DE102011050569B4

DE102011050569B4 - Funktionaler Flüssigkeitsbehälter

Info

Publication number: DE102011050569B4
Application number: DE201110050569
Authority: DE
Inventors: Thorsten Pretsch
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2013-04-18
Anticipated expiration: 2031-05-24
Also published as: DE102011050569A1

Abstract

Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) umfassend eine Gefäßwandung 4 aufweisend ein Formgedächtnispolymer, wobei der Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) in einem ersten Schaltzustand des Formgedächtnispolymers ein erstes Fassungsvolumen aufweist und in einem zweiten Schaltzustand des Formgedächtnispolymers ein zweites Fassungsvolumen aufweist, wobei das zweite Fassungsvolumen kleiner als das erste Fassungsvolumen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft funktionale Flüssigkeitsbehälter, die Verwendung eines Formgedächtnispolymers für Mehrweg-Flüssigkeitsbehälter sowie Vorrichtungen zur Leergutrücknahme.
Vorrichtungen zur Leergutrücknahme, sogenannte Leergutrücknahmesysteme, dienen der Rücknahme und temporären Aufbewahrung von Leergut, vorrangig von einzelnen Getränkeflaschen und Gebinden. Bekannte Leergutrücknahmesysteme sind für die Rücknahme von Einweg- und Mehrweg-Flaschen geeignet. Einweg-Flaschen aus Polymermaterial können im Leergutrücknahmesystem über integrierte Kompaktoren gequetscht und so verdichtet oder mittels Schreddern zerstört und so platzsparend gesammelt werden. Durch die Zerstörung der zurückgenommenen Flaschen wird eine deutliche Volumenreduzierung des anfallenden Leerguts erzielt und die wartungsfreie Betriebszeit des Leergutrücknahmesystems verlängert.
Für zurückgenommene Mehrwegflaschen ist die erreichbare Volumenreduzierung dagegen auf eine geordnete Ablage der zurückgenommenen Mehrwegflaschen beschränkt. Die Rücknahme von Mehrwegverpackungen, beispielsweise von Mehrwegflaschen erfordert eine erhebliche Stellfläche und periodische Wartungsarbeiten. Die typischerweise erwünschte automatische Abwicklung der Leergutrücknahme durch Leergutrücknahmesysteme und eine möglichst kompakte Bauweise der dafür vorgesehenen Vorrichtungen begrenzt deren Kapazität für die Rücknahme von Mehrwegverpackungen.
Vor diesem Hintergrund wird gemäß Anspruch 1 ein Flüssigkeitsbehälter, gemäß Anspruch 8 dessen Verwendung als Mehrwegverpackung, gemäß Anspruch 9 ein Verfahren zur Minimierung des Lager- und Transportaufwands für Einweg- und Mehrweg-Verpackungen, sowie gemäß Anspruch 12 eine Vorrichtung zur Leergutrücknahme vorgeschlagen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung, den Ausführungsbeispielen sowie den beigefügten Figuren.
Es wird vorgeschlagen, zur Fertigung von Mehrwegverpackungen, insbesondere von Mehrwegflaschen ein Formgedächtnispolymer (FGP) zu verwenden. Durch das gezielte Erwärmen der geleerten Verpackung, beispielsweise einer Getränkeflasche kann durch die Formrückstellung des FGP eine erhebliche Reduzierung des Volumens des anfallenden Leerguts erzielt werden, ohne das Leergut dabei dauerhaft zu zerstören.
Als Formgedächtnispolymere (FGP) werden im allgemeinen Kunststoffe bezeichnet, die sich nach einer Umformung an ihre frühere äußere Form scheinbar "erinnern" können und insofern ein Formgedächtnis besitzen. Um die frühere Form abzurufen, muss das FGP einem Stimulus ausgesetzt werden. Dieser Stimulus kann beispielsweise in einer Wärmezufuhr bestehen, indem das betreffende FGP direkt oder indirekt erwärmt wird. Diese direkte oder indirekte Erwärmung löst den Formgedächtnis-Effekt aus.
Eine direkte Erwärmung des FGP kann von außen oder von innen durch heiße Luft, über einen Wärmestrahler, den Luftstrom eines Heizlüfters oder durch unmittelbaren Kontakt mit einem Wärmespeichermedium, etwa einem zuvor aufgeheizten Fluid erfolgen. Ebenso kann eine indirekte Erwärmung eines FGP über ein externes elektromagnetisches Feld erfolgen, wenn das FGP Füllstoffe bzw. Hilfsmaterialien enthält, die in Wechselwirkung mit dem elektromagnetischen Feld Wärme an das FGP abgeben. Weitere Faktoren zur Auslösung eines Formgedächtniseffekts sind eine Plasma-Behandlung, eine Corona-Behandlung, Mikrowellen zwischen 1 GHz und 300 GHz, eine pH-Wert-Änderung im Bereich zwischen pH 1 und pH 14, die Anwendung einer elektrischen Spannung zwischen 50 µV bis 80000 V, ein elektrischer Strom zwischen 5 µA bis 30000 A oder ein Widerstand von 1 µOhm bis 2000 Ohm.
Als derartige Füllstoffe bzw. Hilfsmaterialien für FGP kommen beispielsweise in Betracht: magnetische Nanoteilchen, ferromagnetische Partikel, Eisenoxidpartikel, Magnetitpartikel, NiZn-Partikel, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhrchen oder andere eine Graphenstruktur aufweisende Partikel, Metallpartikel, thermochrome Materialien, insbesondere Rutil, Zinkoxid, 9,9´-Bixanthyliden, 10,10´-Bianthronyliden oder Bis-diethylammonium-tetrachloro-cuprat(II) und Kombinationen der genannten Füllmaterialien.
Genauso können auch Kombinationen solcher Füllmaterialien verwendet werden. Die Füllstoffe sind geeignet, um die mechanischen, elektrischen, magnetischen und/oder optischen Eigenschaften eines Formgedächtnispolymers einzustellen und dem jeweiligen Anwendungszweck anzupassen. Die Auswahl geeigneter Füllstoffe richtet sich naturgemäß nach dem Einsatzgebiet des jeweiligen FGP. Ihre Verwendung in Getränkeverpackungen ist beispielsweise durch toxikologische und lebensmittelhygienische Anforderungen stark eingeschränkt. Vorteilhafterweise können die genannten Füllstoffe bzw. Hilfsmaterialien oder deren Kombinationen aber in FGP eingesetzt werden, die zu Behältnissen für Haushalts- oder Agrochemikalien, den Kraftfahrzeugbedarf oder für industrielle Anwendungen vorgesehen sind.
Für die beschriebenen Anwendungen eignen sich demnach neben thermo-sensitiven Formgedächtnispolymeren auch lichtgeschaltete, insbesondere UV-geschaltete, magnetosensitive oder elektroaktive Formgedächtnispolymere. Weitere FGP sind jene, deren Formgedächtnis-Effekt ausgelöst wird durch eine Plasma-Behandlung, eine Corona-Behandlung, Mikrowellen zwischen 1 GHz und 300 GHz, eine pH-Wert-Änderung im Bereich zwischen pH 1 und pH 14, die Anwendung einer elektrischen Spannung zwischen 50 µV bis 80000 V, ein elektrischer Strom zwischen 5 µA bis 30000 A oder ein Widerstand von 1 µOhm bis 2000 Ohm. Optisch steuerbare Formgedächtnispolymere sind beispielsweise Butylacrylate, die an ihren Seitenketten über Zimtsäure-Gruppen unter UV-Licht einer bestimmten Wellenlänge vernetzen und die Bindung bei Bestrahlung mit einer anderen Wellenlänge wieder lösen.
Die direkt oder indirekt bewirkte Erwärmung des Formgedächtnispolymeren induziert berührungslos die Rückstellung der Gestalt des aus dem FGP geformten Flüssigkeitsbehälters aus einer temporären, zuvor „programmierten“ Form, in eine vorgegebene primäre Ausgangsform des Behälters. Diese Ausgangsform ist vorteilhafterweise diejenige, die eine kompakte und platzsparende Form mit geringem Raumbedarf aufweist. Daraus ergibt sich die Wiederverwendbarkeit (Umlauf-Prinzip) der vorgeschlagenen Flüssigkeitsbehälter. Ebenso ist es möglich, das FGP der permanenten Form etwa in Gestalt einer 1 Liter Flasche zu fertigen (permanente Form), die durch den Programmiervorgang zu einer 1,5 Liter Flasche (temporäre Form) geweitet wird. Die temporäre Form des Flüssigkeitsbehälters, hier also die 1,5 Liter Flasche, ist diejenige, die mit der entsprechenden Flüssigkeit gefüllt und in Verkehr gebracht wird.
Durch eine an die spezifischen Eigenschaften der FGP-Komponente des Behälters angepasste Wärmezufuhr wird eine jeweils vorteilhafte Form- und Volumenänderung des Behälters bewirkt. Unter spezifischen Eigenschaften einer FGP-Komponente werden beispielsweise dessen Schmelztemperatur, sowie dessen Glasübergangstemperatur (T_g), Kristallisations-Temperatur der Weichsegmente eines Blockcopolymeren und daraus resultierende Formgedächtniseigenschaften, wie das Maß oder der Grad der erreichten Form-Rückstellung (engl. – shape recovery), seine Rückstellgeschwindigkeit und seine Rückstelltemperatur oder Übergangstemperatur (T_trans) verstanden. Weitere Parameter der FGP-Komponente der Vorrichtung sind beispielsweise sein Elastizitätsmodul, seine Härte, seine Scherfestigkeit. Diese Werte ergeben sich beispielsweise aus der chemischen Natur und dem Molekulargewicht des Formgedächtnispolymers oder des Formgedächtnispolymer-Komposits und sind dem Fachmann bekannt. Nachfolgend werden die Begriffe FGP und FGP-Komposit synonym verwandt, so dass der Begriff FGP auch FGP-Komposite umfasst. Ihrer physiko-chemischen Natur nach sind Formgedächtnispolymere makromolekulare Verbindungen, bei denen chemische (kovalente) oder physikalische (nicht kovalente) Vernetzungsstellen zwischen unterschiedlichen Abschnitten der Polymerketten die permanente oder primäre Ausgangsform bestimmen. Beispiele dafür sind Block-Copolymere, insbesondere sogenannte phasensegregierte, lineare Block-Copolymere, die aus "Hart-" und aus "Weich-"Segmenten aufgebaut sind.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel kann das verwendete Formgedächtnispolymer ein thermoplastisches Formgedächtnispolymer sein, insbesondere aus der Gruppe lineare Blockcopolymere, insbesondere Polyurethane und Polyurethane mit ionischen oder mesogenen Komponenten, Blockcopolymere aus Polyethylenterephthalat und Polyethylenoxid, Blockcopolymere aus Polystyrol und Poly(1,4-butadien), ABA Triblock-Copolymere aus Poly-(2-methyl-2-oxazolin) (A-Block) und Polytetrahydrofuran (B-Block), Multiblockcopolymere aus Polyurethanen mit Poly(ε-caprolacton) (PCL)-Schaltsegment, Blockcopolymere aus Polyethylenterephthalat und Polyethylenoxid, Polyurethansysteme, deren Hartsegmentbildende Phase aus Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) oder Toluol-2,4-diisocyanat und einem Diol, insbesondere 1,4-Butandiol, oder einem Diamin und einem Schaltsegment auf der Basis eines Oligoethers, insbesondere Polytetrahydrofuran oder eines Oligoesters, insbesondere Polyethylenadipat, Polypropylenadipat, Polybutylenadipat, Polypentylenadipat oder Polyhexylenadipat besteht, Materialien mit einer Hartsegment-bildenden Phase aus Toluol-2,4-diisocyanat, MDI, Diisocyanaten, die insbesondere aus MDI oder Hexamethylendiisocyanat in Carbodiimid-modifizierter Form und aus Kettenverlängerern, insbesondere Ethylenglycol, Bis(2-hydroxyethyl)hydrochinon oder einer Kombination aus 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und Ethylenoxid aufgebaut sind, deren Schaltsegmentbestimmende Blöcke aus Oligoethern, insbesondere Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polytetrahydrofuran oder aus einer Kombination aus 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und Propylenoxid, oder aus Oligoestern, insbesondere Polybutylenadipat, bestehen, Materialien aus Polynorbornen, Naturkautschuk (cis-1,4-Polyisopren), trans-1,4-Polyisopren, Graft-Copolymere aus Polyethylen/Nylon-6, Blockcopolymere mit polyedrischen oligomeren Silsesquioxanen (POSS), einschließlich den Kombinationen Polyurethan/POSS, Epoxid/POSS, Polysiloxan/POSS, Polymethylmethacrylat/POSS, silikonbasierte FGPe und Materialien aus Poly(cycloocten) ε-caprolacton, Mischungen verschiedener Formgedächtnispolymere (Blends), insbesondere aus high density Polyethylen (HDPE), Ethylen-1-Octen-Copolymeren und kurzkettigen verzweigten PE, Polyvinylchlorid, Ionomeren der Perfluorsulfonsäure, einschließlich Poly(tertafluorethylen)-basierter Polymere wie dem amorphen Thermoplast NAFION^® (DuPont), Polyethylen-Polyvinylacetat-Copolymere, kovalent vernetzte Copolymersysteme aus Stearylacrylat und Ester der Methacrylsäure. EP 1 967 537 beschreibt die Verwendung thermoplastischer Polyurethanelastomere als Formgedächtnispolymere. Ebenso kommen hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen Terephthalat (PET, PETE), Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Fluorid behandeltes HDPE, bereits recyklierte (wiederverwertete) Polymere, Styrol-Butadien Copolymere (SBC) als Formgedächtnispolymere in Betracht. Die Barrierewirkung dieser Materialien kann durch die Besputterung, beispielsweise mit Metallen wie Aluminium, wesentlich gesteigert werden.
Weiterhin können Formgedächtnispolymere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Poly(ester urethan), chemisch quervernetztes semi-kristallines trans-Polyoctenamer, Ethylenoxid-Ethylenterephthalat-Copolymer, Poly(ether urethan), Polynorbornen, Norbonyl-POSS-Hybrid-Copolymer, Copolymer aus Poly(ethylen terephthalat) und Poly(ethylen glycol), Polymer aus dem Monomer tert-Butylacrylat und dem Quervernetzer Diethylenglykol diacrylat, Copolymer der Monomeren Methylmethacrylat und Butylmethacrylat das durch Tetraethylenglykoldimethacrylat quervernetzt ist, Copolymer aus Methylmethacrylat und Poly(ethylenglykol)dimethacrylat, eine chemisch quervernetzte Verbindung auf Basis der Monomere Methacrylsäure, Methylmethacrylat und Poly(ethylen glykol), Copolymer aus Polyethylen oder isotaktischem Polypropylen und einem Cyclodiolefin, insbesondere Vinylcyclohexen, Cyclopentadien, 1,5-Cyclooctadien, 2,5-Norbornadien, 5-Vinyl-2-norbornen, Dicyclopentadien oder 5-Ethyliden-2-norbornen, quervernetztes Poly(vinylchlorid), quervernetztes Ethylen-vinylacetat-Copolymer, Multiblockcopolymere basierend auf zwei kristallisierbaren Segmenten, insbesondere Poly(penta decalacton) (PPD) und PCL-Blöcken und Diisocyanaten, insbesondere 1,6-Diisocyanat-2,2,4-trimethylhexan und 1,6-Diisocyanat-2,4,4-trimethylhexan.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält das Formgedächtnispolymer zumindest ein Polymer, typischerweise Blockcopolymere. Geeignete Polymere umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, segmentierte Blockcopolymere umfassend ein oder mehrere harte Segmente und ein oder mehrere weiche Segmente; polyester-basierte thermoplastische Polyurethane; polyether-basierte Polyurethane; Polyethylenoxid; Poly(ether ester)-Blockcopolymere; Polyamide; Poly(amidester); Poly(etheramid)-Copolymere; Polyvinylalcohol (PVA); Polyvinylpyrolidon (PVP); Polyvinylpyridin; Polyacrylsäure; Polymethacrylsäure; Polyasparaginsäure; Maleinsäureanhydrid-Methylvinylether Copolymere verschiedener Hydrolysegrade; Polyvinylmethylether Copolymere von Polyacrylsäure und Polyacrylestern und deren Gemische. Typischerweise enthält die Formgedächtnispolymer-Matrix ein segmentiertes Blockcopolymer umfassend ein oder mehrere harte Segmente und ein oder mehrere weiche Segmente, wobei entweder das weiche Segment, das harte Segment, oder beide funktionelle Gruppen oder Rezeptorbindungsstellen aufweisen, die auf einen externen Stimulus reagieren.
Weiterhin ist typisch, dass das segmentierte Blockcopolymer ein Elastomer darstellt. Geeignete Formgedächtnispolymere sind verformbare Elastomere zur Anwendung für die vorliegende Erfindung und umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyurethan-Elastomere, Polyether-Elastomere, Poly(ether amid)-Elastomere, Polyether Polyester Elastomere, Elastomere auf der Basis von Polyamid, thermoplastische Polyurethane, Poly(ether-amid)-Block-Copolymere, thermoplastische Kautschuke wie unvernetzte Polyolefine, Styrol-Butadien-Copolymere, Silikonkautschuke, synthetischen Kautschuk wie Nitril-Kautschuk, Butylkautschuk, Ethylen-vinylacetat-Copolymer, Styrolisopren-Copolymere, Styrol-ethylen-butylen-Copolymere und deren Mischungen. Einige nicht-elastomere Polymere können ebenso verwendet werden. Diese Polymere bieten einen gewissen Formgedächtniseffekt nachdem sie einem externen Stimulus ausgesetzt waren. Beispiele nicht-elastomerer Polymere, die für die vorliegende Erfindung nützlich sind, umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Polyethylenoxid, Copolymere der Polymilchsäure, sowie Gemenge, Gemische und Mischungen derselben.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die FGP-Matrix ein Polyurethan. Für die vorliegende Erfindung geeignete Polyurethane umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, aromatische Polyurethane auf der Basis von Polyestern, aliphatische Polyurethane auf der Basis von Polyestern, aliphatische und aromatische Polyurethane auf der Basis von Polyethern, sowie Gemenge, Gemische und Mischungen dieser Polyurethane. Solche Polyurethane sind kommerziell verfügbar, beispielsweise von Huntsman Polyurethanes (Chicago, Illinois, USA). Beispiele spezifischer Polyurethane, die gemäß vorliegender Erfindung verwendet werden können umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein, Produkte mit den Handelsnamen MORTHANE^® PS370-200, MORTHANE^® PS79-200, MORTHANE^® PN3429, und MORTHANE^® PE90-100. Andere thermoplastische Polyurethane die für die beschriebenen Anwendungen verwendbar sind, können unter dem Handelsnamen ESTANE^® Polyurethan von BF Goodrich Performance Materials bezogen werden. Ein weiteres für die Anwendung in Frage kommendes Polymer ist das thermoplastisch verarbeitbare FGP Essemplex^TM der Firma CRG Industries. Je nach chemischer Zusammensetzung liegt die Schalttemperatur, die einem Glasübergang entspricht, bei 34°C (Essemplex^TM AF 34) respektive 43°C (Essemplex^TM AB 43).
Gemäß einem weiteren Anwendungsbeispiel der beschriebenen Erfindung umfasst das Formgedächtnispolymer ein Poly(ether amid)-Elastomer. Poly(ether amid)-Elastomere, die für die vorliegende Erfindung verwendet werden können, sind beispielsweise von der Fa. Arkema, Inc. (Philadelphia, Pasadena) zu beziehen. Beispiele solcher Poly(ether amide)-Elastomere umfassen Elastomere der PEBAX^®-Serien, welche, ohne darauf beschränkt zu sein, PEBAX^® 2533, PEBAX^® 3533, und PEBAX^® 4033 umfassen. In Poly(ester urethanen) lassen sich Schaltsegmentblöcke u.a. aus Poly(ε-caprolacton)-diolen mit zahlenmittleren Molekulargewichten zwischen 1600 und 8000 aufbauen. Die Schalttemperatur für den Formgedächtniseffekt kann je nach Gewichtsanteil des Schaltsegments (Variation zwischen 50 und 90 Gewichts-%) und Molekulargewicht der Poly(ε-caprolacton)diole zwischen 44 und 55°C variieren. Die Kristallisationstemperaturen liegen zwischen 25 und 30°C. Die zum Schalten von Polyethylenterephtalat (PET) nutzbaren Glasübergangstemperaturen liegen im Bereich von 70 bis 80°C.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel werden polyadipat-basierte Poly(ester urethane) verwendet. Diese Polymere sind gut charakterisiert und eigenen sich für die beschriebene Anwendung. Die Schalttemperatur ihrer Weichsegmente liegt bei 37°C und die Kristallisationstemperatur deutlich unterhalb der Raumtemperatur << 10°C. Hinzu kommt, dass das Material über ausreichende Formgedächtniseigenschaften (Formrückstellbarkeit, Fixierbarkeit) verfügt und langzeitstabil ist. Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel kann das Formgedächtnispolymer ein elastomeres Formgedächtnispolymer, insbesondere aus der Gruppe Polyvinylchlorid, Polyethylen-Polyvinylacetat-Copolymere, kovalent vernetzte Copolymersysteme aus Stearylacrylat und Ester der Methacrylsäure sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können zur Fertigung der hier beschriebenen funktionalen Flüssigkeitsbehälter Blockcopolymere bestehend aus trans-Polyisopren und Urethanen verwendet werden. Derartige Formgedächtnispolymere zeigen einen ausgeprägten Formgedächtniseffekt. Ihre Rückstelltemperatur liegt bei 65°C, die Kristallisationstemperatur ist abhängig von der chemischen Zusammensetzung und kann zwischen 0 und 30°C eingestellt werden. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen wird die Glasübergangstemperatur (T_g) und damit die Elastizität des Formgedächtnispolymers bei Raumtemperatur über die molare Zusammensetzung der für die Formgedächtnispolymer-Matrix verwendeten Reaktionspartner (Rohmaterialien) eingestellt. Über das Formulierungsverhältnis der zur Herstellung des jeweiligen Polyurethans verwendeten Polyole und Diisocyanate sowie der gewählten Kettenverlängerer kann ein der jeweiligen Anwendung angepasster Wert eingestellt werden. Beispielhaft sind vierzig Formulierungen für den Erhalt einer Formgedächtnispolymer-Matrix aus verschiedenen Komponenten (Rohmaterialien) in Anlehnung an US 5,145,935 in der nachfolgenden Tabelle angeführt.
Die generelle Formel der 40 synthetischen Polyurethan-Elastomere lautet:
HOR''OCONH(RNHCOOR'OCONH')nRNHCOOR''OCONH(RNHCOOR'OCONH)mRNHCOOR''OH mit m = 1~16, n = 0~16.
Zur Herstellung der Flüssigkeitsbehälter bietet sich das Spritzgießen an. Dazu wird mit einer Spritzgießmaschine das thermoplastisch verarbeitbare FGP in einer Spritzeinheit plastifiziert und in ein Spritzgießwerkzeug eingespritzt. Nach der Entnahme des Flüssigkeitsbehälters aus dem Spritzgießwerkzeug und nach dem Erkalten des FGP liegt das FGP in seinem sogenannten permanenten Zustand vor. Der Flüssigkeitsbehälter weist hierbei das geringere zweite Fassungsvolumen auf, ist typischerweise dickwandig und nimmt insgesamt weniger Raum ein, als in expandiertem und gefülltem Zustand, der einem ersten Schaltzustand des FGP entspricht.
Vorteilhafterweise gewährleistet die mittels Spritzguß erhaltene permanente Form eine äußerst kompakte Stapelung oder Schüttdichte gleichartiger Behälter. Die Raumform des Flüssigkeitsbehälters, die durch die permanente Form des FGP (in dessen zweitem Schaltzustand) bestimmt wird, kann dazu erheblich von der (temporären) Raumform des Flüssigkeitsbehälters mit dem ersten (größeren) Fassungsvolumen abweichen, das durch das FGP in dessen erstem Schaltzustand bestimmt wird.
Die Form für den Spritzguß des Flüssigkeitsbehälters setzt sich aus wenigstens zwei Teilen zusammen, bestehend aus einer inneren Form und einer äußeren abnehmbaren Form, die so konzipiert ist, dass sie in mehrere Teile zerlegbar ist. Der Zwischenraum zwischen der inneren und der äußeren Form bestimmt die Form des spritzgegossenen Flüssigkeitsbehälters in dessen kompakterer Form, die durch den permanenten Zustand des FGP bestimmt wird und einem geringeren Fassungsvolumen entspricht.
Die Erzeugung eines zur Befüllung vorbereiteten Flüssigkeitsbehälters erfolgt beispielsweise, indem der mit seiner Öffnung an eine Fluid-Zuleitung angeschlossene Flüssigkeitsbehälter nach dem Spritzguß oder Spritz-Blasen von außen durch eine Form umhüllt wird, die der Gestalt des vollständig gefüllten Flüssigkeitsbehälters entspricht. Ebenso ist es möglich, nur einzelne Abschnitte der Wandung des Flüssigkeitsbehälters der permanenten Form zu erwärmen und zu verformen. Durch die Beaufschlagung des Flüssigkeitsbehälters mit einem geheizten Fluid, beispielsweise Wasserdampf oder Heißluft, bei einem Druck von beispielsweise 4 × 10⁶ Pascal wird die Wandung des Flüssigkeitsbehälters aufgeweitet und gegen die äußere Form gepresst. Dabei oder danach kühlt sich das FGP des Behälters ab und erstarrt. Auf diese Weise erfolgt die „Programmierung“ des FGP.
Der für ein Verfahren zur Überführung des beschriebenen Flüssigkeitsbehälters aus einem ersten Schaltzustand des FGP (der ein erstes Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters definiert) in einen zweiten Schaltzustand des FGP (der ein zweites Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters definiert) wesentliche Schritt umfasst die Erwärmung des Flüssigkeitsbehälters auf eine Temperatur bei oder oberhalb der Schalttemperatur des FGP. Dabei wird die Polymermasse weder geschmolzen, noch angeschmolzen. Die zum Schalten genutzte Temperatur liegt damit deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des FGP. Die Schmelztemperatur wird nicht annähernd erreicht und erst recht nicht überschritten.
Bei der „Programmierung“ wird das Formgedächtnispolymer infolge des aufgebauten Drucks so verformt, dass es direkt die Oberflächenkontur der inneren Oberfläche der Außenform annimmt. Ein dafür geeignetes Verfahren ist das Streck-Blasen. Die größere (temporäre) Form des Behälters wird dann durch Abkühlen des FGP unter Aufrechterhalten des Drucks auf eine Temperatur unterhalb der Formfixierungstemperatur (Glasübergangs- oder Kristallisationstemperatur) fixiert. Nun können die äußere Form und Flüssigkeitsbehälter voneinander getrennt werden. Der ausgeformte Flüssigkeitsbehälter mit dem größeren Fassungsvolumen kann nun mit der ihm zugedachten Flüssigkeit gefüllt oder/und etikettiert werden.
Als Alternative dazu bietet sich das Kaltverformen des zunächst kleineren kleineren Flüssigkeitsbehälters an, um den Flüssigkeitsbehälter zur Befüllung vorzubereiten. Hier wird ähnlich vorgegangen wie vorstehend beschrieben, allerdings wird von einem Formgedächtnispolymer ausgegangen, das sich bei einer Temperatur unterhalb seiner Schalttemperatur in einem schwerer zu verformenden Zustand befindet. Dementsprechend ist ein höherer Luftdruck (5 × 10⁴ bis 5 × 10⁶ Pascal) als beim Verformen in der Wärme (oberhalb der Schalttemperatur, aber unterhalb der Schmelztemperatur des FGP) erforderlich. Um eine gute Fixierung der (temporären) Form des Flüssigkeitsbehälters sicherzustellen, wird die Umgebungstemperatur nach dem Kaltverformen unter Aufrechterhalten des Drucks auf eine Temperatur abgesenkt, die unterhalb der Formfixierungstemperatur (d.h. der Kristallisationstemperatur des FGP oder der Glasübergangstemperatur des FGP – je nach dem welches FGP verwendet wird) liegt.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft an Hand von Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1 eine schematische Ansicht der Rückverformung eines geleerten Flüssigkeitsbehälters;
2 die Volumenreduktion einer mit FGP gebildeten Flasche;
3 die Volumenreduktion eines mit FGP gebildeten Flüssigkeitscontainers:
4 die Volumenreduktion einer Flasche mit stabilem Verschlußteil und Boden;
5 die Volumenreduktion eines Flüssigkeitscontainers mit formkonstanter Öffnung und Stellfläche;
6 das Aufbau- und Funktionsschema eines Gerätes zur selbsttätigen Rücknahme, Volumenreduktion und Ausgabe von Flüssigkeitsbehältern der beschriebenen Art.
1 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter 1 mit einer Öffnung 2. Die Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 weist ein Formgedächtnispolymer (FGP) auf und ist mit einer Öffnung 2 versehen, die im Wesentlichen gegenüber dem zu einer Stellfläche 3 ausgeformten unteren Teil der Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 liegt. Nach einer oder mehreren Ausführungsformen umfasst die Stellfläche das gleiche FGP, wie das im übrigen Teil der Wandung. Der Flüssigkeitsbehälter 1 hat in einem ersten Schaltzustand, der einem temporären Schaltzustand des FGP entspricht ein größeres Fassungsvolumen, als im zweiten Schaltzustand, der einem permanenten (herstellungsbedingten) Schaltzustand des FGP entspricht. Ein Flüssigkeitsbehälter 9 im zweiten Schaltzustand des FGP ist auf der rechten Bildhälfte gezeigt. Auch dieser Flüssigkeitsbehälter kann eine Öffnung und einen als Stellfläche ausgebildeten Boden haben. Nach einer Ausführungsform können einzelne Abschnitte, Zonen oder einzelne Bereiche der Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 durch eine entsprechend lokal begrenzte Einwirkung des externen Stimulus 15 unabhängig von benachbarten Abschnitten, Zonen oder Bereichen der Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 in den zweiten Schaltzustand wechseln. Die das FGP aufweisende Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 ist im zweiten Schaltzustand (permanente Form des FGP) dicker, als beim ersten Schaltzustand des FGP (temporäre Form des FGP). Daraus ergibt sich auch, dass das Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters 1 in dessen erstem Schaltzustand größer ist, als jenes des Flüssigkeitsbehälters 9 im zweiten Schaltzustand (permanente Form des FGP).
Die Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 kann mit einer Markierung 55 oder einem Etikett 55 versehen sein, das Informationen über das FGP oder über den Inhalt des Flüssigkeitsbehälters oder/und über mögliche Verfallsdaten trägt. Derartige Informationen können in einer gängigen Verkehrssprache verfasst und lesbar aber auch ausschließlich oder zumindest teilweise maschinell lesbar sein oder Piktogramme umfassen. Ebenso sind zweidimensionale Etiketten und/oder Label möglich, die gesondert aufgebracht, unmittelbar in der Wandung, beispielsweise durch Ablation der Wandung mittels eines Excimer-Lasers (z.B. NdYAG Laser) gefertigt, oder durch Einbringen eines RFID-Bausteins oder eines Hologramms erzeugt werden können.
In der 1 ist schematisch gezeigt, wie der vorgeschlagene geleerte Flüssigkeitsbehälter 1 im ersten Schaltzustand des FGP seiner Wandung 4 einem externen Stimulus 15 ausgesetzt wird. Der externe Stimulus 15 erwärmt die Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 auf eine Temperatur bei oder etwas oberhalb der Schalttemperatur des FGP. Dabei wird die Schmelztemperatur des jeweiligen Polymers jedoch nicht, auch nicht annähernd, erreicht. Der externe Stimulus 15 kann auch umfassen: eine Plasma-Behandlung, eine Corona-Behandlung, Mikrowellen zwischen 1 GHz und 300 GHz, eine pH-Wert-Änderung im Bereich zwischen pH 1 und pH 14, die Anwendung einer elektrischen Spannung zwischen 50 µV bis 80000 V, ein elektrischer Strom zwischen 5 µA bis 30000 A oder ein Widerstand von 1 µOhm bis 2000 Ohm.
Im Ergebnis der Einwirkung des von außen oder von innen auf die Wandung 4 einwirkenden externen Stimulus 15 ist das Raumvolumen, der Platzbedarf, bzw. das Fassungsvolumen des Behälters deutlich reduziert. Diese Eigenschaft der deutlichen Reduktion des Platzbedarfs des Flüssigkeitsbehälters 1 wird über die Verwendung eines Formgedächtnispolymers in der Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 erreicht. Bekanntermaßen lassen sich Formgedächtnispolymere aus einem temporären in einen permanenten Zustand zurückversetzen. Während der extern ausgelösten Schrumpfung 50 reduziert sich die Gesamtfläche der durch das FGP ausgebildeten Wandung 4, beispielsweise auch an dem als Stellfläche 3 ausgebildeten Teil. Typischerweise nimmt die Dicke der Wandung 4 dabei zu. Üblicherweise wird zur Zustandsänderung des FGP eine direkte oder indirekte Erwärmung des FGP genutzt.
2 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter 1 in Form einer Flasche 10. Die Wandung 4 der Flasche 10 weist ein Formgedächtnispolymer (FGP) auf und ist über einer als Flaschenhals ausgeformten Verjüngung 11 zu einer mit einem Gewinde versehenen Öffnung 12 ausgeformt. Die Flasche 10 hat bei einem ersten Schaltzustand des FGP ein größeres Fassungsvolumen, als im zweiten Schaltzustand des FGP. Im zweiten Schaltzustand des FGP hat eine derartige Flasche 19 ein geringeres Fassungsvolumen. Im rechten Teil der 2 ist eine solche Flasche 19 im zweiten Schaltzustand des FGP gezeigt. Auch diese Flasche hat eine Öffnung und einen als Stellfläche ausgebildeten Boden. Die das FGP aufweisende Wandung 4 der Flasche 19 ist im zweiten Schaltzustand des FGP dicker, als beim ersten Schaltzustand des FGP (hier nicht gezeigt). Die Wandung 4 der Flasche 10 kann mit einer Markierung 55 oder einem Etikett 55 zur Speicherung von Informationen versehen sein. Die im oder auf dem Etikett 55 oder der Markierung 55 gespeicherten Daten können der Information des Verbrauchers dienen, beispielsweise über den Inhalt des Flüssigkeitsbehälters oder /und über mögliche Verfallsdaten. Derartige Informationen können in einer gängigen Verkehrssprache verfasst und lesbar sein. Ebenso können die gespeicherten Daten aber auch ausschließlich oder zumindest teilweise maschinell lesbar sein und Informationen über das FGP, die den Schaltzustand ändernden Bedingungen betreffen oder einen Zähler über die insgesamt bereits absolvierten Schaltzustände tragen. Ebenso kann das Etikett 55 oder die Markierung 55 ein Piktogramm umfassen. Weiterhin kann das Etikett als zweidimensionale Markierung ausgeführt sein oder beispielsweise einen RFID (engl. – radio frequency identification tag) oder ein Histogramm umfassen.
Die 2 gibt einen schematischen Überblick über die Volumenreduzierung einer Flasche 10, die sich im Ergebnis der Einwirkung eines externen Schaltimpulses 15 oder eines externen Signals 15 oder einer direkten Wärmezufuhr 15 vollzieht. Die Volumenreduzierung führt bei gleicher Masse zu einer wesentlich kompakteren Form der Flasche 19. Die Lagerung bzw. der Transport einer volumenreduzierten Flasche 19 erfordert daher einen wesentlich geringeren Platz- und Raumbedarf.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann das hier schematisch gezeigte Gewinde der Öffnung 12 ebenso durch eine genormte Rast oder Pass-Verbindung für einen dichtenden Verschluß ausgeführt sein. Gemäß typischen Ausführungsformen ist der Flüssigkeitsbehälter wiederholt fluidisch dichtend verschließbar. Die ein FGP umfassende Wandung 4 kann am Boden der Flasche 10 als Stellfläche 13 ausgebildet sein. Damit weist die Wandung 4 in allen ihren Teilen, am Boden wie auch an der Öffnung das gleiche FGP auf. Die Wandung 4 kann an einer beliebigen Stelle eine Markierung 55 oder ein Etikett 55 tragen. Ebenso kann die Flasche 10, 19 mit einem erhabenen, eingeprägten oder anders kenntlichen Kennzeichen 55, einem Schriftzug 55, Symbol 55, Piktogramm 55 oder etwa einem Strichcode 55 versehen sein. Weiterhin kann das Etikett als zweidimensionale Markierung ausgeführt sein oder beispielsweise einen RFID (engl. – radio frequency identification tag) 55 oder ein Histogramm 55 umfassen.
3 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter/Emballage in Form eines Containers 20. Die Wandung 4 des Containers weist ein Formgedächtnispolymer (FGP) auf und ist zu einer Öffnung 22 ausgeformt. Der Container 20 hat bei einem ersten Schaltzustand des FGP ein größeres Fassungsvolumen, als im zweiten Schaltzustand des FGP. Im zweiten Schaltzustand des FGP hat ein derartiger Container 29 ein geringeres Fassungsvolumen. Im rechten Teil der 3 ist ein solcher Container 29 im zweiten Schaltzustand des FGP gezeigt. Auch dieser Container kann eine Öffnung und einen als Stellfläche 23 ausgebildeten Boden haben. Die das FGP aufweisende Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters in Form eines Containers 29 ist im zweiten Schaltzustand des FGP dicker, als beim ersten Schaltzustand des FGP.
Die Wandung 4 des Containers 20 kann mit einer Markierung 55 oder einem Etikett 55 zur Speicherung von Informationen versehen sein. Die im oder auf dem Etikett 55 oder der Markierung 55 gespeicherten Daten können der Information des Verbrauchers dienen, beispielsweise über den Inhalt des Flüssigkeitsbehälters oder/und über mögliche Verfallsdaten. Derartige Informationen können in einer gängigen Verkehrssprache verfasst und lesbar sein. Ebenso können die gespeicherten Daten aber auch ausschließlich oder zumindest teilweise maschinell lesbar sein und Informationen über das FGP, die den Schaltzustand ändernden Bedingungen betreffen oder einen Zähler über die insgesamt bereits absolvierten Schaltzustände tragen. Ebenso kann das Etikett 55 oder die Markierung 55 ein Piktogramm umfassen oder etwa mit einem Strichcode 55 versehen sein. Weiterhin kann das Etikett als zweidimensionale Markierung ausgeführt sein oder beispielsweise einen RFID (engl. – radio frequency identification tag) 55 oder ein Histogramm 55 umfassen.
Insgesamt zeigt 3 die Volumenreduktion 200 beim Auslösen des Formgedächtniseffekts des FGP durch einen externen Stimulus 15. Der externe Stimulus 15 kann ein externes Signal 15, die Exposition gegenüber UV, IR oder hochfrequenten elektrischen oder magnetischen Feldern oder Radiofrequenzen sein. Ebenso kann auch unmittelbare Wärmezufuhr 15 denn hier schematisch gezeigten Formübergang des FGP auslösen. Weitere Faktoren zur Auslösung des gezeigten Formübergangs sind eine Plasma-Behandlung, eine Corona-Behandlung, Mikrowellen zwischen 1 GHz und 300 GHz, eine pH-Wert-Änderung im Bereich zwischen pH 1 und pH 14, die Anwendung einer elektrischen Spannung zwischen 50 µV bis 80000 V, ein elektrischer Strom zwischen 5 µA bis 30000 A oder ein Widerstand von 1 µOhm bis 2000 Ohm. Im Ergebnis der Volumenreduktion 200 hat der Container 29 eine wesentlich kompaktere Form und damit einen deutlich verminderten Platz- und Raumbedarf.
Die schematisch gezeigte Öffnung 22 ist vorteilhafterweise in Form eines genormten Rast-, Pass-, oder Schraubverschlusses gestaltet. Gemäß typischen Ausführungsformen ist der Container 20 wiederholt fluidisch dichtend verschließbar.
4 zeigt eine Flasche 30 mit einem Boden 33 deren Wandung 4 mit einer zum Flaschenhals ausgeformten Verjüngung 31 versehen ist. Die Öffnung 32 der Flasche 30 weist ein Gewinde auf. In der hier gezeigten Ausführung ist der Hals 31 und die Öffnung 32 sowie der zur Stellfläche ausgeformte Boden 33 der Flasche 30 in ein und demselben Material ausgeführt, das eine permanente Form P hat. Mit Hilfe eines externen Stimulus 15 oder eines Signals 15 wird eine Volumenreduktion 300 des verbleibenden Teils der Wandung 4 der ein FGP aufweist erzielt. Die Volumenreduktion 300 führt zu einer wesentlich kompakteren Form der Flasche 39 mit einem deutlich verminderten Bedarf an Stellplatz und Raum.
Die Volumenreduktion 300 wird wie hier schematisch gezeigt somit im Wesentlichen durch eine Reduktion der Höhe der Flasche 39 gegenüber der Höhe der ursprünglichen Flasche 30 erreicht. Nach einer oder mehreren Ausführungsformen werden unterschiedliche Teile der Flasche in unterschiedlichem Masse verformt d.h. unterschiedlich programmiert, so dass sich beliebige Gestaltungsmöglichkeiten für die temporäre Form der Flasche ergeben und beliebige Formen realisierbar sind.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Volumen eines Flüssigkeitsbehälters nach Art der in 4 gezeigten Flasche 30 dem durch eine zwischenzeitliche Entnahme jeweils erreichten Volumen der gehälterten Flüssigkeit angepasst werden kann. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, die Größe des Flüssigkeitsbehälters stets dem tasächlich gehälterten Flüssigkeitsvolumen anzupassen. Das bietet den besonderen Vorteil, dass die gehälterte Flüssigkeit beim Transport der Emballage wenig geschüttelt oder aufgewirbelt wird und ihre Aufbewahrung raumsparend erfolgen kann.
5 zeigt einen Container 40, dessen oberer Teil 41, dessen Öffnung 42 und dessen jenen gegenüberliegender Boden 43 in einem Material ausgeführt sind, das formbeständig ist und eine permanente Form P hat. Mit Hilfe eines externen Stimulus 15 oder eines Signals 15 wird eine Flächenreduktion des verbleibenden Teils der Wandung 4 zwischen oberem Teil 41 und dem Boden 43 bewirkt. Diese Flächenreduktion der Wandung 4 einer temporären Form T bewirkt eine Volumenreduktion 400 des Behälters.
Die erreichte Verkleinerung führt zu einem deutlich verminderten Raumbedarf des Flüssigkeitsbehälters. Die Volumenreduktion 400 wird durch die Reduktion der Höhe des Containers 41, bzw. 49 bei Beaufschlagung des geleerten Containers mit einem Stimulus 15, einem externen Signal 15 oder durch unmittelbare Erwärmung oder Kontakt mit einem warmen Fluid, beispielsweise mit einer Warmwasserdusche oder in einem einer Heißluftstrom erreicht. Die Beaufschlagung mit einem externen Stimulus 15 kann auch umfassen: eine Plasma-Behandlung, eine Corona-Behandlung, Mikrowellen zwischen 1 GHz und 300 GHz, eine pH-Wert-Änderung im Bereich zwischen pH 1 und pH 14, die Anwendung einer elektrischen Spannung zwischen 50 µV bis 80000 V, ein elektrischer Strom zwischen 5 µA bis 30000 A oder ein Widerstand von 1 µOhm bis 2000 Ohm.
Die schematisch gezeigte Öffnung 42 ist vorteilhafterweise in Form eines genormten Verschlusses, beispielsweise in Form eines Rast-, Pass-, oder Schraubverschlusses gestaltet. Gemäß typischen Ausführungsformen ist auch dieser Container 40 wiederholt fluidisch dichtend verschließbar. Die Wandung 4 des Containers 40 kann erhabene, eingeprägte oder anders aufgebrachte optisch, elektronisch, oder haptisch bzw. taktil wahrnehmbare Kennzeichen 55, Markierungen 55, Schriftzüge 55, Symbole 55 oder maschinenlesbare Informationen tragen, beispielsweise kann sie einen Strichcode 55 aufweisen. Weiterhin kann das Etikett als zweidimensionale Markierung ausgeführt sein oder beispielsweise einen RFID (engl. – radio frequency identification tag) 55 oder ein Histogramm 55 umfassen.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass das Volumen des Flüssigkeitsbehälter nach Art des in 5 gezeigten Containers 40, 49 dem durch eine schrittweise Entnahme jeweils erreichten Flüssigkeitsvolumen angepasst werden kann.
Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass die Größe des Flüssigkeitsbehälters stets dem tatsächlich gehälterten Flüssigkeitsvolumen entspricht. Das bietet den besonderen Vorteil, dass die gehälterte Flüssigkeit beim Transport der Emballage wenig geschüttelt oder aufgewirbelt wird und ihre Aufbewahrung insgesamt wenig Platz bzw. Raum erfordert und so insgesamt verminderte Transport- und Lagerkosten verursacht.
Alle in den 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen haben gemeinsam, dass sie im gefüllten Zustand des gezeigten Flüssigkeitsbehälters 1, 10, 20, 30, 40 ein größeres Fassungsvolumen haben, als unmittelbar nach ihrer Herstellung, z.B. mittels Spritzguß, oder nachdem sie im geleerten oder zumindest teilweise geleerten Zustand einem Volumenreduktionsschritt 50, 100, 200, 300, 400 mit Hilfe eines externen Stimulus 15 unterzogen wurden.
Der hier beschriebene Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 umfassend eine Gefäßwandung 4 die ein Formgedächtnispolymer (FGP) aufweist, kann in verschiedenen Raumformen vorliegen. Typische Raumformen sind beispielsweise rotationssymmetrische Körper nach Art einer Flasche, einer Tonne oder eines Fasses. Dabei kann eine Öffnung einer Tonne oder eines Fasses auch fernab der zentralen Symmetrieachse oder auf der seitlichen Außenfläche liegen. Ebenso umfasst der beschriebene Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 kubische Formen oder Polyeder, beispielsweise pyramidale oder tetraedrische Gebilde. Der Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 weist bei einem ersten Schaltzustand des Formgedächtnispolymers (FGP) ein erstes Fassungsvolumen auf und weist bei einem zweiten Schaltzustand des FGP ein zweites Fassungsvolumen auf, wobei das zweite Fassungsvolumen geringer als das erste Fassungsvolumen ist.
Flüssigkeitsbehälter, Flaschen, Container, Getränkeverpackungen oder andere Emballagen aus FGP werden in ihrer sogenannten permanenten Form hergestellt. Ihre Größe (das Füllvolumen) ist zunächst klein (beispielsweise 100 ml bei einem späteren Zielvolumen von 1,5 Litern).
Unmittelbar nach der Herstellung ist die Wandung 4 der Flüssigkeitsbehälter eher dick (z.B. 0,5 cm) und ihre Form insgesamt eher kompakt. Infolge der Programmierung, die beispielsweise durch – Erwärmen über die Schalttemperatur T_trans (z.B. 60 °C), – das gleichzeitige oder nachfolgende Aufbringen eines hohen Drucks an der Öffnung 2, 12, 22, 32, 42 des Flüssigkeitsbehälters 9, 19, 29, 39, 49 aus FGP und – Anpressen der Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters 9, 19, 29, 39, 49 gegen die Fläche einer äußeren Form und nachfolgendes Abkühlen erfolgen kann, erhält ein Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 die ihm zugedachte Form mit einem entsprechenden Fassungsvolumen. Das erwähnte Anpressen der noch über die Schalttemperatur des FGP, jedoch weit unter der Schmelztemperatur des FGP temperierten Wandung 4 erfolgt beispielsweise mit einem Druck von 1 × 10⁴ Pascal bis 5 × 10⁶ Pascal. Unter Abkühlen wird eine Erniedrigung der Temperatur des FGP der Wandung 4 unter die Formfixierungstemperatur des FGP verstanden. Je nach gewähltem FGP kommen die Glasübergangstemperatur T_g oder die Kristallisationstemperatur T_c als Formfixierungstemperaturen in Betracht. Mit Abschluss des vorstehend beschriebenen Verfahrens steht der Flüssigkeitsbehälter zur Befüllung bereit.
Die Überführung des Flüssigkeitsbehälters 1, 10, 20, 30, 40 aus einem ersten Schaltzustand des FGP, der ein erstes Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters definiert, in einen zweiten Schaltzustand des FGP, der ein zweites Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters 9, 19, 29, 39, 49 definiert, zeichnet sich wesentlich durch die Erwärmung des Flüssigkeitsbehälters 1, 10, 20, 30, 40 auf eine Temperatur bei oder oberhalb der Übergangstemperatur (T_trans) des FGP aus. Bei keinem der Verfahrensschritte wird die Polymermasse geschmolzen oder gar angeschmolzen. Die zur Änderung des Schaltzustandes genutzte Temperatur liegt damit stets deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des FGP. Die Schmelztemperatur wird nicht erreicht, auch nicht annähernd und erst recht nicht überschritten. Die Schmelztemperatur wird ebenso nicht annähernd erreicht und erst recht nicht überschritten, wenn der Flüssigkeitsbehälter 9, 19, 29, 39, 49 aus einem zweiten Schaltzustand des FGP, der einem zweiten, geringeren Fassungsvolumen des Behälters entspricht, in den ersten Schaltzustand des FGP (dessen permanente Form) überführt wird.
Die erste Form der Verpackung ist, in Bezug zum FGP, eine temporäre Form. Der Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 zeichnet sich in seiner temporären Form durch eine dünne Wandung 4 aus. Die Wandung 4 ist jetzt z.B. lediglich 0,5 mm stark. In dieser temporären und unter Nutzungsbedingungen beständigen Form wird der Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 mit der ihm zugedachten Flüssigkeit befüllt und beispielsweise über den Handel vertrieben.
Zusätzlich zum beschriebenen thermischen Programmieren des FGP bietet sich als Alternativszenario auch das Kaltverstrecken des Formgedächtnispolymers an. Unter dem Kaltverstrecken des FGP versteht man eine Verformung der permanenten Form des Flüssigkeitsbehälters bei Temperaturen unterhalb seiner Schalttemperatur. Auch hier weist der Flüssigkeitsbehälter in der durch Kaltverstrecken erzielten temporären Form eine dünnere Wandung und ein größeres Fassungsvolumen auf. Der Grat der im Ergebnis des Schaltvorganges 50, 100, 200, 300, 400 erreichten Rückverformung des Flüssigkeitsbehälters 1, 10, 20, 30, 40 wächst, wenn der erste Zyklus von Programmierung und Schalten unmittelbar nach der Herstellung des Flüssigkeitsbehälters wiederholt wird. Durch diese doppelte Aufeinanderfolge von zwei Programmier- und Rückstellprozessen (Schaltvorgängen) wird die Reproduzierbarkeit des Schaltvorganges 50, 100, 200, 300, 400 und die Formgenauigkeit des Flüssigkeitsbehälters 9, 19, 29, 39, 49 in seiner geschrumpften Form signifikant erhöht.
Nachdem der Verbraucher die Flasche, beispielsweise eine Getränkeverpackung geleert und einem speziell angepassten Leergutrücknahmesystem zugeführt hat, wird innerhalb des Leergutrücknahmesystems oder in dessen Nähe, oder beispielsweise auch in der Nähe zu einer Sortiereinheit der FG-Effekt durch Erwärmen über T_trans (z.B. 60 °C) ausgelöst.
Dabei schrumpft der Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40, z.B. eine Flasche/Getränkeverpackung entgegen der Programmierungsrichtung. Das FGP des Behälters nimmt seinen zweiten Schaltzustand und der Behälter nimmt wieder die herstellungsbedingt permanente Form an, die einen geringeren Raumbedarf hat. Dabei ist es hilfreich, wenn der Verschluss zuvor leicht geöffnet wird.
Vorteilhafterweise werden Flüssigkeitsbehälter in gefülltem Zustand bei Temperaturen unterhalb der Schalttemperatur (T_trans) des FGP gelagert, da sonst der Formgedächtnis-Effekt ausgelöst werden kann.
Der Flüssigkeitsbehälter weist in einem ersten Schaltzustand, welcher der temporären Form des FGP entspricht, wie auch in seiner zweiten Form, welche der permanenten Form des FGP entspricht, ein bestimmtes Fassungsvolumen auf. Beide Fassungsvolumina unterscheiden sich voneinander. Das Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40 wird durch die Raumform seiner Wandung 4 bestimmt. Im Ergebnis der Schaltvorgänge 10, 100, 200, 300, 400 ändert sich die Stärke bzw. Dicke der Wandung 4. Diese Zunahme der Dicke der Wandung 4 nach dem Sachaltvorgang kann – bezogen auf die Wandung 4 – auch abschnittsweise erfolgen. In jedem Falle ist das Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters 1, 10, 20, 30, 40 im ersten Schaltzustand größer als das des Flüssigkeitsbehälters 9, 19, 29, 39, 49 im zweiten Schaltzustand.
Typische Größen des ersten, größeren und temporären, aber unter den Bedingungen vollständiger Befüllung beständigen, Fassungsvolumens des Flüssigkeitsbehälters liegen zwischen 50 Milliliter (ml) und 1500 Liter (l), typischerweise zwischen 250 ml und 25 l, vorteilhafterweise zwischen 500 ml und 2500 ml. Typische Größen des zweiten (geringeren) Fassungsvolumens des Flüssigkeitsbehälters liegen zwischen 5 ml und 10 l, typischerweise zwischen 50 ml und 1000 ml.
Es ist augenscheinlich, dass die mit dem Schaltvorgang erreichbare Volumenreduktion für Flüssigkeitsbehälter mit formstabilen Böden und Verschlüssen (beispielsweise Flaschenhals mit Öffnung so wie in 4 bzw. 5 gezeigt) gegenüber Ausführungsformen, bei denen sich die gesamte Wandung 4 des Flüssigkeitsbehälters verformt (so wie in den 1, 2 und 3 gezeigt), geringer ausfallen muss.
Gemäß einer typischen Ausführungsform kann ein kaltverstreckter Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 eines Fassungsvolumens von etwa 1500 ml (1,5 × 10^–3 m³) im ersten Zustand seines Formgedächtnispolymers mit einem Schaltvorgang zu einem kleineren Flüssigkeitsbehälter 9, 19, 29, 39, 49 eines Fassungsvolumens von etwa 100 ml (1 × 10^–4m³) geformt werden. Die erreichbare etwa 15-fache Reduktion des Fassungsvolumens des Behälters entspricht einem Volumenreduktionsfaktor von etwa 0,067.
Gemäß einer weiteren typischen Ausführungsform kann ein Flüssigkeitsbehälter mit einem Fassungsvolumen im ersten Schaltzustand des FGP von etwa einem Liter (1 × 10^–3 m³) mit Hilfe des Schaltvorganges auf ein Fassungsvolumen beim zweiten Schaltzustand des FGP von lediglich etwa 10 ml (1 × 10^–5 m³) geschrumpft werden. Der durch den Schaltvorgang auslösbare Faktor der Reduktion des Fassungsvolumens liegt damit etwa bei 0,01.
Eine beispielsweise mit einem Erfrischungsgetränk befüllte Getränkeflasche, deren Wandung ein FGP aufweist und deren Fassungsvolumen etwa 500 ml (0,5 × 10^–3 m³) beträgt, kann mit Hilfe eines Schaltvorganges nach der Entleerung auf ein Volumen von lediglich etwa 7 ml (7 × 10^–6 m³) gebracht werden. Die durch den Schaltvorgang erzielte Volumenreduktion erreicht damit einen Faktor von 0,014.
Ein Flüssigkeitscontainer eines Fassungsvolumens von etwa 5 Litern (5 × 10^–3 m³) kann auf ein Volumen von etwa 75 ml (7,5 × 10^–5 m³) reduziert werden. Die durch den Schaltvorgang auslösbare Volumenreduktion erreicht damit etwa den Faktor 0,015.
Typische Faktoren der Volumenreduktion variieren mit der gewählten Verschlussart und hängen beispielsweise vom gewählten Verschlusstyp (Schraub- oder Rastverschluss) und der Weite der Öffnung 2, 12, 22, 32, 42 ab.
Eine weitere Variation der erreichbaren Volumenreduktion ist abhängig vom jeweils gewählten FGP oder vom jeweils gewählten FGP-Kompositmaterial. Die Verwendung eines formstabilen, aber fest an der Wandung 4 der Emballage haftenden Etiketts 55 kann ebenso eine eingeschränkte Volumenreduktion bewirken.
Erreichbare Faktoren der Volumenreduktion der beschriebenen Behälter liegen im Bereich von 0,07 bis 0,01. Typischerweise liegen die Faktoren der Volumenreduktion im Bereich von 0,06 bis 0,0125, nach anderen Ausführungsformen zwischen 0,05 bis 0,02. Dabei wird unter einem Faktor der Volumenreduktion von etwa 0,02 eine etwa 50-fache Abnahme des Fassungsvolumens, bei einem Faktor der Volumenreduktion von etwa 0,1 die etwa 100-fache Verminderung des Volumens des Flüssigkeitsbehälters nach dem Formübergang des FGP gegenüber dem ursprünglichen (ersten) Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters beim ersten Schaltzustand des FGP verstanden.
Wie erläutert, entspricht das erste Fassungsvolumen des Flüssigkeitsbehälters einem ersten Schaltzustand des FGP, wohingegen das zweite Fassungsvolumen einem zweiten Schaltzustand des FGP entspricht. Wie vorstehend erläutert, wird die erreichte Reduktion des Fassungsvolumens der beschriebenen Flüssigkeitsbehälter 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49 durch eine Zunahme der Dicke der Wandung 4 des Behälters erreicht. Je nach Anwendung kann die Wandungsdicke der zur Befüllung vorbereiteten Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 im Bereich von 0,1 mm bis 5 mm liegen. Typischerweise liegt bei einem ersten Schaltzustand des FGP die Dicke der Wandung 4 damit im Bereich von etwa 0,2 mm bis 1 mm, insbesondere liegt die Dicke der Wandung 4 im Bereich von 0,25 mm bis 0,75 mm.
Nach dem volumenreduzierenden Schaltvorgang weist der Flüssigkeitsbehälter 9, 19, 29, 39, 49 eine Dicke seiner Wandung 4 von etwa 0,13 mm bis 50 mm, typischerweise eine Dicke von 0,2 mm bis 10 mm, insbesondere im Bereich von 0,6 mm bis 5 mm.
Ein beschriebener Behälter aus FGP ist durch sein schaltbares Volumen besonders gut zur Verpackung von Flüssigkeiten angepasst. In Abhängigkeit von den zu verpackenden Gütern können verschiedene FGP für den Behälter verwendet werden.
Typischerweise kann der beschriebene Flüssigkeitsbehälter verwendet werden für Mineralwasser, Heilwasser, Kohlensäurehaltige und Kohlensäurefreie Flüssigkeiten wie Limonaden, Schorlen und dergleichen, Fruchtsaft, Brauereierzeugnisse, Molkereierzeugnisse, Pflanzenöle, Mineralöle, synthetische Öle, oberflächenaktive Substanzen oder diese enthaltende Lösungen, biologisch aktive Substanzen oder diese enthaltende Lösungen, Suspensionen und Dispersionen und/oder Getränke, Reinigungsmittel, Waschmittel, Textilpflegeprodukte, Haushaltschemikalien, Körperpflegeprodukte, Kosmetika, Schmierstoffe, Brennstoffe, Kraftstoffe, Agrochemikalien, Dispersionsfarben, Anstrichstoffe, Imprägniermittel.
Nach einer typischen Ausführungsform wird der Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 umfassend ein Formgedächtnispolymer als Getränkeflasche verwendet. Nach einer weiteren typischen Ausführungsform wird der Flüssigkeitsbehälter 1, 10, 20, 30, 40 umfassend ein Formgedächtnispolymer als Mehrweg-Getränkeflasche verwendet.
Die hier vorgeschlagenen Flüssigkeitsbehälter bieten in Kombination mit einem angepassten Leergutrücknahmesystem große Vorteile. Insbesondere wird die Kapazität von Leergutrücknahmesystemen für Mehrweg-Gebinde erheblich gesteigert. Weiterhin kann die Wirtschaftlichkeit der Verwendung von polymeren Mehrweggebinden gesteigert werden.
Leere Flaschen/Getränkeverpackungen können auf eine zuvor festgelegte, aber dennoch stabile Form "geschrumpft" werden, die zugleich deutlich handlicher ist als die in herkömmlichen Kompaktoren "zerquetschten" Flaschen. Hinzu kommt, dass eine Wiederverwertung der vorübergehend im Volumen reduzierten Emballagen nach erfolgter Reinigung und „Programmierung“ des FGP möglich ist. Das Polymer muss also nicht wie bisher praktiziert neu aufgeschmolzen werden.
Nachfolgend soll die in 6 dargestellte Funktionsweise einer für die selbsttätige Rücknahme von Flüssigkeitsbehältern 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49 angepassten Vorrichtung, ein sogenanntes Leergutrücknahmesystem 500 beschrieben werden.
Eine zur selbsttätigen Rücknahme von Emballagen der vorstehend beschriebenen Art geeignete Vorrichtung 500 weist, wie schematisch in 6 durch die gestrichelte Linie gezeigt, vorteilhafterweise einen modularen Aufbau auf. Typischerweise umfasst die Vorrichtung: – ein Aufnahmemodul 51 für Flüssigkeitsbehälter 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49; – ein Wende- und/oder Rotations- und Transportmodul 52 zum Wenden und/oder Rotieren eines aufgenommenen Flüssigkeitsbehälters 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49; – ein optisches und/oder elektronisches Informationserfassungsmodul 53 zur Erfassung der Raumform und/oder von Informationen über die Raumform und/oder von Informationen einer Markierung 55 und/oder eines Etiketts 55 des aufgenommenen Flüssigkeitsbehälters 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49; – ein Informationsspeichermodul 54 zur elektronischen Speicherung von Raumformen oder elektronischen Informationen über Raumformen von Flüssigkeitsbehältern 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49 und/oder von Informationen, welche in einer Markierung 55 und/oder einem Etikett 55 in/auf/an Flüssigkeitsbehältern 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49 erfassungsfähig gespeichert sein können, sowie der ihnen jeweils zugeordneten Pfandwerte und/oder der ihrem jeweiligen Formgedächtnispolymer zugedachten Schaltprozesse und Schaltparameter; – einen zentralen Verarbeitungsmodul 56 (CPU) zur elektronischen Verarbeitung der vom Erfassungsmodul 53 erfassten Informationen mit Daten bzw. Informationen, die im Informationsspeichermodul 54 gespeichert sind; – ein Druckermodul 57 mit Ausgabeeinheit 58; – ein Prozessierungsmodul 59 zur Änderung des Schaltzustandes des Formgedächtnispolymers eines Flüssigkeitsbehälters 1, 10, 20, 30, 40; – ein Ausgabemodul 60 des prozessierten Flüssigkeitsbehälters 9, 19, 29, 39, 49.
Weiterhin kann die Vorrichtung eine Sortiereinheit 70 zur sortengerechten Sortierung und Ablage der vom Ausgabemodul 60 ausgegebenen Flüssigkeitsbehälter 9, 19, 29, 39, 49 aufweisen. Nach einer beispielhaften Ausführungsform weist das Gerät 500 zusätzlich ein Ablagesystem auf: Die Sortiereinheit 70 ordnet die ausgegebenen Emballagen entsprechend der bei Eingabe erfassten Informationen bestimmten, durch die CPU 56 und/oder die Informationsspeichereinheit 54 vorgegebenen Ablageorten zu. Diese Ablageorte können beispielsweise durch eine Vielzahl von Ausgabeschächten oder durch einen beweglichen Ausgabeschacht (in der Figur durch den rechten Blockpfeil dargestellt) des Ausgabemoduls 60 verwirklicht sein.
6 zeigt sowohl den Fluss von Informationen, Daten und Anweisungen (dünne Pfeile), als auch den Materialfluss (Blockpfeile), wie er mit einem Leergutrücknahmesystem nach der Art des hier beschriebenen Gerätes realisiert werden kann.
Die zur Rückgabe bestimmte Emballage 1, 9, 10, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49, also ein Flüssigkeitsbehälter in seiner ersten oder seiner zweiten Raumform, wird dem Aufnahmemodul 51 zugeführt. Der Aufnahmemodul 51 ist mit einem Wende- und/oder Rotations- und Transportmodul 52 ausgestattet, der das aufgenommene Stück wendet oder rotieren lässt, bis das zum Aufnahmemodul benachbarte oder mit jenem auf geeignete Weise verbundene Informationserfassungsmodul 53 einen im Informationsspeichermodul 54 gespeicherten Datensatz erfasst.
Das optische und/oder elektronische Informationserfassungsmodul 53 ist insbesondere eingerichtet, den Schaltzustand des FGP eines Flüssigkeitsbehälters im Aufnahmemodul 51 zu erkennen. Kriterien, die zur Identifikation des Schaltzustandes des FGP herangezogen werden, umfassen beispielsweise die Dicke der Wandung 4 des Behälters und optische Eigenschaften der Wandung 4 des Behälters. Insbesondere kann das Absorptions- und/oder Emissionsverhalten in einem bestimmten breit- oder schmalbandigen Spektralbereich oder bei einer bestimmten Wellenlänge erfasst und bewertet werden. Beispielsweise kann unter Nutzung der Emission einer LED reflektiertes oder emittiertes Licht oder ein Spektrum aufgenommen werden. Ebenso kann der Zustand des Etiketts 55 oder der Markierung, wenn aus FGP gefertigt, Informationen über den Zustand des Flüssigkeitsbehälters tragen. Beispielsweise kann ein smartes Etikett erst dann lesbar werden, wenn der FG-Übergang vollständig vollzogen ist.
Im Falle der Übereinstimmung des erfassten Datensatzes mit einem gespeicherten Datensatz wird entsprechend den betriebsbedingten Weisungen der CPU ein Transportvorgang ausgelöst. Dabei wird die zugeführte Emballage entweder abgewiesen oder der weiteren Verarbeitung innerhalb des Gerätes 500 zugeführt.
Wurde die Emballage akzeptiert, so wird der Aufnahmemodul 51 für die Aufnahme einer weiteren Emballage frei. Im Zusammenwirken von Wende-, Rotations- und/oder Transportmodul 52 mit dem Informationserfassungsmodul 53 wird die Eingabe einer weiteren Emballage überwacht.
Wird keine weitere Eingabe einer Emballage registriert, so erfolgt unter Steuerung des zentralen Verarbeitungsmoduls (CPU) 56 die Aktivierung des Druckers 57 und über die Ausgabeeinheit 58 die Ausgabe eines Pfandwertes, der dem erfassten Datensatz entspricht. Werden während eines vorbestimmten Zeitraumes nacheinander mehrere Datensätze erfasst und Prozessierungen eingeleitet, so erfolgt nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit oder bei manueller Betätigung eines entsprechenden Aktivierungs-Tasters (nicht gezeigt) die Ausgabe des im gesamten Erfassungsvorgang jeweils erreichten kumulativen Pfandwertes über die Ausgabeeinheit.
Im Falle fehlender Übereinstimmung erfasster Daten mit im Informationsspeichermodul 54 gespeicherten Datensätzen wird die zugeführte Emballage abgewiesen. Der Vorgang des Abweisens kann durch eine entsprechenden Mitteilung auf einer Ausgabeeinheit, beispielsweise auf einem Bildschirm (nicht gezeigt) oder beispielsweise durch die Aktivierung einer Signalleuchte (nicht gezeigt) begleitet sein.
Wie ersichtlich, kann das Gerät 500 sowohl zur Aufnahme (Annahme bzw. Rücknahme) von bereits in ihren zweiten Schaltzustand mit einem zweiten Fassungsvolumen überführten Flüssigkeitsbehältern 9, 19, 29, 39, 49, als auch von Flüssigkeitsbehältern 1, 10, 20, 30, 40 mit einem ersten Fassungsvolumen eingerichtet sein.
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Informationserfassungsmodul 53 eingerichtet, sowohl den Schaltzustand des FGP als auch den Grad der Rückverformung des Behälters aus dem ersten Schaltzustand des FGP in den zweiten Schaltzustand des FGP zu erkennen. Dazu ist das Informationserfassungsmodul mit einem geeignetem Scanner oder Bilderfassungssystem ausgestattet. Auch ist möglich, einen Streifen aus FGP mit einem Scanner der Länge nach zu vermessen, um Auskunft darüber zu erhalten, wie weit die Formrückstellung bereits vollzogen ist.
Wird beim Vergleich der vom Informationserfassungsmodul 53 erfassten Daten mit den im Informationsspeichermodul 54 erfassten Daten festgestellt, dass der zweite Schaltzustand bereits erreicht ist (also eine bereits „geschrumpfte“ Emballage aufgenommen wurde), so leitet das Wende- und/oder Rotations- und Transportmodul 52 den Flüssigkeitsbehälter direkt an das Ausgabemodul 60 weiter.
Zusätzlich zum vorstehend beschriebenen Informationserfassungsmodul 53 kann die Verwendung einer Markierung 55 oder eines Etiketts 55 die erleichterte Rücknahme auch unvollständig rückverformter Emballagen gestatten.
In Abhängigkeit des jeweils erfassten Datensatzes erfolgt unter Kontrolle der zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) 56 die Aktivierung des Prozessierungsmoduls 59. Der Prozessierungsmodul 59 kann verschiedene Teilmodule 59a, 59b, 59c oder weitere (hier nicht gezeigt) aufweisen, die sich nach ihrer Leistung oder der Art des im aktivierten Zustand jeweils erzeugten Stimulus 15 voneinander unterscheiden. Die Zuführung der erfassten und akzeptierten Emballage zum jeweiligen Prozessierungsmodul 59a, 59b, 59c oder weiteren Prozessierungsmodulen (hier nicht gezeigt) erfolgt in Abhängigkeit von Anweisungen der CPU 56. In Abhängigkeit von dem erfassten Datensatz zugeordneten Daten des Informationsspeichermoduls 54 wird dabei der Transportmodul 52 entsprechend aktiviert.
Ein typischer Prozessierungsmodul 59a, 59b, 59c kann beispielsweise ein RF-Sender 15, ein Mikrowellensender 15, ein IR-Strahler 15, eine Heißluftgebläse 15, eine UV-Lichtquelle 15, eine Warmwasserdusche 15 oder eine andere Energiequelle 15 zur Auslösung des Formgedächtniseffektes des in der Wandung 4 der Emballage vorliegenden Formgedächtnispolymers sein. Gemäß weiterer Ausführungsformen des Prozessierungsmoduls bewirkt dieser beispielsweise eine Plasma-Behandlung, eine Corona-Behandlung, die Erzeugung von Mikrowellen zwischen 1 GHz und 300 GHz, eine pH-Wert-Änderung im Bereich zwischen pH 1 und pH 14, die Einwirkung einer elektrischen Spannung zwischen 50 µV bis 80000 V, das Fließen eines elektrischen Stromes zwischen 5 µA bis 30000 A oder einen Widerstand von 1 µOhm bis 2000 Ohm.
Nach einer oder mehreren Ausführungsformen ist der Prozessierungsmodul 59, gegebenenfalls auch ein multifunktioneller Prozessierungsmodul umfassend ein oder mehrere Teilmodule 59a, 59b, 59c für die Nachrüstung von bereits bekannten Leergutrücknamesystemen angepasst. So kann beispielsweise ein Prozessierungsmodul 59 den in bekannten Leergutrücknahmesystemen üblicherweise integrierten Kompaktor (Schnecke, Walze, oder auch den Schredder) ersetzen. Alternativ kann ein Prozessierungsmodul 59 am Ausgabeschacht bekannter Leergutrücknahmesysteme angeordnet werden und die hier beschriebene Funktion erfüllen.
Der vom Prozessierungsmodul 59 prozessierte Flüssigkeitsbehälter 9, 19, 29, 39 wird auf die dem zugehörigen Datensatz zugeordnete Art und Weise abgelegt, beispielsweise in einem geräteinternen Bunker gespeichert oder einem externen Behältnis zugeleitet. Unter Kontrolle des zentralen Verarbeitungsmoduls (CPU) 56 kann ebenso eine geordnete Ablage der prozessierten Emballage (d.h. des Flüssigkeitsbehälters 9, 19, 29, 39, 49) mit Hilfe einer Sortiereinheit 70 innerhalb oder in der Nähe zum Ausgabemodul 60 erfolgen.
Mit Hilfe der vorgeschlagenen Verwendung von FGP in Flüssigkeitsbehältern kann die Geräuschbelastung beim bisher üblichen Zusammendrücken der Flaschen/Getränkeverpackungen in Leergutrücknahmesystemen abgestellt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können bestehende Leergutrücknahmesysteme mit einem Prozessierungsmodul 59 ausgestattet werden. So können bestehende Leergutrücknahmesysteme optimiert und auf die Verwendung von Formgedächtnispolymeren in Flüssigkleitsbehältern, insbesondere in Getränkeflaschen, angepasst werden.
Formgedächtnispolymere befinden sich in einer Phase der rasanten Entwicklung und Optimierung. Die vorgeschlagene Verwendung von Formgedächtnispolymeren in der beschriebenen Massenanwendung kann einen erheblichen Einfluss auf weitere Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten in diesem Bereich nehmen.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung der beschriebenen Flüssigkeitsbehälter 1, 9, 19, 20, 29, 30, 39, 40, 49 besteht darin, dass die Umrüstung bestehender Leergutrücknahmesysteme ohne erheblichen wirtschaftlichen Aufwand möglich ist. Beispielsweise kann mit der Integration einer geeigneten Wärmequelle die Volumenreduzierung 50, 100, 200, 300, 400 von Flüssigkeitsbehältern 1, 10, 20, 30, 40 umfassend Formgedächtnispolymere nach Rücknahme erfolgen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Konsument selbst auch bei sich zu Hause, bevor er die Flaschen/Getränkeverpackungen aus FGP zum Leergutrücknahmesystem gebracht hat, den Formgedächtnis-Effekt durch Wärmezufuhr auslösen kann. Dadurch spart auch er Platz beim Transport, was z.B. bei 1,5 l-Flaschen einen erheblichen Vorteil darstellen kann. Ebenso bieten sich Möglichkeiten der Kombination der Verwendung der beschriebenen Flüssigkeitsbehälter mit Gewinnspielen und Sonderverkaufsaktionen.
Gemäß einer Ausführungsform kann beispielsweise eine besondere Form einer Flasche oder einer anderen Verpackungsform nach deren Dehnungsrückstellung in ihre permanente Raumform 9, 19, 29, 39, 49 als Nachweis für den Gewinn als „Gewinncoupon“ oder „Gutschein“ dienen. In diesem Fall ist das FGP in einer anderen, permanenten Form herzustellen. Durch einen Programmierungsschritt wird diese permanente Form "unkenntlich" gemacht und die Getränkeverpackung unterscheidet sich nicht von den anderen, standardmäßig programmierten Verpackungen. So lässt sich der Konsument leicht zu resourcenschonendem Verhalten anhalten und kann die scheinbar wundersame Rückverformung der Flasche selbst beobachten.
Ferner soll darauf hingewiesen werden, dass der Formgedächtnis-Effekt auch an bereits geöffneten Flaschen, beispielsweise Getränkeverpackungen (vorzugsweise Wasserflaschen) aus FGP mit unvollständig konsumiertem Inhalt sequentiell ausgelöst werden kann. Die mit einer schrittweisen Entnahme der gehälterten Flüssigkeit einhergehende schrittweise Volumenreduktion ist auch für industrielle oder technische Anwendungen der Emballage möglich. Vorteile bietet die Tatsache, dass sich das Füllvolumen der Füllmenge sogar während des Verbrauchs anpassen lässt. Das bietet den besonderen Vorteil, dass das gehälterte Medium beispielsweise weniger geschüttelt oder aufgewirbelt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren.

Claims

Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) umfassend eine Gefäßwandung 4 aufweisend ein Formgedächtnispolymer, wobei der Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) in einem ersten Schaltzustand des Formgedächtnispolymers ein erstes Fassungsvolumen aufweist und in einem zweiten Schaltzustand des Formgedächtnispolymers ein zweites Fassungsvolumen aufweist, wobei das zweite Fassungsvolumen kleiner als das erste Fassungsvolumen ist.
Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) gemäß Anspruch 1, wobei der zweite Schaltzustand des Formgedächtnispolymers eingestellt wird durch einen Stimulus (15), ein Signal (15), elektromagnetische Strahlung (15), Mikrowellenstrahlung (15), Energie (15), eine Temperaturerhöhung (15), eine pH-Wert-Änderung (15), Infrarot-Strahlung (15), sichtbares Licht (15), UV-Licht (15), ein elektrisches Wechselfeld (15), ein Magnetwechselfeld (15), ein RF-Signal (15), eine Gleichspannung (15), und/oder eine Wechselspannung (15).
Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Gefäßwandung eine Öffnung (2, 12, 22, 32, 42) und einen als Stellfläche ausgebildeten Boden (3, 13, 23, 33, 43) umfasst.
Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Öffnung (12, 22, 32, 42) kein Formgedächtnispolymer aufweist.
Flüssigkeitsbehälter (30, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der zu einer Stellfläche ausgebildete Boden (33, 43) kein Formgedächtnispolymer aufweist.
Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Formgedächtnispolymer ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend: lineare Block-Copolymere, insbesondere Polyurethane und Polyurethane mit ionischen oder mesogenen Komponenten, Block-Copolymere aus Polyethylenterephthalat und Polyethylenoxid, Block-Copolymere aus Polystyrol und Poly(1,4-butadien), ABA Triblock-Copolymere aus Poly-(2-methyl-2-oxazolin) (A-Block) und Polytetrahydrofuran (B-Block), Multiblock-Copolymere aus Polyurethanen mit Poly(ε-caprolacton)-Schaltsegment, Block-Copolymere aus Polyethylenterephthalat und Polyethylenoxid, Polyurethansysteme, deren Hartsegment-bildende Phase aus Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) oder Toluol-2,4-diisocyanat und einem Diol, insbesondere 1,4-Butandiol, oder einem Diamin und einem Schaltsegment auf der Basis eines Oligoethers, insbesondere Polytetrahydrofuran oder eines Oligoesters, insbesondere Polyethylenadipat, Polypropylenadipat, Polybulylenadipat, Polypentylenadipat oder Polyhexalenadipat besteht, Materialien mit einer Hartsegment-bildenden Phase aus Toluol-2,4-diisocyanat, MDI, Diisocyanaten, die insbesondere aus MDI oder Hexamethylendiisocyanat in Carbodiimid-modifizierter Form und aus Kettenverlängerern, insbesondere Ethylenglycol, Bis(2-hydroxyethyl)-hydrochinon oder einer Kombination aus 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und Ethylenoxid aufgebaut sind, deren Schaltsegment-bestimmende Blöcke aus Oligoethern, insbesondere aus Polyethylenoxid, Polypropylenoxid, Polytetrahydrofuran oder aus einer Kombination aus 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan und Propylenoxid, oder aus Oligoestern, insbesondere Polybutylenadipat, bestehen, Materialien aus Polynorbornen, Graft-Copolymere aus Polyethylen/Nylon-6, Block-Copolymere mit polyedrischen oligomeren Silsesquioxanen (POSS), einschließlich den Kombinationen Polyurethan/POSS, Epoxid/POSS, Polysiloxan/POSS, Polymethylmethacrylat/POSS, silikonbasierte Formgedächtnispolymere und Materialien aus Poly(cycloocten), polyadipat-basierte Poly(ester urethane), Polyvinylchlorid, Polyethylen-Polyvinylacetat-Copolymere, kovalent vernetzte Copolymersysteme aus Stearylacrylat und Ester der Methacrylsäure, ein Poly(ester urethan), ein chemisch quervernetztes semi-kristallines trans-Polyoctenamer, ein Ethylenoxid-Ethylenterephthalat-Copolymer, ein Poly(ether urethan), Polynorbornen, ein Norbonyl-POSS-Hybrid-Copolymer, ein Copolymer aus Poly(ethylen terephthalat) und Poly(ethylen glycol), ein Polymer aus dem Monomer tert-Butylacrylat und dem Quervernetzer Diethylenglykol diacrylat, ein Copolymer, das aus den Monomeren Methylmethacrylat und Butylmethacrylat aufgebaut und durch Tetraethylen glykol dimethacrylat quervernetzt ist, ein Copolymer, das aus Methylmethacrylat und Poly(ethylen glykol)dimethacrylat aufgebaut ist, eine chemisch quervernetzte Verbindung auf Basis der Monomere Methacrylsäure, Methyl methacrylat und Poly(ethylen glykol), ein Copolymer aus Polyethylen oder isotaktischem Polypropylen und einem Cyclodiolefin, insbesondere Vinylcyclohexen, Cyclopentadien, 1,5-Cyclooctadiene, 2,5-Norbornadien, 5-Vinyl-2-norbornen, Dicyclopentadien oder 5-Ethyliden-2-norbornen, ein quervernetztes Poly(vinyl chlorid), ein quervernetztes Ethylen-vinyl acetat-Copolymer. Multiblockcopolymere basierend auf zwei kristallisierbaren Segmenten, insbesondere Poly(penta decalacton) (PPD) und PCL-Blöcken, und Diisocyanaten, insbesondere 1,6-Diisocyanat-2,2,4-trimethylhexan und 1,6-Diisocyanat-2,4,4-trimethylhexan, hochdichtes Polyethylen (HDPE), Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polyethylen Terephthalat (PET, PETE), Polyvinylchlorid (PVC), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Fluorid behandeltes HDPE, bereits recyklierte Polymere, Styrol-Butadien Copolymere (SBC).
Flüssigkeitsbehälter (1, 10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Formgedächtnispolymer Zuschlags- oder Hilfsstoffe enthält, ausgewählt aus der Gruppe umfassend: magnetische Nanoteilchen, ferromagnetische Partikel, Eisenoxidpartikel, Magnetitpartikel, NiZn-Partikel, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Siliziumoxid, Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Kohlenstofffasern, Kohlenstoffnanoröhrchen oder andere eine Graphenstruktur aufweisende Partikel, Metallpartikel, thermochrome Materialien, insbesondere Rutil, Zinkoxid, 9,9´-Bixanthyliden, 10,10´-Bianthronyliden oder Bis-diethylammonium-tetrachloro-cuprat(II).
Verwendung eines Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, als Mehrwegverpackung für Flüssigkeiten, ausgewählt aus der Gruppe: Mineralwasser, Heilwasser, Stilles Wasser, Eistee, Fruchtsaft, Fruchtsaftschorlen, Gemüsesaft, Sirup, Soja-Getränke, Kefir, Yoghurt, Buttermilch, Ayran, Kakao, Milchmix-Getränke, Brauereierzeugnisse, Molkereierzeugnisse, Pflanzenöle, Mineralöle, synthetische Öle, oberflächenaktive Substanzen oder diese enthaltende Lösungen, biologisch aktive Substanzen oder diese enthaltende Lösungen, chemisch aktive Substanzen oder diese enthaltende Lösungen, Suspensionen und Dispersionen und/oder Getränke, Reinigungsmittel, Waschmittel, Textilpflegeprodukte, Haushaltschemikalien, Körperpflegeprodukte, Kosmetika, Schmierstoffe, Brennstoffe, Kraftstoffe, Agrochemikalien, Dispersionsfarben, Anstrichstoffe, Imprägniermittel.
Verfahren zur Minimierung des Lager- und Transportaufwands für Einweg- und Mehrweg-Verpackungen, umfassend die Schritte: – Bereitstellen eines Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8; – zumindest teilweises Entleeren des Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40), wobei sich das Formgedächtnispolymer im ersten Schaltzustand befindet; – Beaufschlagen des zumindest teilweise entleerten Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40) mit einem Stimulus (15), einem Signal (15), elektromagnetischer Strahlung (15), Energie (15), einer Temperaturerhöhung (15), einer pH-Wert-Änderung (15), Infrarot-Strahlung (15), sichtbarem Licht (15), UV-Licht (15), einem elektrischen Wechselfeld (15), einem Magnetwechselfeld (15), einem RF-Signal (15), einer elektrischen Gleichspannung (15), und/oder einer elektrischen Wechselspannung (15), wobei das Formgedächtnispolymer zumindest teilweise den zweiten Schaltzustand einnimmt.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: – Gruppieren des Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40) einer vorgegebenen Raumform mit Flüssigkeitsbehältern der gleichen Raumform.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, weiterhin umfassend – Erwärmen des Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40) auf eine Temperatur, die nahe zur oder oberhalb der Schalttemperatur (T_trans) und unterhalb der Schmelztemperatur des Formgedächtnispolymers liegt; – nachfolgendes oder gleichzeitiges Aufweiten mittels Duck oder Unterdruck, wobei das Formgedächtnispolymer zumindest teilweise den ersten Schaltzustand einnimmt; – Abkühlen des Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40); – Befüllen des Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40).
Vorrichtung (500) zur Leergutrücknahme umfassend: – ein Prozessierungsmodul (59) zur Überführung eines Flüssigkeitsbehälters (1, 10, 20, 30, 40) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, zur Überführung des ersten Schaltzustands in den zweiten Schaltzustand.
Vorrichtung (500) nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: – eine Sortiereinheit (70) zur Sortierung und/oder geordneten Ablage eines mit dem Prozessierungsmodul (59) prozessierten Flüssigkeitsbehälters (9, 19, 29, 39, 49).
Vorrichtung (500) nach Anspruch 12 oder 13; wobei das Prozessierungsmodul (59) umfasst: eine Vorrichtung zur Erwärmung des Formgedächtnispolymers durch einen Stimulus (15), und/oder durch ein Signal (15), und/oder durch elektromagnetische Strahlung (15), und/oder durch Mikrowellenstrahlung (15), und/oder durch Energie (15), und/oder durch eine Temperaturerhöhung (15), und/oder durch eine Änderung des pH-Wertes (15), und/oder durch IR-Strahlung (15), und/oder durch sichtbares Licht (15), und/oder durch UV-Licht (15), und/oder durch ein elektrisches Wechselfeld (15), und/oder durch ein Magnetwechselfeld (15), und/oder durch ein RF-Signal (15), und/oder durch eine Gleichspannung (15) und/oder durch eine Wechselspannung (15).