JP7280130B2 - フラン酸ポリマーのプリフォーム、容器および加工 - Google Patents
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Description
本非仮特許出願は、2013年8月30日に出願された米国仮特許出願第61/872,524号明細書(参照によってその全体が本明細書に援用される)の利益を主張する。
本明細書で使用される場合、「ポリマー(単数)」、「ポリマー(複数)」、「高分子」、および類似の用語は、当業者によって理解されるようなその通常の意味で使用され、従って、繰り返し単位を含有する大きい分子(またはこのような分子の群)を指すまたは表すために本明細書において使用され得る。ポリマーは、モノマーを重合させそして/あるいは前駆体ポリマーの1つまたは複数の繰り返し単位を化学的に修飾することを含む種々の方法で形成され得る。ポリマーは、例えば特定のモノマーを重合させることによって形成された、実質的に同一の繰り返し単位を含む「ホモポリマー」であり得る。またポリマーは、例えば2つ以上の異なるモノマーを共重合させそして/あるいは前駆体ポリマーの1つまたは複数の繰り返し単位を化学的に修飾することによって形成された、2つ以上の異なる繰り返し単位を含む「コポリマー」であってもよい。「ターポリマー」という用語は、本明細書において、3つ以上の異なる繰り返し単位を含有するポリマーを指すために使用され得る。
本発明のプリフォームおよび容器は、FDCAベースのポリマー、すなわちFDCA成分を有するポリマーから作られる。FDCAは、グルコースの酸化脱水によって形成される再生可能な構成要素を提供する。FDCAは、ポリエステル、ポリアミドおよびポリウレタンの製造においてTAの代わりに使用することができる。
PET容器などの多くのプラスチック容器は、まず射出成形によりポリマー樹脂を適切なプリフォームに形成し、次にプリフォームを延伸ブロー成形することによって作られる。FDCAはPETのTA成分の代用品として提案されているが、驚くことに、従来のPET加工方法は、延伸ブロー成形容器の製造においてPEFに適用できないことが確定されている。図1および図7~10は、本発明のプリフォームの実例となる実施形態である。
上記のように、PET容器などのプラスチック容器は、一般的に、まずプラスチック樹脂を適切なプリフォームに形成し(例えば、射出成形による)、次にプリフォームを延伸ブロー成形して容器を形成することによって作られる。
上記のセクションIIおよびIIIに記載されるプリフォームは次に、延伸ブロー成形によって本発明の容器を製造するために使用される。延伸ブロー成形は、ボトルなどの中空物品の形成を可能にする。1段階、2段階、およびダブルブロー成形の製造システムは、当該技術分野において周知である。
上記のセクションVに記載される方法は、PEF容器などのFDCAポリマーベースの容器を製造する。適切な容器には、ボトル、ドラム、カラフ、クーラーなどが含まれるが、これらに限定されない。容器は、食品および飲料を含むがこれらに限定されない任意の適切な内容物を貯蔵するために使用され得る。特定の実施形態では、容器は、ホットフィル食品または飲料用容器などのホットフィル容器である。
PEFの絡み合い密度を確認することに努力を注いだ。張力tにおいて測定した等時(1Hz)動的機械データの検討により、125℃で約3.59MPaのプラトーモジュラスが示された。ゴム状プラトーせん断モジュラスについてのDoi-Edwardsの関係に従って、次の通りである。
100~110℃の範囲の延伸温度および2.5×2.5~4.0×4.0の範囲の等二軸延伸比における射出成形PEFプラークの二軸延伸試験により、約6.3~16の全(面積)延伸比が得られた。
フィニッシュ部分よりも下方のプリフォーム半断面プロファイルを決定した。図4および図5に示されるように、5つのプロットは以下のプリフォームに関連する。
Sidel(商標)SB01シングルキャビティ延伸ブロー成形機を用いて2つのプリフォームを延伸ブロー成形した。2つのプリフォームの種々の寸法および特性は表IIに示される。
ある範囲のプリフォーム加熱プロファイル、成形プリブローおよびブロー圧力にわたって実行可能な延伸ブロー成形条件を決定することができず、長いプリフォーム設計に対する膨張速度および時間を見出すことができた。
・ エンドキャップ直前の内径ステップを挟む加熱ゾーン6と7の間のプリフォームの破裂を伴うトランジション(transition)部分の上部膨張。この場合、プリフォームの下方部分を最小限に延伸したが、プリフォームトランジション部分の著しい延伸が観察された。
・ プリフォームトランジションおよび本体部分の最小限または限られた延伸を伴うエンドキャップの下部膨張。プリフォーム破裂がヒーターゾーン2~3の付近で生じた。
ある範囲のプリフォーム加熱プロファイル、成形プリブローおよびブロー圧力にわたって実行可能な延伸ブロー成形条件を決定し、長いプリフォーム設計に対する膨張速度および時間は見出すことができなかった。
長いおよび短いプリフォームの両方を小さいゲートを用いて射出成形し、40,000s-1の高さになり得るせん断速度をゲートで生じた。PTI,Inc.のプロセス技術者により提供される情報によると、それぞれ公称70gのプリフォームに対して射出時間は平均6.9秒であり、ゲートキャピラリー直径は0.127cmであった。これらの条件では、ゲートキャピラリーを通るせん断速度
PEFはPETと同様に加工されない(これらの2つの樹脂系の機械特性が本質的に異なるため)ことが観察されたので、許容可能な品質および性能の延伸ブロー成形ボトルをもたらし得るプリフォーム設計のために新しい軸方向延伸比およびフープ延伸比を画定した。
この概念を検証するために、10オンス~16オンスの範囲の大きさで、3つの直線壁ボトル設計(図5~図7)にわたって11~29の範囲の面積延伸比(面積延伸比=軸方向延伸比×フープ延伸比)を達成するように、4つの独特な13gのプリフォーム(図1~図4)を設計した。また表1は、選択された関連のプリフォームおよびボトル寸法の要約も提供する。使用されるプリフォーム設計、ボトル設計、および実験詳細は、2014年2月13日付けのPlastic Technologies,Inc.によるレポートにおいて要約される。このレポートの電子コピーは本開示と共に含まれており、参照によって本明細書中に援用される。
プリフォームおよびボトル寸法、プリフォームの測定固有粘度、ならびに製造したボトルの22℃および38℃におけるクリープ試験結果および炭酸飲料貯蔵期間は、表2に要約される。
好ましい:
軸方向比座標(横軸)オフセット: 3.35
内部フープ比座標(縦軸)オフセット: 5.45
主軸半径: 2.75
短軸半径: 1.25
軸方向延伸比横軸に対する主軸回転: -75°(-1.31ラジアン)
より好ましい:
軸方向比座標(横軸)オフセット: 3.20
内部フープ比座標(縦軸)オフセット: 5.35
主軸半径: 2.30
短軸半径: 1.00
軸方向延伸比横軸に対する主軸回転: -75°(-1.31ラジアン)
最も好ましい(高フープ延伸):
軸方向比座標(横軸)オフセット: 2.80
内部フープ比座標(縦軸)オフセット: 6.20
主軸半径: 1.00
短軸半径: 0.48
軸方向延伸比横軸に対する主軸回転: -80°(-1.40ラジアン)
最も好ましい(低フープ延伸):
軸方向比座標(横軸)オフセット: 3.55
内部フープ比座標(縦軸)オフセット: 4.35
主軸半径: 0.85
短軸半径: 0.47
軸方向延伸比横軸に対する主軸回転: -90°(-1.57ラジアン)
Claims (27)
- FDCAおよび少なくとも1つのジオールを含むポリマーを含むプリフォームから形成された容器であって、前記容器は、(i)5.2~7.2の間のフープ延伸比と、(ii)2.3~3.3の間の軸方向延伸比とを有し、前記プリフォームは80mm~140mmの間の長さを有し、前記容器は、500mL以下の体積を有し、前記プリフォームは0.65~1.00dL/gの固有粘度を有する、容器。
- 前記容器が食品または飲料用容器である、請求項1に記載の容器。
- 前記容器が飲料用ボトルである、請求項1に記載の容器。
- 前記容器が多層技術を使用せずに少なくとも20週間の貯蔵期間を有する、請求項2に記載の容器。
- 前記容器が多層技術を使用せずに20週間~50週間の間の貯蔵期間を有する、請求項2に記載の容器。
- (i)FDCAおよび少なくとも1つのジオールを含むポリマーを含むプリフォームを提供するステップを含む、容器の製造方法であって、前記容器が、(i)5.2~7.2の間のフープ延伸比と、(ii)2.3~3.3の間の軸方向延伸比とを有し、前記プリフォームは80mm~140mmの間の長さを有し、前記プリフォームは0.65~1.00dL/gの固有粘度を有する、方法。
- 前記少なくとも1つのジオールがエチレングリコールである、請求項6に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのジオールがバイオベースである、請求項6に記載の方法。
- 前記容器が食品または飲料用容器である、請求項6に記載の方法。
- 前記容器が飲料用ボトルである、請求項6に記載の方法。
- (i)FDCAおよび少なくとも1つのジオールを含む樹脂を提供するステップと、(ii)前記樹脂を射出成形して、プリフォームを提供するステップとを含む、容器の製造方法であって、前記容器が、(i)5.2~7.2の間のフープ延伸比と、(ii)2.3~3.3の間の軸方向延伸比とを有し、前記プリフォームは80mm~140mmの間の長さを有し、前記プリフォームは0.65~1.00dL/gの固有粘度を有する、方法。
- 前記少なくとも1つのジオールがエチレングリコールである、請求項11に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのジオールがバイオベースである、請求項11に記載の方法。
- 前記容器が食品または飲料用容器である、請求項11に記載の方法。
- 前記容器が飲料用ボトルである、請求項11に記載の方法。
- 前記プリフォームは3~6の間の内側長さ対直径(l/d)比を有する、請求項1に記載の容器。
- 前記容器は10~16オンスの間の大きさを有する、請求項1に記載の容器。
- 前記プリフォームは0.80~0.95dL/gの固有粘度を有する、請求項1に記載の容器。
- 前記ポリマーは少なくとも50wt.%のFDCAを有する、請求項1に記載の容器。
- 前記プリフォームは3~6の間の内側長さ対直径(l/d)比を有する、請求項6に記載の方法。
- 前記容器は10~16オンスの間の大きさを有する、請求項6に記載の方法。
- 前記プリフォームは0.80~0.95dL/gの固有粘度を有する、請求項6に記載の方法。
- 前記ポリマーは少なくとも50wt.%のFDCAを有する、請求項6に記載の方法。
- 前記プリフォームは3~6の間の内側長さ対直径(l/d)比を有する、請求項11に記載の方法。
- 前記容器は10~16オンスの間の大きさを有する、請求項11に記載の方法。
- 前記プリフォームは0.80~0.95dL/gの固有粘度を有する、請求項11に記載の方法。
- 前記ポリマーは少なくとも50wt.%のFDCAを有する、請求項11に記載の方法。
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