撕退式填充聚苯乙烯容器蓋的製作方法

2023-10-08 18:44:44 2

專利名稱：：撕退式填充聚苯乙烯容器蓋的製作方法
技術領域：
：本發明涉及撕退式(tearback)熱成型聚苯乙烯蓋，所述蓋具有特定數量的填料和撕退部構造。填料的量和撕退部構造的組合可以改進填充聚苯乙烯蓋的易撕裂性，從而使用時蓋不需要預先刻痕。
背景技術：
：撕退式聚苯乙烯蓋在飲食服務應用中被普遍使用，尤其是作為熱飲杯子的蓋。例如，美國專利Nos.4,460,103、5,490,609和5,699,927(它們的公開內容通過引用的方式整體結合於本文中)公開了各種類型的撕退式蓋。另外公知的是撕退式聚苯乙烯蓋的易撕裂性可以通過將蓋設計成使撕退部定向在擠壓方向上來改進。美國專利No.5，613，619(其公開內容通過引用的方式整體結合於本文中)公開了這一特徵。最近，用於熱飲杯子的聚苯乙烯蓋的製造商已經開始研究將填料摻入蓋中以減少這種蓋的製造成本。過去，用於熱飲應用的聚苯乙烯蓋不含相當數量的填料。這主要是由於兩個原因。首先，聚苯乙烯在傳統上已經是低成本的原料，並且因為此幾乎沒有動機要將填料加入配方中。另外，熱飲杯子的蓋應用中使用的聚苯乙烯通常是耐衝擊聚苯乙烯("HIPS")。HIPS符合食品和藥物管理局(FDA)的規定並且由於其低脆性而呈現出良好的熱成型性。由於公知的是填料會增大聚苯乙烯的脆性，因此不希望加有填料的HIPS失去低脆性，這是因為低脆性這一性質是熱成型熱飲杯子蓋應用中選擇使用HIPS的原因。本發明的發明人已經意外地發現當蓋的撕退部定向在聚苯乙烯的擠壓方向上且撕退式蓋包括兩組撕裂壓痕和拉片部時，可以在特定範圍內添加填料以提供可適當撕開的填充HIPS容器蓋。
發明內容在一個重要方面，提供了一種填充容器蓋。所述蓋由基本上包括至少10%至約15%填料的HIPS成分製備。所述蓋包括由切入蓋外徑限定的邊緣的左凹口和右凹口限定的撕退部和兩組撕裂壓痕，其中所述撕裂壓痕包括1至4個熱成型在蓋中的凹槽。兩組撕裂壓痕定向在擠壓片材的加工方向上。左凹口和右凹口與1至4個凹槽中的至少一個基本對準。所述填料可以特別包括碳酸鈞。在重要的形式中，所述填充HIPS蓋在不需要對蓋預先刻痕的情況下呈現出極好的易撕裂性。本發明的更多方面和優點將在以下的論述中變得容易明白。儘管說明書以特別指出和清楚要求了本發明的保護範圍的權利要求結尾，但是相信通過以下結合附圖進行的描述將對本發明有更好的理解，其中圖1是本發明的填充HIPS容器蓋的頂視圖；圖2是本發明的填充HIPS容器蓋的側視圖；圖3示出了2個本發明的填充HIPS蓋的堆疊。具體實施方式下面參考附圖對本發明進行詳細描述。這種描述只是為了例示的目的，並不以任何方式限制本發明。本發明精神和範圍內的、所附權利要求闡述的許多修改對本領域技術人員來說將是容易明白的。如果沒有另外指出，"密耳"和類似術語是指千分之一英寸並且尺寸以英寸出現。另外，caliper是材料的厚度並用密耳表示。在本發明的詳細描述中，文中引用的任何專利或非專利文獻以及文中包含的公開內容意欲並以引用的方式結合於此。所有的數值範圍和數量都理解為由術語"約"修飾，這將具有預期的含義，即所有這些範圍或數量都近似或基本上是所指值。數值範圍或數量大於或小於的表示也理解為包括近似或基本上等於所給數值範圍或數量的值。本發明涉及不預先刻痕的填充聚苯乙烯容器蓋。聚苯乙烯包括耐沖擊聚苯乙烯或"HIPS"(如本領域普通技術人員公知的術語)。重要的是，HIPS成分中填料的量是製備蓋的HIPS成分重量的至少10%至約15%。更重要的是，發現蓋上限定蓋撕退部的區域必須定向在將HIPS成分擠壓成片狀的方向上。也就是說，為了在此包括本發明，撕退部必須與製備蓋的擠壓HIPS片材的加工方向對準。本發明人意外地發現由至少10%至約15%填充擠壓HIPS片材熱成型的且包括文中撕退部設計的蓋與具有O至少於10%填料的蓋相比呈現出改進的易撕裂性。尤其，發現具有至少10%至約15%填料的蓋比具有少於至少10%填料的蓋容易撕退得多。這種改進的易撕裂性對於熱飲杯蓋是理想的特徵，如果需要較小的力來撕裂蓋的話，那麼使用者在打開撕退部時將不太可能施加太大的力在蓋上。這反過來又減小了熱飲從容器中'減出的可能性。另外，本發明的發明人發現使用者打開蓋時，含有少於至少10%填料的蓋變得更容易脫離容器邊緣。使用中，因為熱飲可能'減到消費者身上，所以非常不希望出現這種脫離。因此，本發明的蓋提供了優於現有技術中發現的那些蓋的改進型蓋。如所提及的，本發明蓋中的填料的量必須是擠壓片材中HIPS量的至少10%至約15%。按照成分總重量測定，填料的量可以是成分重量的至少10%、11%、12%、13%、14%或15%。已經發現填料的量大於約15%直到高達約25%也可以提供良好的易撕裂性。但是，對於這些較大的量，蓋表現出更傾向於脫離容器邊緣。因此，本發明提出一種由HIPS成分的擠壓片材製備的HIPS蓋，其中HIPS成分具有至少10%至約15%成分重量的填料，不多也不少。在不受理論限制的情況下，相信填料的量較小時，HIPS樹脂緊緊地保持在一起。當在一定量範圍內添加填料時，HIPS樹脂的聚合物鏈一定程度地斷開(releasedsomewhat)，這樣就使得更容易在撕裂作用下分開聚合物鏈。填料的量較大時，相信蓋會變得更脆並且更不容易撓曲。因此，蓋在撕裂過程中不撓曲，並因此將更可能在使用過程中脫離容器邊緣。因此，儘管HIPS樹脂的量可以減少到填料水平超過15%，但是由於使用過程中蓋失效的可能性較高，目前不希望使用這種較高的填料水平。在本發明中HIPS用作基礎聚合物。HIPS通常是包括彈性聚合物的苯乙烯聚合物，其中彈性聚合物分配在苯乙烯聚合物的基體中。眾所周知彈性聚合物用於改進基礎聚苯乙烯樹脂的沖擊強度。彈性聚合物可以通過接枝共聚或者機械混合彈性體與苯乙烯聚合物而被摻入苯乙烯聚合物，從而使用本領域熟知的方法，例如美國專利No.4,049,595(其公開內容通過引用的方式整體結合於本文中)中公開的方法形成耐衝擊聚苯乙烯。HIPS還可以包括聚苯乙烯和聚丁二烯或聚異戊二烯的混合物，該混合物呈現出優於標準聚苯乙烯的改進的抗衝擊性。Total960E(TotalPetrochemicals)和Chevron-PhillipsEB6755(Chevron-Phillips)是適合用於本發明蓋的商用HIPS樹脂。適合在本發明中使用的材料的一些例子包括適合用於食品接觸應用的任何填料。儘管礦物填料例如碳酸鉤是優選的，但是在此可以適當地使用顏料和其它食品安全材料。也可以使用食品安全填料的混合物。為了提供HIPS樹脂成分，可以製備母料，其中填料以高水平與少量樹脂混合。母料中可以含有大於約50%的填料。所述母料將在基礎樹脂中"稀釋"，以提供期望的填料最終濃度。為了提高母料中這麼大量的填料的摻入，可以使用混合和加工助劑。例如，填料可以先塗上一層表面活性劑或類似加工助劑，以改進其在基礎HIPS樹脂中的分散能力。除了使用表面活性劑，也可以使用相容劑以改進填料與HIPS的混合或相容性。本發明的填充HIPS成分中可以加入添加劑。適合的添加劑可以包括例如抗氧劑、染料、耐火材料、脫模劑、著色劑和設計成改進聚合物的可加工性或該熱塑性產品的性質的其它材料。這些添加劑可以直接添加到母料中。存在添加劑時，填料的總量與成分總重量相關。例如，含有83%的HIPS、15%的填料以及2%的作為添加劑的著色劑時，該成分形成的蓋將落入本發明的範圍內。添加劑是著色劑時，為了使食品服務產品具有任何期望的顏色可以利用不同的著色劑。著色劑可以是濃色母料或母料的形式，如本領域普通技術人員將公認的。適合的著色劑可以是二氧化鈦，它用於製造白色的最終產品。其它著色劑包括例如碳黑，它用於製造黑色的產口口0根據本發明製造的蓋是熱成型的。通過在模具中形成熱塑性材料的熱連續片材，由此該連續片材具有模具的形狀，從而將熱塑性塑料成形或模製成各種有用產品的熱成型工藝在本領域是眾所周知的。用於這種工藝的市場上可買到的機器設計成使得如本發明中的填充HIPS連續片材被給送通過一烘爐並被加熱至合適的熱成型溫度。作為選擇，連續片材可以直接來自擠壓機並且可以藉助一系列輥子達到適當的熱成型溫度，所述輥子可以根據情況被加熱或冷卻。兩種情況下，熱成型臺都包括具有預期蓋形狀的模具。連續片材可以覆蓋在模具上或者真空形成於空腔以得到期望的形狀。本發明的蓋由連續片材形成，所述連續片材而後可以在切割臺上切成或分成單個熱成型蓋。重要的是，蓋的撕退部在切割過程中不刻痕，在蓋製備過程的任何其它時間也不刻痕。蓋不預先刻痕的事實是與現有技術的撕退式蓋顯著不同的地方，現有技術的撕退式蓋為了提供可以在使用中適當撕開的撕退部，在切割過程中通常包括劃線步驟。切割過程產生的邊角料可以用作再磨研材料而在蓋形成過程的給料(feedstock)中使用。現在參見圖1,蓋10成圓形，並具有基本上平的中心蓋部12和向下懸垂且向外彎曲的環形邊緣14。如已注意到的，對於蓋10重要的是緊緊地裝配在容器(未圖示)上以防止蓋10在使用中脫落。填料水平小於10%或大於約15%時，已經發現蓋更可能在撕退過程中脫離容器。蓋10包括撕退壓痕組20和25，其中每個組20和25都包括定向在閉鎖部30兩側的凹槽22a、22b和22c以及27a、27b和27c。每個7組20和25可以單獨包括1、2、3或4個凹槽，儘管圖1中示出每個組20和25中有3個凹槽。邊緣14包括與之成連接關係的拉片50。拉片50的兩側包括凹口60a和60b。拉片50的左側和右側，即側邊52a和52b分別與凹口60a和60b基本對準。凹口60a與至少一個凹槽22a、22b或22c基本對準，凹口60b與至少一個撕退凹槽27a、27b或27c基本對準。如在此4吏用的，"基本對準"是指拉動拉片50以打開撕退部50時，在撕退部50的兩側將出現單撕裂線。使用者打開撕退部50後這些線可能稍微扭曲，但是當拉片側邊52a和52b與凹口60a和60b基本對準，凹口60a與凹槽22a、22b或22c之一基本對準，並且凹口60b與凹槽27a、27b或27c之一基本對準時，撕退部對於從撕退部50飲取的使用者來說將是舒適的。閉鎖部30可以具有形成於蓋表面的高起的突起35，該高起的突起35可以具有與之相連的閉鎖元件37a和37b。閉鎖部35通過使用適當的模具(未圖示)對擠壓HIPS片材(未圖示)熱成型而形成於蓋10的表面上。閉鎖部35在鉸鏈38處鉸接。撕退部40可以通過以下方式閉鎖在開啟位置將閉鎖部35插入具有接合元件75a和75b的凹陷70內，從而閉鎖部35的閉鎖元件37a和37b與形成於凹陷70的相對側壁上的接合元件75a和75b接合。如前面所提到的，已經意外地發現如果凹槽22a、22b、22c、27a、27b和27c定向在擠壓HIPS片材的加工方向上，那麼撕退部40的易撕裂性將得到很大地改進。使用中，本發明的填充HIPS蓋IO在符合本發明的填料範圍內具有一定撓性，以4更當閉鎖部35插入凹陷70時，閉鎖元件37a和37b被推過對應的接合元件75a和75b。由於每個第一閉鎖元件37a和37b接合其相應的第二閉鎖元件75a和75b，因此撕退部40隨後閉鎖在開啟位置。為了"解開"撕退部40，使用者在撕退部40上施加向上的力(例如通過向上拉動拉片)以使閉鎖元件37a和37b脫離接合元件75a和75b。撕退部40而後可以座在容器(未圖示)的邊緣上大致形成密封，從而在使用中飲料更不可能從容器中濺出。更特別的是，閉鎖部35撓曲，由此允許閉鎖元件37a和37b更容易被推過接合元件75a和75b，從而將撕退部40閉鎖在開啟位置。另夕卜，撕退部40被閉鎖之後，閉鎖元件37a和37b阻止其脫離接合元件75a和75b。解開撕退部40之後，閉鎖部35，尤其是其上部，基本上返回到其原始構造。可以設置通氣孔90，以允許容器(未圖示)中的熱液體(未圖示)通氣。圖2示出了蓋10的側視圖。容器接合部95a和95b由巻邊外徑(beadouterdiameter)IOO和邊緣內徑105限定。圖2中還可以看到凹坑115a和115b。圖3示出了蓋10a和10b的堆疊。蓋應當可以疊方文以允許方《更地使用。在圖3中可以看到厚度120。一方面，該厚度小於約2.54mm。另一方面，該厚度大於約O.lmm並小於約0.64mm。再一方面，該厚度大於約0.76mm並小於約2.03mm。例子給出以下例子，以便向本領域普通技術人員提供本發明是如何實施以及有關過程和方法是如何構成、使用和計算的完整的公開內容和描述，並且以下例子意欲僅僅是本發明的示例，並不意欲限制發明人所認為的發明的範圍。已經努力確保相關數值(例如數量、溫度等)的準確度，但是一些錯誤和偏差應當被考慮。如果沒有另外指出，部分是重量部分，溫度是按照說明的或是環境溫度，並且壓力是大氣壓或者接近大氣壓。例1:多種填料水平的測試蓋由填充HIPS樹脂製成以提供具有文中所示構造的蓋。所用樹脂由Chevron-Phillips生產，並包括EB6085和EA3300的混合物。如下所述對填料的量進行了測試。在記錄的樣品中不含著色劑，由此提供透明的蓋。形成各撕退部組的凹槽的深度也作為變量進行了試驗。蓋子如圖1的示意圖中所示形成。表l:被測試的原型蓋tableseeoriginaldocumentpage10觀測結果10%和15。/。CaC03製成的樣品與其它CaC03量製成的樣品相比具有最好的性能。由較深的撕退肋材製成的蓋與由淺撕退肋材製成的蓋相比具有略好的性能。結果尺寸所有蓋在2.427克的總平均重量的3%範圍內。所有蓋在3.318英寸的總平均BOD(巻邊外徑)的0.002英寸範圍內。不含CaC03的樣品的RID(邊緣內徑)比含有CaC03的變型平均大0.005英寸至0.007英寸。表2:蓋尺寸和重量tableseeoriginaldocumentpage10蓋裝配測試:蓋裝配測試是使用蓋裝配測試裝置進行的，該測試裝置設計用於確定在杯子傾斜時蓋的裝配是否足以防止洩漏。測試期間，含有20。/。CaC03的12個被測試蓋中有一個漏了2滴。(參見表3)撕裂拉片測試主觀上觀察到所有蓋都具有令人滿意的略難的抗撕退性。每個填充有10%和15%CaC03的蓋都在蓋不脫離容器邊緣的情況下被撕退。17%的填充有20%和25%CaC03的蓋在撕退操作工程中脫離容器。令不含填充CaC03的蓋到目前為止具有最差的性能，有92%的蓋在槲退操作過程中脫落。除了不含CaC03，該變型的平均RID比其它變型大0.005英寸至0.007英寸。較大的RID可能導致差的撕退性能。大體上，製成有較深撕退凹槽的蓋與具有較淺撕退凹槽的蓋相比表現出略好的性能。在被測試的具有較深凹槽的蓋中75%在撕退過程中保持在杯子上，相比具有較淺凹槽的蓋中66%在撕退過程中保持在杯子上。不含CaC03製成的蓋不計入總數時，96%的具有較深凹槽的蓋在撕退過程中保持在杯子上，相比具有較淺凹槽的蓋中88%在撕退過程中保持在杯子上。表3:蓋測試性能tableseeoriginaldocumentpage11例2:所添加的填料的測試數據蓋尺寸對0。/。CaC03和15。/。CaC03時含有著色劑的蓋進行了測試。配方如下55%-EB602523%-EA330015%-CaC037%褐色著色劑著色劑和CaC03的母料用EA3300製備，而後將該母料在EB6025中稀釋。觀測結果不含CaC03的蓋的重量比含有CaC03的蓋小約5%。兩個試驗變型的平均BOD(巻邊外徑)彼此之間在0.001英寸的範圍內。不含CaCC)3的樣品的RID(限制內徑)比含有CaC03的變型小0.004英寸。表4:蓋尺寸和重量填料參數重量(克)BOD(英寸)RID(英寸)不含CaC032.3243.3183.26415%CaC032.4383.3193.268蓋裝配測試蓋裝配測試是使用室內蓋裝配測試裝置進行的，該測試裝置設計用於確定杯子傾斜時蓋的裝配是否足以防止洩漏。撕裂拉片測試主觀上觀察到所有蓋都具有良好的略難的抗撕退性。由含有15。/。CaC03的HIPS製備的蓋呈現出最好的總體撕退性能。但是，16個由不含CaC03的HIPS製備的蓋中有3個在撕退操作過程中脫離杯子。表5:蓋測試性能CaCO;j的量。/n蓋裝配測試(%通過)蓋適當在(%通過)第一次償試時被鎖定的撕退蓋(%通過)主觀裝配不含9481100良好15%8810094良好當用在裝熱咖啡的容器上時，填充有15。/。CaC03的蓋的撕退部在帶有撕退凹槽的整個區域被連續撕退。蓋放在熱咖啡上時比放在空杯子上時更好撕裂。不含CaC03的蓋上的蓋拉片不在帶有撕退凹槽的整個區域被撕退。主觀上，蓋很好地裝配在被測試的杯子上。儘管已經結合一個方面對本發明進行了描述，但是在所附權利要求的範圍內進行修改對本領域技術人員來說將是容易明白的。權利要求1.一種由耐衝擊聚苯乙烯樹脂成分的擠壓片材製成的容器蓋，其中所述成分基本上包括至少10％至高達約15％的填料，其中所述蓋包括a)由以下限定的撕退部i)由蓋的外徑限定的向下定向的環形邊緣；ii)與所述邊緣成連接關係的拉片，所述拉片限定有用於使用者的抓握位置，其中所述拉片具有左側和右側；iii)分別與拉片的左側和右側基本上對準地切入所述邊緣的左凹口和右凹口；以及iv)限定撕退部的左側和右側的兩組撕裂壓痕，其中每個組都單獨包括1至4個熱成型在蓋中的凹槽，其中兩個組都定向在擠壓片材的加工方向上，並且其中左凹口和右凹口分別與撕退部的左側和右側的1至4個凹槽中的至少一個基本對準，並且其中蓋的撕退部在使用之前不預先刻痕。2.如權利要求1所述的容器蓋，其中每個組都單獨包括2或3個凹槽。3.如權利要求1所述的容器蓋，具有與撕退部相連的鎖定接合部，從而允許撕退部在使用過程固定在開啟位置。4.如權利要求l所述的容器蓋，其中所述填料基本上由碳酸4丐組成。全文摘要本發明涉及一種撕退式熱成型耐衝擊聚苯乙烯蓋，其具有至少10％至約15％的填料和撕退部的特定構造。尤其，所述撕退式蓋包括由兩組撕退壓痕限定的撕退部和切入由蓋外徑限定的邊緣的左凹口和右凹口。填料的量和撕退構造的組合改進了填充聚苯乙烯蓋的易撕裂性。文檔編號B65D47/36GK101259886SQ20081008345公開日2008年9月10日申請日期2008年3月5日優先權日2007年3月6日發明者J·E·拉什,T·特蘭申請人:迪克西消費產品有限公司