CN105857815A - 高强度瓶 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有提高强度的瓶。该瓶可具有至少2.5加仑的液体容纳容量并且当按照ASTM D2463‑95测量时,可呈现至少为3英尺的耐跌落冲击性。该瓶可由基本无BPA的材料形成。该瓶可在例如水冷却器等液体分配器中使用。
Description
本申请是一项发明申请的分案申请,其母案的发明名称是高强度瓶,申请日是2012年5月17日,申请号是201280026352.3(国际申请号:PCT/US2012/038314)。
技术领域
本发明涉及具有柄的瓶。更具体地,本发明涉及大容量的具有柄并且适合在例如水冷却器等液体分配器中使用的瓶。
背景技术
基于BPA(双酚A)的聚碳酸酯长久以来用于生产各种类型的食物和饮料容器。然而,由于一些基于BPA的聚碳酸酯可能具有不利于健康的作用的报道,最近已重视起生产“无BPA”的容器。特别地,容器产业已关注饮料瓶生产,其中由于饮料长期暴露于基于BPA的聚碳酸酯而使BPA渗入饮料成为一个顾虑。然而多数瓶产业的无BPA化的关注聚集在具有小于一公升的容量的较小的瓶上。
尽管期望生产无BPA的饮料瓶,但是有可能潜在替代基于BPA的聚碳酸酯的许多材料在一个或更多重要特性中呈现出缺陷,例如强度、韧性(toughness)、耐化学性、透明度、耐热性和/或加工性能。目前不存在具有大容量(例如,至少2.5加仑)且充分地设计成呈现出在大容量瓶中试图获得的所期望的特性(例如,强度、韧性、耐化学性、耐热性和/或透明度)的无BPA瓶。
因此,存在对可由无BPA材料形成另外仍呈现所期望的特性的大容量瓶的需求。
发明内容
本发明的一个实施例涉及一种瓶,其包括瓶的第一端处的出口,瓶的第二端处的底座和位于出口和底座之间的主体。中心纵向轴线在瓶的第一端和第二端之间沿纵向方向延伸。瓶的主体包括坑面板(well
panel)和一体成型的柄。坑面板至少部分地限定凹陷的坑并且柄跨过凹陷的坑的至少一部分。坑面板的外表面限定沿纵向参考平面的凹形纵向面板曲线,纵向参考平面包含纵向轴线并延伸经过坑面板的质心。坑面板的外表面限定沿横向参考平面的凸形横向面板曲线,横向参考平面延伸经过坑面板的质心并且被定向成使得纵向轴线与横向参考平面正交。
本发明的另一个实施例涉及一种基本无BPA的瓶,其包括瓶的第一端处的出口、瓶的第二端处的底座以及位于出口和底座之间的主体。瓶限定在瓶的第一端和第二端之间沿纵向方向延伸的中心纵向轴线。此外,主体包括坑面板和柄,其中坑面板至少部分地限定凹陷的坑并且柄跨过凹陷的坑的至少一部分。瓶包括组成瓶的总重量的至少90%的合成聚合物材料。此外,合成聚合物材料包括重量百分比小于1的双酚A聚碳酸酯。此外,瓶具有至少2.5加仑的液体容纳容量以及至少600克且不大于900克的重量。最后,当按照ASTM D2463-95测量时,瓶具有至少为3英尺的耐跌落冲击性(drop impact
resistance)。
附图说明
本文参考以下绘出的附图描述本发明的实施例,其中:
图1是根据本发明的一个实施例构造的瓶的侧视图,特别地展示了瓶同时包括了坑和跨过坑的柄;
图2是从图1中描绘的视图旋转90度的瓶的后视图;
图3是图1中描绘的瓶的轴侧仰视图;
图4是图1的瓶的侧视图,其中柄被去除以更清楚地示出瓶的坑面板;
图5是沿图1的线5-5取得的瓶的横截面图,特别地展示了坑面板的横向(水平)曲率;
图6是瓶的柄和坑面板的局部侧视图,特别地展示了坑面板和柄的纵向(竖直)曲率;
图7是瓶的底座的仰视图;
图8是瓶的底座的局部横截面侧视图,特别地展示了缘部(chime)和挤凹部(push-up)的曲率半径;
图9是瓶的底座的轴侧局部俯视图,特别地展示了凹陷隧道和结合缝(weld);以及
图10是瓶的底座的轴侧局部仰视图,特别地展示了凹陷隧道和结合缝。
具体实施方式
在一个实施例中,本发明涉及具有例如像耐跌落冲击性这样的增强的强度性能的大瓶。这样的瓶可适合在例如水冷却器等液体分配器中使用。
瓶可具有至少2.5、4.0、4.5或4.75加仑和/或不大于10、8、6或5.5加仑的液体容纳容量。在一个实施例中,瓶可具有大约5加仑的液体容纳容量。此外,瓶可具有至少600、650、700或725克和/或不大于900、850、800或775克的重量。为保证瓶可装入标准的液体分配器中,瓶可具有至少为6、8或10英寸和/或不大于18、14或12英寸的最大直径。
瓶的强度可凭借耐跌落冲击性来测量。在一个实施例中,当按照ASTM D (美国材料试验协会 D标准)2463-95测量时,瓶可具有至少为3、4或5英尺的耐跌落冲击性。瓶的增强的强度可至少部分地源自其物理设计。为了进一步展示瓶的物理设计,下文参考绘出的附图来详细描述瓶的各种特征。
如图1-3所示,瓶20包括瓶20的第一端24处的出口22、瓶20第二端28处的底座26以及位于出口22和底座26之间的主体30。主体30包括坑面板32和一体成型的柄34。坑面板32至少部分地限定凹陷的坑36而柄34至少部分地跨过该凹陷的坑36。此外,主体30还可包括第一肋38、第二肋40和设置在第一肋38和第二肋40之间的基本圆柱形的侧壁42。主体30还可包括用于将坑面板32和侧壁42接合的面板圆角44以及用于将柄34与坑面板32接合的柄圆角46。如图2中可能最佳所展示的,面板圆角44可围绕整个坑面板32。
图1-3中描绘的瓶20还包括颈部52、扩张区54和肩部56。颈部52位于出口22附近,肩部56位于主体30附近,而扩张区54位于颈部52和肩部56之间。例如,扩张区54可具有总体为截头圆锥体的形状。
图3展示了瓶20的中心纵向轴线58。该中心纵向轴线58在瓶20的第一端24和第二端28之间沿纵向方向延伸并且经过出口22的几何中心和底座26的几何中心。侧壁42可以中心纵向轴线58为中心并且可基本平行于中心纵向轴线58延伸。
图4描绘了瓶20的侧视图(未示出柄),其聚焦于坑面板32并且示出用于帮助描述坑面板32的形状的参考平面(虚线)。图4还示出扩张区54可与平面形成至少为20、25或27.5度和/或不大于40、35或30度的角度(A1),该平面被定向以便中心纵向轴线58与其正交。
图4展示了纵向(竖直)参考平面60,其包含中心纵向轴线58并且延伸经过坑面板32的质心50。此外,图4示出横向(水平)参考平面61,其延伸经过坑面板32的质心50并且被定向以便中心纵向轴线58正交(垂直)于横向参考平面61。下文参考图5-10将更详细地论述纵向参考平面60和横向参考平面61。
图5示出瓶20的柄34可为基本空心的并且与瓶20的内部呈流体连通。在一个实施例中,柄34限定畅通的内部通道66,其尺寸定成允许具有至少为0.5、0.75、1或1.25英寸的直径的球体完全地从其中通过。
图5还示出坑面板32的外表面62可限定坑面板32被横向参考平面61切割的位置处的凸形横向面板曲线64。如图5中所示,横向面板曲线64可具有大于侧壁42的曲率半径(R3)的曲率半径(R2),该侧壁42的曲率半径(R3)在横向参考平面61切割穿过瓶20的位置处测量。此外,当沿横向参考平面61测量时,横向面板曲线64的曲率半径(R2)与侧壁42的曲率半径(R3)之比可至少为2:1、3:1、4:1或5:1和/或不大于20:1、15:1、10:1或8:1。横向面板曲线64的曲率半径(R2)可至少为10、20或25英寸和/或不大于60、50或40英寸。此外或备选地,当沿横向参考平面61测量时,侧壁42的曲率半径(R3)可至少为2、3.5或4.5和/或不大于10、8或6英寸。
如图5中所描绘,横向面板曲线64可圆周地延伸经过至少为15、25或30度和/或不大于90、80或70度的角度(A2)。此外或备选地,当相对于中心纵向轴线58测量时,横向面板曲线64可圆周地延伸经过至少为90、100、110或120度且不大于180、160或140度的角度(A3)。
如图6中所示,坑面板32的外表面62可限定在坑面板32由纵向参考平面60切割的位置处的凹形纵向面板曲线72。纵向面板曲线72的曲率半径(R4)可至少为1、2或3英寸和/或不大于10、6或4英寸。此外或备选地,纵向面板曲线72可纵向地延伸经过至少为100、115或125度和/或不大于180、160或145度的角度(A4)。凹形纵向面板曲线72和凸形横向面板曲线64可提供具有双曲抛物面形状的坑面板32的外表面62。
如图6中描绘,柄34可限定位于柄34的最外的相对末端的第一柄端点68和第二柄端点69。此外,柄定向线70可被限定在第一柄端点68和第二柄端点69之间。柄定向线70可为平行于中心纵向轴线58或相对于中心纵向轴线58倾斜出小于20、10、5或1度的角度。此外,柄定向线70可向内地(朝中心纵向轴线58)与侧壁42的外圆周71间隔至少为0.1、0.25或0.5英寸的距离。
此外,图6示出柄34可具有在第一柄端点68和第二柄端点69之间延伸的弯曲外轮廓74。柄34的弯曲外轮廓74可具有至少为4、8或12英寸和/或不大于30、24或18英寸的曲率半径(R5)。此外或备选地,柄34的弯曲外轮廓74可纵向延伸经过至少为5、10、15度和/或不大于50、40、30度的角度(A5)。
如图7-10中所展示,瓶20的底座26可包括一对凹形隧道凹陷(tunnel
recess)76。此外,底座26可包括结合缝78,其沿横向参考平面61延伸并且延伸经过隧道凹陷76,以便防止结合缝78和平坦支撑表面(未示出)之间的接触,其中瓶20的底座26搁置(rest on)在该平坦支撑表面上。底座26还可包括用于在平坦表面上支撑瓶20的接地部(footprint)80和位于从接地部80径向地向内的凹形挤凹部82。如图7中所示,挤凹部82可具有基本圆形的外周界84,其具有至少为1、1.5或1.75英寸和/或不大于5、3或2.5英寸的半径(R6)。
图8清晰地示出挤凹部82的凹形特性。挤凹部82可具有至少为2、4或6英寸和/或不大于18、12或8英寸的曲率半径(R7)。此外或备选地,挤凹部82可延伸经过至少为15、20或27.5度和/或不大于50、40或35度的角度(A7)。在一个实施例中,挤凹部82可具有部分球体的总体形状(即,球体的顶部)。如图8中描绘,底座26可进一步包括缘部86。缘部86可具有至少为1、1.5或1.75英寸和/或不大于4、3或2英寸的曲率半径(R8)。
以上描述的瓶设计的某些方面使瓶能够由基本无BPA的材料生产,同时还保持对于瓶的所期望的强度。因此,在一个实施例中,本发明的瓶可由除基于BPA的聚碳酸酯以外的材料制成。如本文所使用的,“基本无BPA”指包含重量百分比少于1、0.5、0.1、0.05或0.01的基于BPA的聚碳酸酯的物件(article)或材料。
在本发明的一个实施例中,瓶可至少部分地由基本无BPA的合成聚合物材料形成。该合成聚合物材料可组成瓶的总重量的至少50%、75%、90%、95%或100%。在一个实施例中,本发明的瓶可通过将合成聚合物材料吹塑成上文详细论述的所期望的构造而形成。
当按照ASTM D790测量时,用于制造瓶的合成聚合物材料可具有至少100000、150000、200000或215000psi(磅/平方英尺)和/或不大于350000、300000、250000或230000psi的挠曲模量。当按照ASTM D790测量时,该合成聚合物材料可具有至少5000、7000或8500psi和/或不大于12000、10000或9500psi的挠曲屈服强度。当按照ASTM D638测量时,该合成聚合物材料可具有至少4000、5000、6000、6500或7250psi和/或不大于10000、9000、8000或7000psi的屈服下的抗拉强度(tensile
strength at yield)。当按照ASTM D256测量时,该合成聚合物材料可具有至少8、12、14或15ft-lb/in(英尺-磅/英寸)的冲击强度。当按照ASTM E1640-09测量时,该合成聚合物材料可具有至少90、100或110和/或不大于140、130或120℃的玻璃态转变温度。当在290℃下的转动熔融流变仪上以每秒1弧度测量时,该合成聚合物材料可具有至少1000、2000或3000poise(泊)和/或不大于20000、15000、12000、10000、8000或6000poise的熔融粘度。当在25℃下、在每100毫升0.5克的浓度下的60/40(重量/重量)的苯酚/四氯乙烷中确定时,该合成聚合物材料可具有至少0.4、0.5、0.6、0.65或0.7和/或不大于1.0、0.9、0.8或0.75的比浓对数粘度。当按照ASTM D1003测量时,该合成聚合物材料可具有至少75%、85%或88%的透射率。当按照ASTM D1003测量时,该合成聚合物材料可具有小于5%、3%或1.5%的混浊度。
根据本发明的某些实施例,合成聚合物材料可为聚酯或共聚多酯。在一个实施例中,合成聚合物材料可包括源自2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇和/或1,4-环己烷二甲醇的二元醇单元。在更具体的范例中,合成聚合物材料可为具有二羧酸组分和二元醇组分的聚酯,其中二羧基组分包括摩尔百分比至少为70、80、90、95或100的对苯二甲酸或它的酯(对苯二甲酸二甲酯)的残基而二元醇组分包括摩尔百分比至少为10、15、20、25、30、35或40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比至少为90、85、80、75、70、65或60的1,4-环己烷二甲醇残基。在一个实施例中,本发明中有用的聚酯的二羧酸组分包括摩尔百分比70至100的对苯二甲酸残基和/或对苯二甲酸二甲酯残基。在本发明的其他方面中,用于在本发明的瓶中有用的聚酯的二元醇组分包括但不限于以下范围的组合中的至少一个:摩尔百分比10至40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比60至90的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比10至35的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比65至90的1,4-环己烷二甲醇残基;以及摩尔百分比10至30的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比70至90的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比15至40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比60至85的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比15至35的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比65至85的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比15至30的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比70至85的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比15至25的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比75至85的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比20至40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比60至80的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比20至35的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比65至80的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比20至30的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比70至80的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比25至40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比60至75的1,4-环己烷二甲醇残基;摩尔百分比25至35的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比75至65的1,4-环己烷二甲醇残基。
在一个实施例中,本发明中有用的聚酯可具有摩尔百分比70至100的对苯二甲酸残基,摩尔百分比15至40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比60至85的1,4-环己烷二甲醇残基。在此实施例中,聚酯可包含支化剂(branching
agent)残基。
本发明中有用的聚酯中的二酸残基或二醇残基的所有的摩尔百分比都是基于总的摩尔百分比为100的二酸残基和总的摩尔百分比为100的二醇残基。
对于本发明的某些实施例,当在25℃下、在每100毫升0.5克的浓度下的60/40(重量/重量)的苯酚/四氯乙烷中确定时,本发明中有用的聚酯可呈现以下比浓对数粘度中的至少一个:0.50至1.0dL/g(分升/克)、0.50至0.75dL/g、0.50至0.68dL/g、0.60至0.75dL/g、0.60至0.68dL/g、0.65至1.2dL/g、0.65至1dL/g、或0.65至0.75dL/g。
在一个实施例中,本发明中有用的聚酯可具有摩尔百分比70至100的对苯二甲酸残基,摩尔百分比15至40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比60至85的1,4-环己烷二甲醇残基。在此实施例中,聚酯可包含支化剂残基。
本发明中有用的聚酯中有用的改性二元醇是指除了2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇和1,4-环己烷二甲醇之外的二醇并且可包含2至16个碳原子。适合的改性二元醇的范例包括但不限于:乙二醇、二甘醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、新戊二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、对二甲苯二醇或它们的混合物。在一个实施例中,改性二元醇是乙二醇。在另一个实施例中,乙二醇作为改性二醇而被排除。基于二醇或二酸残基的总的摩尔百分比,本发明的聚酯组合物(composition)中有用的聚酯可分别包括摩尔百分比从0至10,例如,摩尔百分比从0.01至5、摩尔百分比从0.01至1、摩尔百分比从0.05至5、摩尔百分比从0.05至1或摩尔百分比从0.1至0.7、或摩尔百分比从0.1至0.5的支化单体(本文也称为支化剂)的一个或更多残基,该支化单体具有三个或更多羧基取代基、羟基取代基或它们的组合。在某些实施例中,支化单体或支化剂可在聚酯聚合前和/或期间和/或后添加。本发明中有用的(一种或多种聚酯)聚酯从而可为线性的或支化的。
支化单体的范例包括但不限于多功能酸或多功能乙醇例如偏苯三酸、偏苯三酸酐、苯均四甲酸二酐、三羟甲基丙烷、丙三醇、季戊四醇、柠檬酸、酒石酸、3-羟基戊二酸等等。在一个实施例中,支化单体残基可包括摩尔百分比0.1至0.7的一个或更多残基,其选自以下中的至少一个:偏苯三酸酐、苯均四甲酸二酐、丙三醇、山梨醇、1,2,6-己三醇、季戊四醇、三羟甲基乙烷和/或苯均三酸。
在一个实施例中,合成聚合物材料可包括来自田纳西州金斯堡(Kingsport TN.)的伊斯曼化工公司(Eastman Chemical Company)的市售的TRITANTM
WX500 或TRITANTM WX510。
已参考本文所公开的实施例详细描述本发明,但要理解的是在本发明精神和范围内可实现变化和修改。
Claims (20)
1.一种瓶,包括所述瓶的第一端处的出口、所述瓶的第二端处的底座和位于所述出口和所述底座之间的主体,其中所述瓶限定在所述瓶的所述第一端和所述第二端之间沿纵向方向延伸的中心纵向轴线,其中所述主体包括坑面板和一体成型的柄;其中所述坑面板至少部分地限定凹陷的坑并且所述柄跨过所述凹陷的坑的至少一部分;其中所述坑面板的外表面限定沿纵向参考平面的凹形纵向面板曲线,所述纵向参考平面包含所述中心纵向轴线并延伸经过所述坑面板的质心,其中所述坑面板的外表面限定沿横向参考平面的凸形横向面板曲线,所述横向参考平面延伸经过所述坑面板的质心并且被定向使得所述中心纵向轴线与所述横向参考平面正交。
2.根据权利要求1所述的瓶,其中所述坑面板的外表面具有双曲抛物面的形状。
3.根据权利要求1所述的瓶,其中所述横向面板曲线具有至少10英寸且不大于60英寸的曲率半径(R2),其中相对于所述中心纵向轴线测量,所述横向面板曲线圆周地延伸经过至少90度且不大于180度的角度(A3)。
4.根据权利要求1所述的瓶,其中所述纵向面板曲线具有至少1英寸且不大于10英寸的曲率半径(R4),其中所述纵向面板曲线纵向地延伸经过至少100度且不大于180度的角度(A4)。
5.根据权利要求1所述的瓶,其中所述主体还包括基本平行于所述中心纵向轴线延伸的至少一个侧壁,其中所述侧壁具有基本圆柱形的形状并且以所述中心纵向轴线为中心,其中沿所述横向参考平面测量,所述横向面板曲线的曲率半径(R2)与所述侧壁的曲率半径(R3)之比为至少2:1且不大于20:1。
6.根据权利要求1所述的瓶,其中所述柄限定畅通的内部通道,其尺寸定成允许具有至少0.5英寸的直径的球体完全地从其中通过。
7.根据权利要求1所述的瓶,其中所述柄呈现出弯曲外轮廓,其中所述弯曲外轮廓具有至少4英寸且不大于30英寸的曲率半径(R5),其中,所述弯曲外轮廓纵向延伸经过至少为5度且不大于50度的角度(A5)。
8.根据权利要求1所述的瓶,其中所述柄限定位于所述柄的最外的相对末端的第一柄端点和第二柄端点,其中在所述第一柄端点和第二柄端点之间限定柄的定向线,其中所述柄的定向线为平行于所述中心纵向轴线或相对于所述中心纵向轴线倾斜出小于20度的角度。
9.根据权利要求8所述的瓶,其中所述主体还包括所述坑面板所连接至的基本圆柱形的侧壁,其中所述柄的定向线向内地与所述侧壁的外圆周间隔至少0.1英寸的距离。
10.根据权利要求1所述的瓶,其中所述底座包括缘部和凹形挤凹部。
11.根据权利要求10所述的瓶,其中所述挤凹部具有至少2英寸且不大于18英寸的曲率半径(R5)。
12.根据权利要求10所述的瓶,其中所述挤凹部具有基本圆形的外周界,所述外周界具有至少1.5英寸且不大于5英寸的半径(R6)。
13.根据权利要求10所述的瓶,其中所述瓶包括沿所述横向参考平面延伸的结合缝,其中所述底座还包括一对凹形隧道凹陷,其中所述结合缝延伸经过所述隧道凹陷。
14.根据权利要求1所述的瓶,其中瓶还可包括颈部、扩张区和肩部,其中所述颈部位于所述出口附近,所述肩部位于所述主体附近,而所述扩张区位于所述颈部和所述肩部之间,其中所述扩张区具有总体为截头圆锥体的形状,其中所述扩张区与正交于所述中心纵向轴线的平面形成至少25度且不大于40度的角度(A1)。
15.根据权利要求1所述的瓶,其中所述瓶具有至少600克且不大于900克的重量,其中所述瓶具有至少2.5加仑且不大于10加仑的液体容纳容量。
16.根据权利要求15所述的瓶,其中当按照ASTM D 2463-95测量时,所述瓶具有至少为3英尺的耐跌落冲击性。
17.根据权利要求15所述的瓶,其中所述瓶至少部分地由合成聚合物材料形成,其中所述合成聚合物材料组成所述瓶的总重量的至少50%。
18.根据权利要求17所述的瓶,其中所述合成聚合物材料包括重量百分比小于1的双酚A聚碳酸酯。
19.根据权利要求17所述的瓶,其中当按照ASTM D790测量时,所述聚合物材料具有至少100000psi且不大于300000psi的挠曲模量。
20.根据权利要求17所述的瓶,其中基于总的摩尔百分比100的二酸残基和摩尔百分比100的二醇残基,所述聚合物材料包括摩尔百分比70至摩尔百分比100的对苯二甲酸残基和0至摩尔百分比30的改性酸残基,摩尔百分比15至摩尔百分比40的2,2,4,4-四甲基-1,3-环丁二醇残基和摩尔百分比60至摩尔百分比85的1,4-环己烷二甲醇残基。
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