏，而阻透层5是主要的阻透层，防止气体渗透。
在本发明的一个优选具体实施方案中，如图3和4所说明的，盖体1中的密封件只是包括从上壁2向下延伸的外同心密封构件4b，当该盖拧在容器上时，该外同心密封构件4b配置以啮合容器颈部齿环的外边缘7b。或者，外同心密封构件4b可以配置以啮合容器颈部的外壁9。阻透层5放入盖体1中，并且优选地，采用禁止的安装扭矩，典型地28-mm盖为14-18英寸-磅拧盖，将盖扣紧在颈部时，阻透层5设计成与瓶齿环的上边缘7(图3)或齿环内边缘7a(图4)接触。设计的阻透层可以有接触齿环上边缘7的头7c(图3)，或可以有斜度(图4)，使得该阻透层只接触内边缘7a。在这个具体实施方案中，该盖装到容器上时，阻透层5起到前挡块的作用。盖体1外密封构件4b的机械密封是主要的，可防止气体泄漏，而阻透层5的机械密封是次要的，可起到主要阻透层，防止气体渗透的作用。在这个优选的具体实施方案中，盖正确地装在容器上时，包装产品同盖体材料不会有任何的直接接触，还会达到最佳的阻气性和非刮走性能。
认识到，生产盖体和阻透内衬使用的材料可以任选地使用其它材料进行改性，而这些材料是容器帽和盖工业中通常使用的。这些改性剂其中可以包括颜料、滑爽剂和氧清除剂。
本发明对PET瓶盖一般都实用，应该知道这些盖可以用到一般有圆柱形颈部的任何类容器上，例如用玻璃、塑料或金属制成的瓶或罐。