JP2023525479A - 軽量高温充填容器及びそれを作製するための方法 - Google Patents

軽量高温充填容器及びそれを作製するための方法 Download PDF

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Abstract

2つ以上のポリマーを含むポリマー組成物が、リサイクルされた含有量、内容物の貯蔵寿命、及び容器の剛性を増加させるために、高温充填飲料用のプリフォーム及び容器に使用され得る。1つのポリマーは、ポリエチレンテレフタレートであり得、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのいずれかであり得る。ポリマーは、ブレンドされて、立方体ブレンドを形成し得る。再熱剤は、ポリマー組成物に使用され得る。プリフォーム及びボトルを作製する方法もまた、開示される。ポリマー組成物は、材料の透明性を犠牲にすることなく、増加したリサイクルされた含有量から作製され得、透明プリフォーム及びボトルを作製するために使用され得る。

Description

説明される実施形態は、概して、プリフォーム及び飲料容器に使用するためのポリマー組成物に関する。ポリマー組成物は、増加したリサイクルされた含有量を有し得、プリフォーム及び飲料容器の強度を増加させ得る。
いくつかの実施形態は、第1のポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドを含む高温充填飲料用のボトルを対象とする。第1のポリマーは、ポリエチレンテレフタレートであり得、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つであり得る。ボトルは、肩部分及び側壁を含み得る。ポリエチレンテレフタレートは、少なくとも50%のリサイクルされたポリエチレンテレフタレートを含み得る。ポリマーブレンドは、少なくとも50%のリサイクルされた材料で作製され得る。いくつかの実施形態では、ポリマーブレンドは、少なくとも80%のリサイクルされた材料で作製され得る。ポリマーブレンドは、100%リサイクル可能であり得る。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ボトルの5重量%~15重量%の量で存在する。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ボトルの5重量%~10重量%の量で存在する。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ボトルの7重量%の量で存在する。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ボトルは、単層ボトルである。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ボトルは、少なくとも20ポンドの頂部耐荷重を有する。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ボトルは、少なくとも25ポンドの頂部耐荷重を有する。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、側壁は、0.015インチ以下の厚さを有する。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ボトルの容積は、高温充填プロセス中に3%未満収縮する。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ボトルの容積は、高温充填プロセス中に2%未満収縮する。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ボトルの7重量%の量で存在し、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエートであり、ボトルは、25%の結晶化度を有する。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、側壁の剛性は、第2のポリマーを含まないことを除いて実質的に同一の容器の側壁よりも少なくとも10%大きい。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ボトルは、ボトルの0.05重量%~ボトルの5重量%の量のグラフェンを更に含む。
いくつかの実施形態は、第1のポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドを含む飲料容器用のプリフォームを対象とする。第1のポリマーは、ポリエチレンテレフタレートであり得、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つであり得る。プリフォームは、再熱剤を含み得る。プリフォームは、単層ブレンドであり得る。第2のポリマーは、プリフォームの5重量%~15重量%の比率で存在し得る。第1のポリマーは、少なくとも50%のリサイクルされた材料を含み得る。ポリマーブレンドは、完全にリサイクル可能であり得る。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、プリフォームの5重量%~10重量%の比率で存在する。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、プリフォームの7重量%の比率で存在する。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエートである。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ポリエチレンナフタレートである。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、プリフォームは、肩部分及び本体部分を有するボトルを形成するために使用され得る。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ボトルは、少なくとも25ポンドの頂部耐荷重を有し得る。
いくつかの実施形態は、高温充填プロセス用の飲料容器を作製するための方法を対象とする。方法は、プリフォームを加熱することと、ガスをプリフォーム内に吹き込んで、ボトルを形成することと、を含み得る。プリフォームは、第1のポリマー及び第2のポリマーのブレンドを含み得る。第1のポリマーは、ポリエチレンテレフタレートであり得、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つであり得る。ボトルは、透明かつ完全にリサイクル可能であり得る。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ブレンドは、再熱剤を更に含む。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、飲料容器の5重量%~15重量%の比率で存在する。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエートである。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ポリエチレンナフタレートである。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ブレンドは、少なくとも50%のリサイクルされた材料で作製される。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ブレンドは、少なくとも80%のリサイクルされた材料で作製される。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、方法は、ボトルに85℃~90℃の温度の飲料を充填することと、ボトルをキャッピングすることと、を更に含む。本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、方法は、キャップされた容器を冷却することを更に含む。
いくつかの実施形態は、第1のポリマー及び第2のポリマーをブレンドすることであって、第1のポリマーが、ポリエチレンテレフタレートを含み、第2のポリマーが、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つを含む、ブレンドすることと、ブレンドを押し出して、単層立方体ブレンドを形成することと、単層立方体ブレンドを成形して、プリフォームを形成することと、を含む、プリフォームを作製する方法を対象とする。いくつかの実施形態では、プリフォームは、少なくとも50%のリサイクルされた材料を含む。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、ブレンドは、再熱剤をブレンドすることを更に含む。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ポリエチレンフラノエートである。
本明細書に開示される様々な実施形態のうちのいずれかでは、第2のポリマーは、ポリエチレンナフタレートである。
いくつかの実施形態による例示的な高温充填容器を例示する。 いくつかの実施形態による例示的な高温充填容器を例示する。 別の例示的な高温充填容器を例示する。 図1A及び図2の容器が作製され得る、いくつかの実施形態による例示的なプリフォームを例示する。 図3のプリフォーム並びに図1A及び図2の容器が作製され得る、いくつかの実施形態によるポリマーブレンドを例示する。 側壁剛性対リサイクル含有量を示すチャートである。 いくつかの実施形態によるプロセスのフローチャートである。 いくつかの実施形態による容器の例示的な試料の二軸延伸を例示する。 いくつかの実施形態による、様々な延伸比における正規化された弾性率のグラフである。 異なる温度における正規化された弾性率のグラフである。
高温充填容器は、ジュース、果物ベースの飲料、野菜ベースの飲料、エネルギー飲料、スポーツ飲料、及びその他の高温充填などの様々な用途のために飲料産業において頻繁に使用される。高温充填方法は、生産時間を短縮し、飲料の貯蔵寿命を延ばし得る。しかし、充填後、高温充填容器の内容物が冷却し、容器に歪みを加えて変形につながり得る部分真空を生じさせる。したがって、高温充填容器は、この変形に対抗するために、増加した壁剛性を有し得る。高温充填市販樹脂におけるより少ないコポリマー含有量がブロー成形プロセス中のより高い結晶化度を容易にするため、より高い壁剛性が可能である。しかし、壁剛性のこの増加もまた、より大きい壁厚によって補完され、炭酸清涼飲料容器又は水容器よりも不都合に重い容器をもたらす。
リサイクルされたPET(「rPET」)は、典型的には、炭酸清涼飲料又は水容器を作製するために使用される。リサイクルされたPET容器は、より高いコポリマー含有量を含み得る。しかし、rPET含有量を有する高温充填容器は、典型的には、リサイクルされた含有量がコポリマー含有量を効果的に増加させ、それによって、ボトル壁の結晶化度を抑制するため、高温充填容器の結晶化度を低下させ得る。これは、結晶化度レベルが高温充填プロセスの上昇した充填温度の間に容器がその形状を維持することを確実にするのを助けるため、高温充填中に課題を生じさせ得る。結晶化度レベルが抑制される場合、結果として生じる容器は、所望される程強いものではない場合があるか、又は高温充填に必要な高温で変形する場合がある。例えば、増加したリサイクルされた含有量は、側壁の剛性又は硬直性を不都合に低減し得る。したがって、より高いリサイクルされた含有量を有し、対応するより低い結晶化度を有する側壁を含む容器は、ねじれをより生じ易い可能性がある。
更に、高温充填容器にリサイクルされた含有量を添加するために使用されるいくつかの既存の組成物は、バージンPET(すなわち、リサイクルされていないPET)容器と比較して、容器を変色させ易くする可能性がある。他の代替物としては、積層又は多層プリフォーム及び容器が挙げられるが、これらの技術は、必要な材料のコスト、複雑性、重量、及び量を増加させ得る。
したがって、高いリサイクルされた含有量を有し、完全にリサイクル可能である高温充填容器の必要性が存在する。更に、高温充填中に歪んでいないこれらのリサイクル特性を有する高温充填容器に対する必要性が存在する。
本明細書で論じられる実施形態によるポリマー組成物を使用して、リサイクルされた含有量を増加させ、容器の強度を維持しながら、ポリエチレンテレフタレート(「PET」)のみで作製された容器に対して高温充填容器の重量を低減することが可能である。具体的には、PET及び第2のポリマー(例えば、ポリエチレンフラノエート(「PEF」)若しくはポリエチレンナフタレート(「PEN」))及び/又は添加剤(例えば、ナノクレイ、グラフェン、若しくは窒化ホウ素)を含むポリマーブレンドが、壁の剛性又は透明性を犠牲にすることなく、より軽量の完全にリサイクル可能な高温充填容器を作成するために使用され得る。そのような容器は、壁厚の改善された均一性を可能にする再熱剤を含み得る。更に、これらの容器は、高温充填プロセスに使用される既存の機器で生産され得る。いくつかの実施形態では、ポリマーブレンドは、PET及び第2のポリマー(例えば、PEF又はPEN)を含む。いくつかの実施形態では、ポリマーブレンドは、PET及び第2の化合物(例えば、ナノクレイ、グラフェン、又は窒化ホウ素)を含む。
いくつかの実施形態では、高温充填容器(例えば、容器100又は200)は、ポリマーブレンドで作製される。図1A及び図1Bは、例示的な高温充填容器100を示す。図2は、別の例示的な高温充填容器200を示す。容器100及び200は、プリフォームを使用してブロー成形プロセスを使用して作製され得る。図3は、例示的なプリフォーム50(例えば、容器100又は200が作製され得る)を示す。プリフォーム50は、2つ以上のポリマーを含むポリマー組成物(例えば、ポリマーブレンド300)で作製され得、したがって、プリフォーム50から形成された結果として生じた容器(例えば、容器100又は200)は、同じ組成を有し得る。ポリマーブレンド300は、図4に表され、第1のポリマー310及び第2の構成要素320を含み得る。プリフォーム50は、ポリマーブレンド300を射出成形して、プリフォームを形成することによって、又はポリマーブレンド300からプリフォームを作製するための任意の他の好適な手段によって作製され得る。いくつかの実施形態では、プリフォームは、ポリマーブレンド300の単層ブレンドである。
いくつかの実施形態によると、ポリマー組成物(例えば、ポリマーブレンド300)は、プリフォーム(例えば、プリフォーム50)を作成するために使用され、プリフォームは、高温充填飲料容器(例えば、容器100又は200)を形成するために使用され得る。
容器100又は200は、高温充填のための開口部を含むネック部分110を含み得る。開口部は、少なくとも35mm(例えば、少なくとも40mm)の直径を有し得る。いくつかの実施形態では、開口部は、38mmの直径を有する。いくつかの実施形態では、開口部は、43mmの直径を有する。開口部サイズは、約28mmの開口部を典型的に有する炭酸清涼飲料(CSD)又は水用の典型的なボトルよりも大きい。このより大きい開口部サイズは、充填機器が開口部又はネック部分110に接触することなく、高温充填容器が充填されることを可能にする。
容器100又は200はまた、CSD又は水ボトルと比較して、より少ないコモノマー含有量を含み得る。例えば、典型的なCSD又は水ボトルは、5モル%を超えるコモノマー含有量を有する。しかし、より高いコモノマーは、結晶化度の形成を遅くし得る。より低い結晶化度の形成は、ボトル壁の剛性を低減し得、それに応じて、変形することなく内部減圧(例えば、充填後の冷却から起こる)に耐えるそれらの能力を低減し得るため、CSDボトルと比較して、高温充填ボトルにとってより有害であり得る。したがって、容器100又は200は、5モル%以下(例えば、5モル%未満又は3モル%未満)のコモノマー含有量を有する高温充填ボトルであり得る。いくつかの実施形態では、容器100又は200のコモノマー含有量は、5モル%未満である。
容器100又は200はまた、高温充填された内容物が冷却するにつれて圧力の変化に適応するための1つ以上の真空パネル150及び/又は1つ以上のリブ160を含み得る。典型的なCSD又は水ボトルは、そのような容器が高温充填されておらず、中立又は正の内圧を有することになるため、リブ又は真空パネルを含まない。容器100又は200はまた、平坦な基部を含み得る。対照的に、典型的なCSD又は水ボトルは、基部上に脚部を含む。
ポリマーブレンド300は、一緒にブレンドされた2つ以上のポリマー(例えば、第1のポリマー310及び第2の構成要素320)を含み得る。第1のポリマー310は、PETであり得、第2の構成要素320は、ポリマー(例えば、ポリエチレンフラノエート(「PEF」)若しくはポリエチレンナフタレート(「PEN」))又は別の化合物(例えば、ナノクレイ、グラフェン、若しくは窒化ホウ素)であり得る。いくつかの実施形態では、第1のポリマー310は、PETであり、第2の構成要素320は、PEFである。いくつかの実施形態では、第1のポリマー310は、PETであり、第2の構成要素320は、PENである。いくつかの実施形態では、第2の構成要素320は、ポリマー(例えば、PEF又はPEN)及び別の化合物(例えば、ナノクレイ、グラフェン、又は窒化ホウ素)の両方を含む。
第2の構成要素320(例えば、PEF又はPEN)の添加は、PETのみで作製された容器と比較して、飲料容器(例えば、高温充填容器)で使用されるとき、組成物の剛性を増加させ得る。第2の構成要素320の添加は、例えば、第2のポリマーがより高いガラス転移温度(T)及び/又はより高い弾性率を有する場合、剛性を増加させ得る。これは、第2のポリマーを添加することが、ポリマーマトリックスの全体的な剛性に影響するためである。いくつかの実施形態では、第2の構成要素320は、ポリマー(例えば、PEF又はPEN)であり、少なくとも90℃(例えば、少なくとも95℃、少なくとも100℃、少なくとも105℃、又は少なくとも110℃)のガラス転移温度を有する。以下でより詳細に論じられるように、これは、従来のボトル(例えば、100%PETボトル)と同じ強度を維持する、より薄くより軽量のボトルの生産を可能にし得るか、又はボトルの厚さ若しくは重量を増加させることなく、増加したボトル強度を可能にし得る。これは、以下の例に例示されている。いくつかの実施形態では、容器100又は200は、少なくとも20ポンド(例えば、少なくとも25ポンド又は少なくとも30ポンド)の頂部耐荷重、及び0.02インチ以下(例えば、0.015インチ以下又は0.012インチ以下)の壁厚を有し得る。
第2の構成要素320(例えば、PEF又はPEN)は、例えば、ポリマーブレンド300の0.05重量%~15重量%の量でブレンド内に存在し得る。いくつかの実施形態では、第2のポリマーは、5重量%~15重量%、6重量%~14重量%、7重量%~13重量%、8重量%~12重量%、9重量%~11重量%の量、並びに端点を含む、端点として上記に列挙された重量百分率値のうちのいずれか2つを有する上記の値の間の全範囲及び部分範囲で存在する。いくつかの実施形態では、第2のポリマーは、ポリマーブレンド300の5重量%~10重量%の量で存在する。いくつかの実施形態では、第2のポリマーは、ポリマーブレンド300の7重量%の量で存在する。
いくつかの実施形態では、第2の構成要素320は、ポリマーブレンド300の4重量%~10重量%(例えば、7重量%)の量で存在するポリマー(例えば、PEF又はPEN)を含む。いくつかの実施形態では、第2の構成要素は、ポリマーブレンド300の0.05重量%~5重量%(例えば、0.25重量%~3重量%、0.5重量%~1重量%)の量で存在する添加剤(例えば、ナノクレイ、グラフェン、窒化ホウ素)を含む。いくつかの実施形態では、第2の構成要素は、ポリマーブレンド300の0.5重量%の量で存在する添加剤を含む。
第1のポリマー310(例えば、PET)及び第2の構成要素320(例えば、PEF又はPEN)は、第1のポリマー及び第2のポリマーをブレンド、混合、又は配合することを含む、ポリマーをブレンドするための任意の好適な方法を使用して組み合わせられ得る。いくつかの実施形態では、第1のポリマー及び第2のポリマーは、溶融ブレンドされて、ポリマー組成物を形成する。混合物は、押出機における溶融ブレンドを介して形成された立方体ブレンド(塩胡椒ブレンドとしても知られている)であり得る。図4は、第1のポリマー310(例えば、PET)内の第2の構成要素320(例えば、PEF又はPEN)の分散ドメインを含む、立方体ブレンドを例示する。
本明細書に開示されるポリマー組成物を使用することは、PETのみで作製された容器と比較したとき、容器の強度又はポリマー組成物の透明度を損なわずに、高温充填容器内でより多くのリサイクルされた含有量の使用を可能にし得る。これは、以下の例6及び例7に例示されている。本明細書で使用される場合、「リサイクルされた含有量」は、リサイクルされた材料で作製された完成したボトルのパーセンテージを意味する。いくつかの実施形態では、高温充填容器(例えば、容器100又は200)は、少なくとも50%のリサイクルされた材料(例えば、少なくとも80%のリサイクルされた材料又は少なくとも95%のリサイクルされた材料)のリサイクルされた含有量を有し得る。いくつかの実施形態では、高温充填容器は、100%リサイクルされた材料で作製される。
本明細書に開示されるポリマー組成物から作製された高温充填容器(例えば、容器100又は200)は、100%PET容器又は他のポリマーブレンド(例えば、ナイロン-PET)容器と比較して、改善されたバリア特性、増加した壁剛性、及び増加した貯蔵寿命を含む、多くの有益な特性を有する。したがって、これらのポリマー組成物は、他のポリマーポリマーブレンド(例えば、ナイロン-PET)と比較して貯蔵寿命を増加させるために使用され得る。更に、高温充填容器の貯蔵寿命は、リサイクルされた含有量が増加するにつれて減少し得る。
加えて、これらのポリマー組成物は、PETのみで作製された容器、又は他のポリマーポリマーブレンド(例えば、ナイロン-PET)を有する容器に対して壁剛性を増加させるために使用され得る。これらのポリマー組成物は、容器の重量及び壁の厚さを減少させながら、壁剛性及び貯蔵寿命を維持するために使用され得る。ポリマー組成物はまた、同様に容器の重量及び壁の厚さを減少させながら、壁剛性を増加させるために使用され得る。具体的には、いくつかの実施形態では、PEF又はPENなどの第2のポリマーを添加することは、PETのみで作製された容器と比較して壁剛性を増加させながら、透過性を減少させる。PET及び第2のポリマー(例えば、PEF又はPEN)のこの組み合わせは、高温充填容器を生産するときにいくつかの選択肢を可能にする。いくつかの実施形態では、PEF又はPENが、PETのみで作製された容器と比較して、内容物の貯蔵寿命を延ばし、壁剛性を増加させることになるボトルを作成するために、PETに添加される。いくつかの実施形態では、PET及びPEF又はPENを含む容器(例えば、容器100又は200)は、壁剛性の対応する低減を伴わずに重量低減を可能にし得る。これは、100%PET容器と比較して、ブレンドされた容器についての同様の又は増加した壁剛性(軸方向弾性率及びフープ弾性率によって測定される)を示す、実施例6及び実施例7に例示されている。弾性率は、応力が加えられたときに弾性的に変形されることに対する材料の耐性を測定する。より高い弾性率は、より剛性が高く、したがって、変形に対してより耐性のある材料に対応する。
いくつかの実施形態では、ポリマー組成物(例えば、ポリマーブレンド300)は、1%~20%(例えば、3%~18%、5%~15%、又は10%~15%)の重量の低減を可能にし得る。いくつかの実施形態では、ポリマー組成物は、10%~15%の重量の低減を可能にし得る。いくつかの実施形態では、容器(例えば、容器100又は200)は、PEF又はPENを含まないが実質的に同一の容器(例えば、PETのみで作製された容器)よりも10%~15%軽量である可能性がある。いくつかの実施形態では、容器(例えば、容器100又は200)は、10%~15%軽量であり得るが、PEF又はPENを含まないが実質的に同一の容器と同じ又はより大きい壁剛性を有し得る。例えば、実施例6に示されるように、ボトルF(93%PET及び7%PEN)は、ボトルE(100%PET)と比較して同様の又は増加した壁剛性を有し、更に、ボトルFは、ボトルEよりも13%軽量であった。同様に、ボトルG(50%rPET)は、ボトルE(100%PET)と比較して同様の又は増加した壁剛性を有し、更に、ボトルGは、ボトルEよりも12%軽量であった。
貯蔵寿命を延長するために使用されるポリマーブレンドは、ナイロン-PETブレンドを含み得る。しかし、ナイロン-PETブレンドは、完全にリサイクル可能ではなく、比較的短期間(例えば、10日以上)の後に変色する傾向がある。そのような変色は、容器を消費者にとってあまり望ましくないものにし得る。いくつかの実施形態では、ポリマー組成物(例えば、ポリマーブレンド300)は、透明であり得、高温充填容器の内容物の貯蔵寿命にわたって透明なままであり得る。
いくつかの実施形態によるポリマーブレンドは、飲料用の高温充填容器(例えば、容器100又は200)に使用され得る。本明細書に開示されるポリマー組成物(例えば、ポリマーブレンド300)は、任意の好適な飲料容器(例えば、容器100又は200)を作成するために使用され得る。いくつかの実施形態では、容器100又は200は、高温充填容器である。容器100及び200は、各々、ネック部分110、肩部分120、本体部分130、及び基部部分140を含み得る。容器100又は200は、ネック部分110の頂部から基部部分140の底部まで延在する高さHを有し得る。肩部分120は、上部肩部分121及び下部肩部分122を含み得る。本体部分130は、上部本体部分131及び下部本体部分132を含み得る。容器100又は200は、ポリマーブレンド300で作製されたプリフォーム(例えば、プリフォーム50)によって成形され得る。いくつかの実施形態では、容器100又は200は、単層容器である。
100%PETで作製された容器と比較して、増加したリサイクルされた含有量を有する容器は、概して、より歪み易い。例えば、高いリサイクルされた含有量は、容器のより低い結晶化度をもたらし得、結果的に、容器の強度を低下させる。しかしながら、第2の構成要素320の添加は、増加したリサイクルされた含有量を有する容器の結晶化度を改善し得る。例えば、第2の構成要素320の添加は、核形成を誘発し得、結果的に、結晶化度を増加させる。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されるポリマー組成物(例えば、ポリマーブレンド300)で作製された容器100又は200は、容器上の任意の点で少なくとも25%(例えば、少なくとも27%、少なくとも30%、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、又は少なくとも34%)の結晶化度を有する。いくつかの実施形態では、容器100又は200は、25%の結晶化度を有する。容器100又は200の結晶化度は、第2の構成要素320を含まないが実質的に同一の容器と比較して1%~10%(例えば、3%~7%)増加し得る。いくつかの実施形態では、熱処理は、熱結晶化度を促進し、高温充填プロセス中の変形に耐えるように壁硬直性を改善し得る。
以下で論じられるように、容器の強度は、様々な点における容器の頂部耐荷重又は硬直性を測定することによって評価され得る。図5は、容器の硬直性対リサイクルされた含有量の割合を示すチャート500を例示する。線510は、典型的な容器の硬直性とリサイクルされた含有量の割合との間の一般的な関係を例示する。典型的には、リサイクルされた含有量の割合が増加するにつれて、容器の硬直性が減少する。線520は、ポリマーブレンド300で形成された、本明細書に開示される容器の硬直性とリサイクルされた含有量の割合との間の改善された関係を概念的に例示する。本明細書に開示される容器(例えば、ポリマーブレンド300を含む容器100又は200)の場合、容器は、以下の実施例6及び実施例7に例示されるように、リサイクルされた含有量の割合が増加するにつれて硬直性を維持し得る。
飲料容器の強度の尺度は、頂部耐荷重であり、これは、容器がどの程度の下方力を座屈なしで支持し得るかの尺度である。高い頂部耐荷重は、充填、キャッピング、輸送、又は保管時に容器が破損しないことを確実にするのを助けることになる。容器100又は200は、第2のポリマー(例えば、PEF又はPEN)を含まないが実質的に同一の容器の頂部耐荷重以上である頂部耐荷重を有し得る。例えば、容器100又は200の頂部耐荷重は、第2のポリマー(例えば、PEF又はPEN)を含まないが実質的に同一の容器の頂部耐荷重の10%超~30%超(例えば、15%超~25%超)であり得る。いくつかの実施形態では、容器100又は200は、少なくとも20ポンド(例えば、少なくとも25ポンド又は少なくとも30ポンド)の頂部耐荷重を有する。
飲料容器の強度の別の尺度は、様々な点での容器の硬直性である。これは、容器が不可逆的にへこむまで所与の場所に力を加えることによって測定される。側壁硬直性は、第2の構成要素320の添加とともに増加し得る。例えば、側壁硬直性は、第2の構成要素を含まないが実質的に同一の容器と比較して10%~30%(例えば、15%~25%)増加し得る。側壁硬直性を評価するための1つの方式は、側壁の撓みを測定することによるものである。第2の構成要素320を添加することは、より低い容器重量で、等しいか、又はより大きい側壁硬直性を可能にし得る。硬直性は、容器に沿った様々な位置で測定され得る。例えば、いくつかの実施形態では、硬直性は、上部肩部分121、下部肩部分122、上部本体部分131、下部本体部分132、及び基部140で測定される。いくつかの実施形態では、上部肩部分121における容器100又は200の硬直性は、少なくとも15ポンド(例えば、少なくとも20ポンド又は少なくとも25ポンド)である。いくつかの実施形態では、下部肩部分122における容器100又は200の硬直性は、少なくとも20ポンド(例えば、少なくとも25ポンド又は少なくとも30ポンド)である。いくつかの実施形態では、上部本体部分131における容器100又は200の硬直性は、少なくとも8ポンド(例えば、少なくとも10ポンド又は少なくとも12ポンド)である。いくつかの実施形態では、下部本体部分132における容器100又は200の硬直性は、少なくとも8ポンド(例えば、少なくとも9ポンド又は少なくとも10ポンド)である。いくつかの実施形態では、基部部分140における容器100又は200の硬直性は、少なくとも15ポンド(例えば、少なくとも18ポンド、少なくとも20ポンド、又は少なくとも22ポンド)である。
硬直性又は剛性はまた、側壁撓み試験を使用して評価され得る。第2の構成要素320の添加は、増加した硬直性に対応する、正規化された側壁撓み(lb/mm)を増加させ得る。
PET容器のボトル壁剛性を増加させる別の方法論は、ナノクレイ、グラフェン、窒化ホウ素などのナノ材料とブレンドすることである。十分に分散したナノ材料は、補強剤として作用し、剛性を含むPETの機械的特性を改善する。グラフェンのようないくつかのナノ材料はまた、再熱剤としても作用し、PETプリフォームの熱伝導率を改善し得る。いくつかの実施形態では、再熱剤は、ポリマー組成物に添加される。いくつかの実施形態では、グラフェンは、再熱剤として添加される。いくつかの実施形態では、グラフェンの添加は、容器の剛性を改善する。
使用されるとき、再熱剤は、ブロー成形プロセス中にプリフォームの壁内の温度勾配を最小化し得る。ブロー成形中、プリフォームは、プリフォームのガラス転移温度よりも高い温度に加熱され得、プリフォームの変形が型の形状をとることを可能にする。このプロセスの間、プリフォームが回転され、赤外線ランプに曝露される。プリフォームが回転すると、温度勾配が、プリフォームの外側とプリフォームの内側との間に形成される。再熱剤を使用することは、壁厚全体が実質的に同じ温度になるように、この温度勾配を最小化し得る。これは、より多くの熱エネルギーを利用可能にし得、より多くの熱エネルギーが、ブロー成形中の結晶化度を増加させ得る。いくつかの実施形態では、ブロー成形中の少なくとも1つの時点で壁を通した温度勾配は存在しない(すなわち、壁厚全体が同じ温度である)。
ポリマーブレンド300との再熱剤の使用は、上記に説明されたものなどの、容器の改善された機械的特性をもたらし得る。具体的には、この組み合わせは、より均一な熱吸収を可能にし、これは、結果的に、ブレンド材料の最適な配置を容易にし得る。例えば、ブレンド材料の最適な配置は、第2のポリマー(例えば、PEF又はPEN)が第1のポリマー(例えば、PET)内に均一に分布していることを意味し得る。ブレンド材料の最適な配置は、上記に論じられた改善された熱性能に起因して、高温充填容器の増加した剛性及び改善された性能を可能にする。
再熱剤を含むことは、曲げ強度、曲げ弾性率、引張強度、ヤング率、及び破断伸びを含む、PETの様々な機械的特性を向上させ得る。これらの改善された機械的特性は、PET中の再熱剤の剛性及び補強効果に起因し得る。加えて、改善された機械的特性は、補強-補強相互作用に起因し得る。更に、再熱剤は、熱安定性及び伝導性を改善し得る。
図6は、いくつかの実施形態による、高温充填容器(例えば、容器100又は200)を作製するためのプロセスのフローチャートを示す。工程600では、2つ以上のポリマーがブレンドされて、ポリマーブレンド300を形成する。いくつかの実施形態では、再熱剤は、工程600で2つ以上のポリマーとブレンドされ、ポリマーブレンド300の一部を形成する。いくつかの実施形態では、ポリマーブレンド300は、上記に開示されるように(及び任意選択的に再熱剤を用いて)、第1のポリマー310(例えば、PET)及び第2の成分320(例えば、PEF又はPEN)から形成され得る。ポリマーブレンド300が調製された後、工程610では、ポリマーブレンド300がプリフォーム(例えば、プリフォーム50)に形成され得る。いくつかの実施形態では、ポリマーブレンド300が射出成形されて、プリフォーム50を形成する。次いで、工程620では、プリフォームがブロー成形されて、容器を形成し得る(例えば、いくつかの実施形態では、プリフォーム50がブロー成形されて、容器100又は200を形成する)。
ブロー成形中、熱がボトル壁に加えられ得、ポリマー組成物の結晶化度を増加させ得る。いくつかの実施形態では、ブロー成形中に、結晶化度が容器上の任意の所与の点で少なくとも30%(例えば、少なくとも31%、少なくとも32%、少なくとも33%、又は少なくとも34%)になるまで、熱が加えられる。ブロー成形後、工程630では、容器が充填され得る。いくつかの実施形態では、容器100又は200は、高温充填プロセスを使用して充填される。いくつかの実施形態では、容器は、80℃~100℃(例えば、85℃~95℃、85℃~90℃)の温度の飲料を充填される。いくつかの実施形態では、容器は、85℃以上(例えば、90℃以上)の温度で飲料を充填される。充填後、工程640では、容器がキャップされ、内容物が冷却され得る。
高温充填中の本明細書に開示される高温充填容器の安定性は、PEF又はPENを含まないが実質的に同一の容器(例えば、PETのみで作製された容器)の安定性と等しいか、又はそれよりも良好であり得る。安定性は、高温充填プロセス中に容器がどの程度収縮するかによって測定され得る。いくつかの実施形態では、容器の容積は、高温充填プロセス中に3%未満(例えば、2%未満)収縮する。収縮量はまた、第2のポリマー(例えば、PEF又はPEN)を含まないが実質的に同一の容器と比較して、容器100又は200に関してより少なくあり得る。例えば、容器100又は200の収縮は、第2のポリマーを含まないが実質的に同一の容器の収縮の0.2%~0.8%であり得る。
本明細書に開示される高温充填容器を作製するためのプロセスは、既存の高温充填生産施設に統合され得る。いくつかの実施形態では、既存の高温充填生産ラインは、本明細書に開示される高温充填容器を作製するためのプロセスを使用して、1時間当たり少なくとも1000本のボトル(例えば、1時間当たり少なくとも1200本のボトル又は1時間当たり少なくとも1400本のボトル)を生産し得る。いくつかの実施形態では、プロセス速度は、1時間当たり1400本のボトルを生産するのに十分である。
実施例1
1つの実験では、4本の高温充填ボトルの区分重量を測定した。区分重量は、ボトルの異なる部分の重量である。例えば、各ボトルの重量は、上部肩部、上部リブ、上部本体パネル、下部ラベルパネル、及び基部で測定された。これらの区分は、上部肩部分121、下部肩部分122、上部本体部分131、下部本体部分132、及び基部部分140として図1B及び図2に例示される。容器100又は200は、ポリマーブレンド300で作製されたプリフォーム(例えば、プリフォーム50)から成形され得る。いくつかの実施形態では、容器100又は200は、単層容器である。ボトルAは、100%PETで作製され、かつ標準的な壁分布を有する対照ボトルであり、ボトルBは、100%PETで作製され、かつ重い基部分布を有する対照ボトルであり、ボトルCは、PET及び70ppmの再熱剤から作製され、かつ標準的な壁分布を有するボトルであり、ボトルDは、PET及び70ppmの再熱剤で作製され、かつ重い基部分布を有するボトルであった。本明細書で使用される場合、「重い基部分布」は、ボトルが、標準的な壁分布容器と比較して、容器の基部でより厚いことを意味する。ボトル総重量のパーセンテージとしての各区分の重量が以下の表1に示される。
Figure 2023525479000002
材料分布の別の尺度は、以下の表2に示される、異なる点におけるボトルの厚さである。
Figure 2023525479000003
表1及び表2に示されるように、両方とも重い基部分布を有する容器B及びDは、標準的な壁分布ボトルA及びCと比較したとき、基部においてより重い重量及びより厚い厚さ、並びに容器の他の部分でより軽い重量及びより薄い厚さを有する。
実施例2
1つの実験では、頂部耐荷重を実施例1のボトルについて測定した。ボトルA、B、C、及びDの頂部耐荷重が表3に示される。
Figure 2023525479000004
この実施例によって示されるように、再熱剤(ボトルC及びD)を有するボトルは、材料のより均一な分布に起因して、再熱剤を含まない対応するボトル(ボトルA及びB)と比較して、改善された頂部耐荷重を示した。
実施例3
1つの実験では、実施例1のボトルを、高温充填後の収縮について試験した。収縮は、全体的な高さ及び容積、並びに容器の肩部、下部本体、及び上部本体における高さ及び容積によって測定された。これらの試験の結果は、表4に示される。
Figure 2023525479000005
表4によって示されるように、再熱剤を有するボトル(ボトルC及びD)は、再熱剤を含まない対応するボトル(ボトルA及びB)と比較して、全体的に少ない容積収縮を示した。これは、再熱剤を有するボトルが、再熱剤を含まないボトルよりも高温充填中により安定していることを示す。
実施例4
1つの実験では、実施例1のボトルを側壁硬直性について試験した。試験は、ボトルが回復なしでへこむまで、様々なスポットでボトルに0.5インチの撓みで力を加えた。これらの試験の結果は、表5に示される。
Figure 2023525479000006
表5に示されるように、再熱剤を有するボトルは、ボトルに沿ってほぼ全ての位置で増加した側壁硬直性を示した。
実施例5
1つの実験では、実施例1のボトルを、容器上の様々な点で結晶化度について試験した。異なる点におけるボトルの結晶化度が表6に示される。
Figure 2023525479000007
これらの実施例によって示されるように、いくつかの実施形態に従って作製されたボトルは、改善された頂部耐荷重、高温充填プロセス中の改善された安定性、及び増加した側壁硬直性を有し得る。
実施例6
1つの実験では、rPET及びPETの異なる組み合わせの特性を、高温充填容器について評価した。ボトルE~Gは、全て、材料、側壁厚、及び総重量のみが異なる、同じ形状を有する20オンスの容器であった。各評価されたボトルの組成が表7に示される。弾性率を各ボトルについて2つの位置で測定した。軸方向弾性率を、本体部分(例えば、本体部分130)で垂直方向に測定し、フープ弾性率を、肩部分(例えば、肩部分120)で水平方向に測定した。より高い弾性率は、より剛性が高く、したがって、変形に対してより耐性のある材料に対応する。軸方向弾性率及びフープ弾性率もまた、表7に示される。
Figure 2023525479000008
各ボトルの性能を、側壁撓み力を決定することによって測定した。ボトルが高温充填され、キャップされたときに、側壁撓みを測定した。正規化された側壁撓み力が表8に示される。
Figure 2023525479000009
表7及び表8に示されるように、PEN又はrPETのうちの少なくとも1つをPETに添加し、ボトルの強度を犠牲にすることなくボトルの重量を低減することが可能である。例えば、ボトルE及びFを比較すると、PENの添加は、フープ弾性率をわずかにのみ低減しながら、軸方向弾性率を増加させた/。また、表8に示されるように、ボトルFの正規化された側壁撓みは、ボトルEの正規化された側壁撓みと同様である。
50%rPETの添加についても同様の結果が見出された。例えば、ボトルG(50%rPET)は、ボトルE(100%PET)の軸方向弾性率及びフープ弾性率を超えるか、又は同様である、軸方向弾性率及びフープ弾性率を有する。ボトルG(50%rPET)をボトルE(100%PET)と比較するとき、正規化された側壁撓みは、rPETを含むとより高い。
実施例7
1つの実験では、rPET及びPETの異なる組み合わせの特性を、高温充填容器について評価した。ボトルH及びIは両方とも、材料、側壁厚、及び総重量のみが異なる、同じ形状を有する18.5オンスの容器であった。ボトルH及びIは、実施例6のボトルE~Gとは異なる形状であった。各評価されたボトルの組成が表9に示される。弾性率を各ボトルについて2つの位置で測定した。軸方向弾性率を、本体部分(例えば、本体部分130)で垂直方向に測定し、フープ弾性率を、基部部分(例えば、基部部分140)で水平方向に測定した。軸方向弾性率及びフープ弾性率が表9に示される。
Figure 2023525479000010
各ボトルの性能を、頂部耐荷重及び側壁撓み力を決定することによって測定した。頂部耐荷重を、ボトルが空になって通気された(すなわち、ボトルにキャップがなかった)ときに測定した。ボトルが高温充填され、キャップされたときに、側壁撓みを測定した。頂部耐荷重及び正規化された側壁撓み力が表10に示される。
Figure 2023525479000011
表9に例示されるように、グラフェンを含むrPETを含むボトルは、増加した軸方向弾性率及びフープ弾性率を示した。
実施例8
1つの実験では、ボトルを作製するために使用された材料の試料を、様々な延伸比で二軸延伸させ、次いで、グリップを介した制約下でアニールした。これは、試料を特定の温度で15秒間加熱することによって行われた。「2×2」の延伸比は、延伸された試料が両方向に元の長さの2倍になるように、試料をx方向及びy方向の両方に延伸したことを意味する。図7は、二軸延伸されている試料700を例示する。1つの材料は、100%PETであり、他の材料は、グラフェンを含むPETであった。この実験の結果が図8及び図9に例示される。図8は、グラフェンを含むPETを含む試料が、1s-1秒の歪み速度で様々な延伸比で延伸されたときに、100%PET試料と比較して、より高い正規化された弾性率を一貫して有したことを示す。図9は、グラフェンを含むPETを含む試料が、16s-1秒の歪み速度で3×3の延伸比で延伸されたときに、100%PET試料と比較して、より高い正規化された弾性率を有したことを示す。したがって、この実験は、弾性率がグラフェンの含有によって増加し得ることを確認した。
「発明の概要」及び「要約書」の項ではなく、「発明を実施するための形態」の項は、特許請求の範囲を解釈するために使用されることが意図されていることを理解されたい。「発明の概要」及び「要約書」の項は、本発明者によって考えられるように、本開示の1つ以上であるが全てではない例示的な実施形態を示し得るが、決して本開示及び添付の特許請求の範囲を限定するものではない。
本開示は、特定の機能の実施及びこれらの関係を例示する機能的ビルディングブロックの支援を使って、上記で説明してきた。これらの機能的ビルディングブロックの境界は、説明の便宜上、本明細書において任意に定義されている。特定の機能及びこれらの関係が適切に行われる限り、代替の境界を定義することができる。
特定の実施形態の前述の説明は、当業者が知識を適用することにより、他の人もかかる特定の実施形態を種々の用途に容易に変更及び/又は適合させることができ、過度の実験をすることなく、本開示の一般的な概念から逸脱することなく、本開示の一般的な性質を完全に明らかにするであろう。したがって、そのような適合及び修正は、本明細書で提示した教示及び指導に基づいて、開示された実施形態の等価物の意味及び範囲内にあることが意図される。本明細書の表現法又は用語法は、説明を目的とするものであって、限定するものではないことを理解されたく、その結果、本明細書の用語法又は表現法は、教示及び指導の観点から当業者によって解釈されるべきである。
本開示の幅広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、特許請求の範囲、及びそれらの等価物に従ってのみ定義されるべきである。

Claims (24)

  1. 高温充填飲料用のボトルであって、
    第1のポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドであって、
    前記第1のポリマーが、ポリエチレンテレフタレートであり、
    前記第2のポリマーが、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つである、ポリマーブレンドと、
    肩部分と、
    側壁と、を含み、
    前記ポリエチレンテレフタレートの少なくとも50%が、リサイクルされたポリエチレンテレフタレートであり、
    前記第2のポリマーが、前記ボトルの5重量%~15重量%の量で存在する、ボトル。
  2. 前記第2のポリマーが、前記ボトルの5重量%~10重量%の量で存在する、請求項1に記載のボトル。
  3. 前記第2のポリマーが、前記ボトルの7重量%の量で存在する、請求項2に記載のボトル。
  4. 前記ポリマーブレンドが、少なくとも80%のリサイクルされた材料を含む、請求項1に記載のボトル。
  5. 前記ボトルが、単層ボトルである、請求項1に記載のボトル。
  6. 前記ボトルが、少なくとも20ポンドの頂部耐荷重を有する、請求項1に記載のボトル。
  7. 前記側壁が、0.015インチ以下の厚さを有する、請求項6に記載のボトル。
  8. 前記ボトルの容積が、高温充填プロセス中に3%未満収縮する、請求項1に記載のボトル。
  9. 前記第2のポリマーが、前記ボトルの7重量%の量で存在し、
    前記第2のポリマーが、ポリエチレンフラノエートであり、
    前記ボトルが、少なくとも25%の結晶化度を有する、請求項1に記載の方法。
  10. 前記側壁の剛性が、前記第2のポリマーを含まないことを除いて実質的に同一の容器の側壁よりも少なくとも10%大きい、請求項1に記載のボトル。
  11. 0.05重量%~5重量%の量で存在するグラフェンを更に含む、請求項1に記載のボトル。
  12. 飲料容器用のプリフォームであって、
    第1のポリマー及び第2のポリマーを含むポリマーブレンドであって、前記第1のポリマーが、ポリエチレンテレフタレートであり、前記第2のポリマーが、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つである、ポリマーブレンドと、
    再熱剤と、を含み、
    前記ポリマーブレンドが、単層ブレンドであり、
    前記第2のポリマーが、前記プリフォームの5重量%~前記プリフォームの15重量%の比率で存在し、
    前記第1のポリマーが、少なくとも50%のリサイクルされた材料を含む、プリフォーム。
  13. 前記第2のポリマーが、前記プリフォームの5重量%及び前記プリフォームの10重量%の比率で存在する、請求項12に記載のプリフォーム。
  14. 前記第2のポリマーが、前記プリフォームの7重量%の比率で存在する、請求項12に記載のプリフォーム。
  15. 前記第2のポリマーが、ポリエチレンフラノエートである、請求項12に記載のプリフォーム。
  16. 前記第2のポリマーが、ポリエチレンナフタレートである、請求項12に記載のプリフォーム。
  17. 請求項12に記載のプリフォームから形成されたボトルであって、前記ボトルが、少なくとも25ポンドの頂部耐荷重を有する、ボトル。
  18. 高温充填プロセス用の飲料容器を作製するための方法であって、前記方法が、
    プリフォームを加熱することであって、前記プリフォームが、
    第1のポリマー及び第2のポリマーのブレンドであって、前記第1のポリマーが、ポリエチレンテレフタレートであり、前記第2のポリマーが、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つであり、前記ブレンドが、少なくとも50%のリサイクルされた材料を含む、ブレンドを含む、加熱することと、
    ガスを前記プリフォーム内に吹き込んで、ボトルを形成することと、を含む、方法。
  19. 前記ブレンドが、再熱剤を更に含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記第2のポリマーが、前記飲料容器の5重量%~15重量%の比率で存在する、請求項18に記載の方法。
  21. 前記ブレンドが、少なくとも80%のリサイクルされた材料を含む、請求項18に記載の方法。
  22. 前記ボトルに85℃~90℃の温度の飲料を充填することと、
    前記ボトルをキャッピングすることと、を更に含む、請求項18に記載の方法。
  23. プリフォームを作製する方法であって、前記方法が、
    第1のポリマー及び第2のポリマーをブレンドすることであって、前記第1のポリマーが、ポリエチレンテレフタレートを含み、前記第2のポリマーが、ポリエチレンフラノエート又はポリエチレンナフタレートのうちの1つを含む、ブレンドすることと、
    前記ブレンドを押し出して、単層立方体ブレンドを形成することと、
    前記単層立方体ブレンドを成形して、プリフォームを形成することと、を含み、
    前記プリフォームが、少なくとも50%のリサイクルされた材料を含む、方法。
  24. 前記ブレンドすることが、再熱剤をブレンドすることを更に含む、請求項23に記載の方法。
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