KR20200099126A - 병, 그의 제조 방법, 및 그러한 병에서의 fdca 및 다이올 단량체의 용도 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 푸란 다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란 다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌글리콜(MEG) 단량체의 적어도 하나의 열가소성 중합체로 성형되는 병(1)에 관한 것으로서, 상기 병은 주축(X)을 갖고, 몸체(5) 및 몸체(5)의 하부 단부로부터 연장된 하부 베이스(6)를 구비한다.
하부 베이스(6)는,
- 배치 평면(8)을 한정하는 주연 안착부(7);
- 하부 베이스(6)의 중심 구역(11)의 주연부로부터 주연 안착부(7)로 연장된 오목형 아치(10) - 상기 오목형 아치(10)는 오목부가 용기(1)의 외측을 향하도록 된 둥근 대체적인 형상을 갖고, 중심 구역(11)의 중간 지점은 푸시업(push-up)(11a)으로 명명됨 -;
- 중심 구역(11)으로부터 적어도 주연 안착부(7)로 반경방향으로 연장되는 일련의 보강 홈들(13);
- 2개의 인접한 보강 홈들(13) 사이에 위치된 베이스 발부분(foot)(14)을 포함한다;
본 발명에 따르면, 병 하부 베이스(6)는 베이스 발부분의 배치 평면(8)과의 접촉 지점과 최대 병 직경 사이의 거리로서 정의되는 오프셋 안착 반경(offset sitting radius)을, 직경(D)이 40 내지 150 mm인 병에 대해 5 내지 10 mm 범위로, 포함한다.
하부 베이스(6)는,
- 배치 평면(8)을 한정하는 주연 안착부(7);
- 하부 베이스(6)의 중심 구역(11)의 주연부로부터 주연 안착부(7)로 연장된 오목형 아치(10) - 상기 오목형 아치(10)는 오목부가 용기(1)의 외측을 향하도록 된 둥근 대체적인 형상을 갖고, 중심 구역(11)의 중간 지점은 푸시업(push-up)(11a)으로 명명됨 -;
- 중심 구역(11)으로부터 적어도 주연 안착부(7)로 반경방향으로 연장되는 일련의 보강 홈들(13);
- 2개의 인접한 보강 홈들(13) 사이에 위치된 베이스 발부분(foot)(14)을 포함한다;
본 발명에 따르면, 병 하부 베이스(6)는 베이스 발부분의 배치 평면(8)과의 접촉 지점과 최대 병 직경 사이의 거리로서 정의되는 오프셋 안착 반경(offset sitting radius)을, 직경(D)이 40 내지 150 mm인 병에 대해 5 내지 10 mm 범위로, 포함한다.
Description
본 발명은 하부 베이스를 갖는 병(bottle), 그를 제조하는 방법, 및 그러한 병 및 병 하부 베이스에서의 FDCA 및 다이올 단량체의 용도에 관한 것이다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 그의 코폴리에스테르(이하, 집합적으로 "PET" 또는 "폴리에틸렌 테레프탈레이트"로 지칭됨)는 부분적으로 그의 투명한 특성과 기계적 특성과 가스 배리어 특성의 탁월한 조합으로 인해 패키징 물품을 제조하기 위한 원료로서 널리 사용된다. PET 제품의 예는 식품 및 음료 제품을 패키징하기 위한 병 및 용기, 뿐만 아니라 세제, 화장품 또는 약학 제품을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. PET는 또한 섬유 산업에서도 널리 사용된다.
그의 가공 및 열 이력에 따라, PET는 비정질(투명) 중합체 및 반결정질 중합체 둘 모두로서 존재할 수 있다. 반결정질 재료는 그의 결정 구조 및 입자 크기에 따라 투명으로(입자 크기가 500 nm 미만) 또는 불투명한 백색으로(입자 크기가 최대 수 마이크로미터) 보일 수 있다.
취입 성형 산업(blow molding industry)에서 그리고 더 구체적으로는 물병 산업에서 PET의 광범위한 사용은 특정 공정, 즉 예비성형품의 사출 성형, 예비성형품 가열 공정, 연신 취입 성형, 액체 양쪽-배향(bi-orientation) 등의 개발로 이어져 왔다. 공정을 보완하여, 특정 디바이스, 예를 들어 사출 성형 몰드, 가열 디바이스, 예비성형품을 연신시키기 위한 슬라이딩 로드(sliding rod) 등이 개발되었다.
오늘날, 대부분의 상업적인 방법은 석유-화학 유래 원료로 PET를 생산한다. 그러나, 효율적으로 바이오소싱될 수 있고 PET와 경쟁하는 데 비용 효과적인, 재생가능 원료에 기반한 중합체에 대해 높은 요구가 있다.
PET 열가소성 용기 및 병에서, 병 베이스의 설계는 예를 들어 탄산음료에 노출되거나 온도가 증가함에 따라 용기가 내부 압력을 견디는 것을 가능하게 하는 것이 중요하다. 그에 의해, 병 베이스에 대한 공지된 난제는 고압 또는 고온에서 베이스 중심의 팝-아웃(pop-out)을 회피하는 것으로, 이는 병이 결과적으로 베이스로 더 이상 세워져 있을 수 없기 때문이다.
연신 취입 성형 공정을 사용하여 병을 제조하기 위한 PET의 사용은 PET의 물리적 및 화학적 특성으로 인해 병 베이스 설계의 가능성을 제한한다.
예를 들어, 탄산 제품의 경우, 탄산가스로 인한 내부 압력을 견디기 위해, 베이스 중심은 베이스 발부분(foot)보다 높게 설계된다. 그러나, 베이스 중심과 그의 발부분 사이의 높이 차이는 PET의 파단 신율 및 PET가 추가로 연신되는 것을 방지하는 변형 경화 효과로 인해 PET의 연신성에 의해 제한된다.
다른 열가소성 중합체의 사용은 그의 한계를 변화시키는 것을 도울 수 있다.
50년대에 발견된 유망한 중합체가 최근에 다시 관심을 받았다. 폴리에틸렌 푸라노에이트(PolyEthylene Furanoate) 및 그의 공중합체(이하, 집합적으로 "PEF"로 지칭됨)는 적어도 부분적으로 바이오소싱될 수 있는 중합체이다.
PEF는 2,5-푸란다이카르복실레이트 모이어티(moiety)[2,5-푸란다이카르복실산(FDCA) 또는 다이메틸-2,5-푸란다이카르복실레이트(DMF)]를 에스테르화하고 그 에스테르를 다이올 또는 폴리올(에틸렌 글리콜, 1,3-프로판다이올, 1,4-부탄다이올, 1,4-사이클로헥산다이메탄올, 1,6-헥산다이올, 2,2-다이메틸-1,3-프로판다이올, 폴리(에틸렌 글리콜), 폴리(테트라하이드로푸란), 글리세롤, 펜타에리트리톨)과 축합하여 제조된 중합체이다. 이들 산 및 알코올 모이어티 중 일부는 재생가능 작물 원료로부터 획득될 수 있다.
한 가지 제안된 PEF는 적어도 하나의 푸란다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜(MEG) 단량체의 중합체이다.
문헌 WO 2010/077133 A1호는 중합체 골격 내에 2,5-푸란다이카르복실레이트 모이어티를 갖는 PEF 중합체를 제조하기 위한 최적화된 공정을 설명한다.
병에 적용하기 위한 PEF 중합체의 제조는 또한 문헌 EP 2 890 544 A1호에 제시되어 있다.
재생가능 원료로부터 가능한 획득되고 더 나은 기계적 및 열적 특성은 아니더라도 유사한 것을 갖는 것에 더하여, PEF는 PET보다 우수한 배리어 특성을 가지며(O2 배리어: 10x 개선, H2O 배리어: 2x 개선, CO2 배리어: 4x 개선) 재활용가능하다.
추가적으로, PEF는 PET의 결정화 시간보다 10배 더 긴 결정화 시간을 갖고, 결정화는 더 높은 온도(PET 경우의 100 내지 120℃ 대신 PEF 경우의 130 내지 150℃)에서 일어난다.
이러한 프레임에서, PEF의 사용이 조사되었다.
PEF로 제조된 일부 병들이 제조된 것이 개시되었다. 그러나, 상기 병은 그의 구조적 파라미터들 중 일부에서 매우 기본적인 것으로 여겨진다. 진보된 병에 대한 필요성이 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 개선된 구조적 파라미터를 갖는 PEF 중합체로부터 제조된 병 및 관련 방법을 제안하는 것이다.
병
본 발명은 적어도 하나의 푸란 다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란 다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌글리콜(MEG) 단량체의 적어도 하나의 열가소성 중합체로 성형되는 병을 제공하는데, 상기 병은 주 종축을 갖고, 몸체 및 몸체의 하부 단부로부터 연장된 하부 베이스를 구비하고, 하부 베이스는 배치 평면을 한정하는 주연 안착부; 하부 베이스의 중심 구역의 주연부로부터 주연 안착부로 연장된 오목형 아치 - 상기 오목형 아치는 오목부가 용기의 외측을 향하도록 된 둥근 대체적인 형상을 갖고, 중심 구역의 중간 지점은 푸시업(push-up)으로 명명됨 -; 중심 구역으로부터 적어도 주연 안착부로 반경방향으로 연장되는 일련의 보강 홈들; 2개의 인접한 보강 홈들 사이에 위치된 베이스 발부분을 포함하고, 청구항 1의 특징부를 제공한다.
구체적으로, 제안된 병은 베이스 발부분의 배치 평면과의 접촉 지점과 병의 축 사이의 거리로서 정의되는 안착 반경(sitting radius)을 포함한다. 본 특허 출원의 문맥에서, 추가 파라미터가 정의된다. 본 파라미터는 "오프셋 안착 반경(offset sitting radius)"으로 명명된다. 이는 베이스 발부분의 배치 평면과의 접촉 지점과 최대 병 직경 사이의 거리로서 정의되고, 직경(D)이 40 내지 150 mm인 병에 대해 5 내지 10 mm의 범위에 있다.
오프셋 안착 반경을 볼 때, 오프셋 안착 반경이 더 작을수록, 베이스 발부분들은 더 멀리 떨어져서, 병의 더 높은 안정성으로 이어진다.
폴리에틸렌 푸라노에이트(PEF)와 같은, FDCA 단량체와 다이올 단량체로 제조된 열가소성 중합체는 의외로 PET와 비교하여 병의 베이스의 취입성(blowability)이 개선되게 하는 것으로 밝혀졌다. 특히, 본 발명의 열가소성 중합체는 몰드의 베이스 프로파일을 따르는 향상된 능력을 나타내었고, 그에 의해 병 베이스 상에 몇몇 더 작고 더 정밀한 특징부를 획득하는 것을 가능하게 하였다. 어떠한 이론에도 구애되고자 함이 없이, 그의 유동 및 규칙성 특징부로 인해, PET는, 특히 작은 치수의 병 베이스 파라미터에 대해, 성형될 수 있는 임프린트(imprint)의 종류를 제한하는 것으로 여겨진다.
제안된 병 베이스의 이러한 새롭게 제안된 기술적 특징부로 인해, 하부 베이스의 다른 파라미터(발부분의 개수, 보강 홈 프로파일 등)에 대한 많은 수의 설계를 허용하면서 병의 안정성 각도(stability angle)를 개선하는 것을 가능하게 한다.
병의 안정성 각도는 2개의 인접한 발부분들의 외부 지면 접촉 지점들 사이의 라인과 충전된 병의 무게 중심을 연결하는 라인과, 병의 축 사이의 각도로서 정의된다. 병이 그의 안정성 각도에 도달한 후, 병은 쓰러진다.
특히 제조를 위해, 예를 들어, 생산 공정에서의 이송 동안 병이 원심력으로 인해 기울어질 수 있는 경우, 주어진 병의 안정성 각도를 아는 것은 중요하다.
병의 경우에, 발부분의 오프셋 안착 반경이 작은 것은 표준 오프셋 안착 반경과 비교하여 병의 안정성 각도를 증가시키는 것을 허용하고 그에 의해, 예를 들어, 생산 라인에서 이송 동안 병의 오버플로우(overflow)를 피하게 한다. 실제로, 안정성 각도가 증가함에 따라, 병은 쓰러질 위험 없이 소정 기울어짐을 허용한다. 이러한 파라미터는 품질 문제를 위해 베이스의 품질을 개선하고 낭비를 줄인다.
더욱이, 오프셋 안착 반경 값의 청구된 범위로 인해, 제안된 병은 (PET로 제조된) 종래의 병이 견딜 수 있는 것보다 높은 수직축에 대한 소정 기울기를 견딘다. 실제로, 제안된 병은 안정성 각도가 약 17°인 반면, 종래의 PET 병에 대한 안정성 각도는 10.5 내지 최대 13°이다.
추가 특징부에 따르면, 보강 홈의 개수는 5 내지 10, 바람직하게는 7 내지 10으로 가변할 수 있다. 매우 많은 수의 보강 홈이 또한 안정성 각도의 증가 및 그에 따른 병의 안정성에 관여한다는 것에 유의하여야 한다.
이는, 특히 가압된 병의 경우, 병의 품질을 추가로 개선하는 것을 허용한다.
유리하게는, 보강 홈은 홈 반경이 1 mm 내지 6 mm, 바람직하게는 1 mm 내지 3 mm 범위 내에 포함된다.
홈 반경은 홈의 하부 내의 홈의 반경으로서 정의된다. 제안된 베이스는 PEF의 사용으로 인해 양호한 취입성을 여전히 가능하게 하면서 PET 열가소성 병 베이스에 사용되는 종래의 홈 반경보다 작을 수 있는 홈 반경을 갖는다.
제안된 병은 5 내지 10개의 베이스 발부분, 바람직하게는 7 내지 10개의 베이스 발부분을 추가로 포함한다.
베이스 발부분은 그의 배치 평면과의 접촉 지점에서 반경이 1 내지 8 mm, 바람직하게는 1 내지 5 mm이다.
이러한 베이스 발부분 반경은 지면 접촉하는 베이스 발부분의 반경이다. 베이스 발부분 반경은 PET 열가소성 병 베이스의 종래의 베이스 발부분 반경보다 작고, 따라서, 발부분 기립 링 직경이 증가됨에 따라 병의 안정성 각도를 개선할 수 있다.
제안된 병은 바람직하게는 내부 부피가 고전적인 병 형상을 갖는 15 내지 350 cl이다. 실제로, 더 큰 부피를 갖는 용기는 그의 베이스에 대해 상이한 특징부를 가질 수 있고 취급하기가 더 어렵다.
특정 특징부에 따르면, 제안된 병 베이스를 갖는 청구된 병은 가압 액체, 바람직하게는 음료로 충전된다.
예를 들어, 상기 음료는 탄산음료이다. 대안적으로, 음료는 또한 질소 분위기 하의 음료일 수 있다.
병에 충전되는 음료는, 예를 들어, 탄산수일 수 있다. 음료는 또한, 맥주와 같은 알코올 음료일 수 있다. 음료는 또한, 소다수, 예를 들어, 바람직하게는 탄산이 든, 콜라 음료일 수 있다. 음료는 질소 분위기 하의 과일 주스일 수 있다. 음료는 가압 비타민 워터 또는 에너지 드링크 또는 임의의 다른 가압 음료일 수 있다.
새롭게 제안된 베이스는 취입 성형의 관점에서 양호한 가공성을 가지면서 제조, 가공 및 보관 동안 (안정성 각도를 통해) 안정성을 개선하게 한다.
실제로, 본 발명의 열가소성 중합체가 몰드의 내부 프로파일을 따르는 능력은 취입 성형 단계에서 필요한 취입 압력(blowing pressure)을 낮추는 것을 추가로 가능하게 한다.
제안된 병의 개선된 기하학적 구조는 또한 예비성형품 중량의 감소를 가능하게 한다. 가압 음료가 종래에는 하기의 두 가지 이유로 인해 높은 중량의 예비성형품을 사용한다:
-
더 두꺼운 벽 두께는 병의 배리어 특성을 증가시키고 의도된 압력이 원하는 기간 동안 유효하게 남아 있는 것을 보장하며;
-
더 높은 베이스 중량은 내압성(pressure resistance)을 증가시키고 증가된 안정성에 관여한다.
PEF는 본질적으로 PET보다 우수한 배리어 특성을 제공하고, 그에 따라서 나머지 중량 감소 제약조건은 내압성 요건이다. 그러나, 제안된 병은 동일한 중량에서 상당히 더 높은 내압성 및 안정성을 제공하는데, 이는 표준 가압된 PET 병 형상과 비교하여 최대 30%의 예비성형품 중량 감소를 가능하게 한다.
병을 제조하기 위한 방법
본 발명은 또한 청구항 9에 따라 이전에 정의된 바와 같은 병을 제조하는 방법을 제안한다.
상기 방법은,
-
적어도 하나의 푸란 다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란 다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜(MEG) 단량체의 적어도 하나의 열가소성 중합체로 제조된 예비성형품을 제공하는 단계;
-
예비성형품을 적어도 하나의 임프린팅(imprinting) 부재를 포함하는 공동을 갖는 몰드 내에 배치하는 단계;
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오프셋 안착 반경을, 직경(D)이 40 내지 150 mm인 병에 대해 5 내지 10 mm 범위로, 갖는 푸시업을 포함하는 병을 형성하도록 몰드 내에서 예비성형품을 취입하는 단계를 포함한다.
추가로, 본 방법은 예비성형품을 제공하는 단계를 포함한다. 예비성형품은 종축을 따라 연장되고 폐쇄 하단부 및 개방 상단부를 갖는 중공 튜브를 포함하고, 예비성형품을 취입하는 단계는 35 바, 바람직하게는 30 바, 더 바람직하게는 25 바, 더 바람직하게는 20 바, 더 바람직하게는 15 바, 더 바람직하게는 10 바 이하의 취입 압력으로 개방 상단부를 통해 예비성형품을 취입하는 단계를 포함한다.
병을 액체, 바람직하게는 음료로 충전하는 추가 단계가 제안된다.
언급된 바와 같이, 병은 가압 액체, 바람직하게는 음료로 충전될 수 있다. 상기 음료는 탄산음료일 수 있다. 대안적으로, 음료는 또한 질소 분위기 하의 음료일 수 있다.
음료는 임의의 유형, 예를 들어, 탄산수, 탄산음료, 착향수 또는 질소 분위기 하의 과일 주스 등일 수 있다.
제안된 병의 사용
본 발명은 또한 이전에 정의된 바와 같은 병에서의, 적어도 하나의 푸란 다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란 다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜(MEG) 단량체의 적어도 하나의 열가소성 중합체의 용도에 관한 것이다.
병에 충전될 수 있는 음료는 예를 들어 탄산수일 수 있다. 음료는 맥주와 같은 알코올 음료일 수 있다. 음료는 또한, 소다수, 예를 들어, 바람직하게는 탄산이 든, 콜라 음료일 수 있다. 음료는 질소 분위기 하의 과일 주스일 수 있다. 음료는 가압 비타민 워터 또는 에너지 드링크 또는 임의의 다른 가압 음료일 수 있다.
병을 구성하는 중합체: 구조-제조
중합체는 FDCA 단량체, 바람직하게는 2,5-FDCA에 대응하는 모이어티, 및 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜에 대응하는 모이어티를 포함한다. 중합체는 전형적으로 중합체 내에 그러한 모이어티를 제공하는 단량체를 중합함으로써 획득된다. 이를 위해, 단량체로서 FDCA, 바람직하게는 2,5-FDCA 또는 그의 다이에스테르를 사용할 수 있다. 따라서, 중합은 에스테르화 또는 에스테르 교환(transesterification)일 수 있으며, 이들 둘 모두는 또한 (중)축합 반응으로도 지칭된다. 바람직하게는 단량체로서 다이메틸-2,5-푸란다이카르복실레이트(DMF)를 사용한다.
바람직한 실시예에서, 다이올은 에틸렌글리콜(모노에틸렌 글리콜 - MEG)이고, 바람직하게는 바이오소싱된다. 예를 들어, 바이오소싱된 MEG는, 작물 또는 농업 부산물, 임업 부산물, 또는 전분, 셀룰로스 또는 헤미셀룰로스의 가수분해에 의한 고체 도시 폐기물로부터 획득될 수 있는 당(예를 들어, 글루코스, 프룩토스, 자일로스)의 발효에 의해 또한 제조될 수 있는 에탄올로부터 획득될 수 있다. 대안적으로, 바이오소싱된 MEG는 글리세롤로부터 획득될 수 있고, 이는 그 자체가 바이오디젤로부터의 폐기물로서 획득될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 중합체는 바이오소싱된 2,5-FDCA 및 바이오소싱된 모노에틸렌 글리콜을 사용한 PEF 재료이다. 실제로, 2,5-FDCA는 (재생가능 자원으로부터 획득된) 글루코스 또는 프룩토스로 생성되는 5-하이드록시메틸푸르푸랄(5-HMF)로부터 유래한다. 모노에틸렌 글리콜은, 작물 또는 농업 부산물, 임업 부산물, 또는 전분, 셀룰로스 또는 헤미셀룰로스의 가수분해에 의한 고체 도시 폐기물로부터 획득될 수 있는 당(예를 들어, 글루코스, 프룩토스, 자일로스)의 발효에 의해 또한 제조될 수 있는 에탄올로부터 획득될 수 있다. 대안적으로, 모노에틸렌 글리콜은 글리세롤로부터 획득될 수 있고, 이는 그 자체가 바이오디젤로부터의 폐기물로서 획득될 수 있다.
이는 사용되는 단량체의 대부분이 바이오소싱된 것으로서 여겨지기 때문에 100% 바이오기반 또는 바이오소싱된 PEF로 지칭된다. 일부 공단량체 및/또는 일부 첨가제, 및/또는 일부 불순물 및/또는 일부 원자가 바이오소싱된 것이 아닐 수 있기 때문에, 바이오소싱된 재료의 실제 양은 100% 미만, 예를 들어 중량을 기준으로 75% 내지 99%, 바람직하게는 85 내지 95%일 수 있다. PEF는 PEF의 제조 시 본 기술 분야의 대중 상태(public state)에 따라 제조될 수 있다.
병은 그러한 재료로, 예를 들어 사출 취입 성형(Injection Blow Molding, IBM) 공정에 의해, 바람직하게는 사출 연신 취입 성형(Injection Stretch Blow Molding, ISBM) 공정에 의해 제조될 수 있다. 그러한 병은, 2,5-FDCA 또는 모노에틸렌 글리콜이 바이오소싱된 것이 아닌 PEF와 함께 이전에 공개적으로 설명된 것과 유사한 특성을 가질 수 있다.
기계적 특성을 비롯한 그러한 특성은 PET와 비교하여 개선된다.
언급된 바와 같이, 본 발명에 따른 용어 "중합체"는 단일중합체 및 공중합체, 예컨대, 랜덤 또는 블록 공중합체를 포함한다.
본 발명은 하기 실시예를 참조하여 추가로 설명된다. 청구된 바와 같은 본 발명은 이들 실시예에 의해 어떠한 방식으로도 제한되지 않게 하려는 것으로 이해될 것이다.
이제 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
- 도 1은 하부 베이스를 포함하는 PEF로 제조된 병의 대체적인 도면이다.
- 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제안된 베이스의 사시도, 저면도, 단면도 및 제2 사시도를 나타낸다.
- 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제안된 베이스의 저면도 및 사시도를 나타낸다.
이제 본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예로서 설명될 것이다.
- 도 1은 하부 베이스를 포함하는 PEF로 제조된 병의 대체적인 도면이다.
- 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 제1 실시예에 따른 제안된 베이스의 사시도, 저면도, 단면도 및 제2 사시도를 나타낸다.
- 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 제안된 베이스의 저면도 및 사시도를 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단어 "포함한다", "포함하는", 및 유사한 단어는 배타적 또는 완전한 의미로 해석되지 않아야 한다. 다시 말하면, 이들은 포함하지만 이로 제한되지 않는을 의미하고자 한다.
본 명세서에서의 종래 기술 문헌에 대한 어떠한 언급도 이러한 종래 기술이 널리 공지되어 있다거나 해당 분야의 통상적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 것을 인정하는 것으로서 간주되지 않아야 한다.
도면에서, 동일한 도면 부호는 동일한 또는 유사한 요소를 지칭한다.
도 1은 PEF 열가소성 중합체로 제조된 예비성형품의 사출 연신 취입 성형에 의해 생산된 병(1)의 대체적인 도면을 도시한다.
상기 병(1)은, 상부 단부에서, 입구(3)를 구비한 목부(2)를 포함한다. 목부(2)의 연장부에서, 병(1)은 그의 상부 부분에서 목부(2)의 반대편 방향으로 넓어지는 견부(4)를 포함하고, 상기 견부(4)는 병(1)의 주축(X)을 중심으로 회전하는 대체로 원통형인 형상의 측방향 벽 또는 몸체(5)에 의해 연장된다.
병(1)은 몸체(5)의 하부 단부로부터, 목부(2)의 반대편으로, 연장되는 하부(6)를 추가로 포함한다. 하부(6)는 몸체(5)의 연장부에서 실질적으로 축방향으로 연장되는 환형 리지(annular ridge) 형태의 주연 안착부(7)를 포함한다. 안착부(7)는 병(1)의 축(X)에 수직인 배치 평면(8)(안착 평면으로도 또한 지칭됨)에서 종단되며, 상기 안착 평면(8)은 병(1)의 하부 단부를 한정하고 병이 평평한 표면 상에 직립하여 안착되는 것을 가능하게 한다.
도 1에서, D는 안착 평면(8) 상에 놓인 병(1)의 직경을 나타내는데, 용어 "직경"은 병(1)(및 그에 따라 하부(6))이 원형 윤곽을 갖는 (도시된) 경우뿐만 아니라 병(1)이 다각형 윤곽(예를 들어, 정사각형)을 가질 경우에도 - 이 경우, 용어 "직경"은 상기 다각형이 내접되는 원의 직경을 의미할 것임 - 적용된다.
제안된 실시예에서, 직경(D)은 또한 청구범위에서 그리고 오프셋 안착 반경의 정의를 위해 사용될 때 최대 병 직경이다.
제안된 실시예에서, 병(1)의 직경(D)은 40 내지 150 mm이고, 내부 부피가 15 내지 350 cl인 병에 대응한다.
제안된 실시예에 의해 다뤄지는 병은 병의 기능을 가지며, 한 손으로 취급될 수 있다. 이는 더 큰 부피를 갖는 용기에 대해서는 가능하지 않을 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 특징부를 통합하고 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 1의 병의 하부 베이스(6)의 사시도, 저면도, 단면도 및 제2 사시도를 나타낸다. 도 2a 내지 도 2d는 함께 설명될 것이다.
본 예에서, 병 베이스(6)는 직경이 65.5 mm이고 내부 액체 부피가 50 cl인 병에 대응한다. 직경 및 체적의 그러한 치수를 갖는 PET로 제조된 병은 통상 발견된다.
하부 베이스(6)는, 그의 주연 부분(7)으로부터 그의 중심으로, 이미 설명된 주연 안착부(7), 오목형 아치(10), 중심 구역(11), 및 중심 구역 중간의 푸시업(11a)으로 지칭되는 지점을 포함한다. 푸시업(11a)은 예비성형품의 형성(예비성형품을 형성하기 위한 플라스틱 재료의 주입)에 기인하는 비정질 펠릿(pellet)(도면에 참조되지 않음)을 포함한다.
오목형 아치(10)는 둥근 대체적인 형상을 갖는다. 이는 응력이 없는 상태에서, 즉 용기(1) 내에 내용물이 없는 상태에서 오목부가 용기(1)의 외부를 향하도록 된 실질적으로 구형인 돔(spherical dome)의 형태이다. 아치(10)는 하부(6)의 안착부(7)로부터 푸시업(11a)으로 연장되어, 용기(1)의 내부를 향해 돌출되는 보스(boss)를 형성한다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 하부 베이스(6)는 일련의 보강 홈들(13)을 추가로 포함한다. 상기 보강 홈(13)은 용기(1)의 내부를 향해 오목하고, 중심 구역(11)으로부터 적어도 주연 안착부(7)로 반경방향으로 연장된다. 도면에 예시된 바람직한 실시예에 따르면, 보강 홈(13)은 안착부(7)를 지나서 연장되어, 용기(1)의 몸체(5)의 하부 부분 위로 측방향으로 상승된다.
다시 말하면, 주 홈(13)은, 주연 안착부(7) 및 몸체(5)의 일부 위로, 전체 아치(10)에 걸쳐 반경방향으로 연장된다. 따라서, 안착 평면(8)은 각각의 주 홈(13)에서 중단되기 때문에 불연속적인 것으로 이해될 것이다.
제시된 하부 베이스 내에는 5개의 보강 홈(13)이 있다.
보강 홈은 3.7 mm인 상기 홈의 하부 내의 홈의 반경으로서 정의되는 홈 반경(GR)을 갖는다.
제안된 베이스는 양호한 취입성을 여전히 가능하게 하면서 PET 열가소성 병 베이스에 사용되는 종래의 홈 반경보다 약간 작은 홈 반경을 갖는다.
추가로, 홈은 60°의 홈 각도를 갖고, 이 각도는 보강 홈(13)의 개방 각도이다.
베이스 발부분(14)은 2개의 인접한 보강 홈들(13) 사이에 위치된다. 따라서, 도 2a 내지 도 2d에 도시된 본 실시예에서는, 7개의 보강 홈 및 7개의 베이스 발부분이 있다.
배치 평면(8)의 위치에 있는 베이스 발부분(14)의 반경은 5 mm이다.
종래의 PET 하부 베이스(6 내지 8 mm)와 비교하여, 이러한 낮은 값의 베이스 발부분 반경으로 인해, 베이스 표면은 최소화되고, 이는 베이스의 양호한 취입성에 기여한다.
본 발명에 따르면, 제안된 베이스는 오프셋 안착 반경이 5.1 mm이다.
이미 언급된 바와 같이, 오프셋 안착 반경은 베이스 발부분의 배치 평면과의 접촉 지점과 최대 병 직경 사이의 거리로서 정의된다.
오프셋 안착 반경은 2개의 인접한 발부분들의 외부 지면 접촉 지점들 사이의 라인과 충전된 병의 무게 중심을 연결하는 라인과, 병의 축 사이의 각도로서 정의되는 병의 안정성에 관여한다.
본 경우에, 오프셋 안착 반경의 값은 (9 내지 13 mm인 PET 병 기반의 오프셋 안착 반경의 종래의 값과 비교하여) 작은데, 이는 표준 PET 병과 비교하여 병의 안정성 각도를 증가시키게 한다.
제안된 실시예에서, 안정성 각도는 안정성 각도가 10.5 내지 13°인 PET 베이스에 대해서보다 30% 더 높은 17°이다.
병의 개선된 안정성은 생산 라인 상에서의 이송 동안 또는 연쇄 공급 과정 동안 병의 오버플로우를 피하게 한다.
오프셋 안착 반경을 볼 때, 오프셋 안착 반경이 더 작을수록, 베이스 발부분들은 더 멀리 떨어져서, 병의 더 높은 안정성으로 이어진다.
보강 홈(13)의 개수 및 베이스 발부분(14)의 개수 둘 모두는 안정성 및 내압성에 영향을 미친다. 보강 홈 및 베이스 발부분의 개수가 더 많을수록, 안정성 및 내압성은 더 우수하다.
배치 평면(8)에 대한 푸시업(11a)의 거리는 도 2c에서 볼 수 있는 푸시업 높이(PUH)로서 정의된다. 푸시업 높이는 하부 베이스의 내압성에 큰 영향을 미친다. 도 2a 내지 도 2d에 제시된 제안된 실시예에서, 푸시업 높이는 7 mm이다.
PEF 중합체로 제조된 하부 베이스의 경우에, 종래의 PET 하부 베이스보다 높은 푸시업 높이를 갖는 하부 베이스를 생산하는 것이 가능하다.
이어서, 하부 베이스의 특성은 종래의 PET 하부 베이스에 대해 안정성 및 내압성과 관련된 것이 증가된다.
더욱이, 중심 구역(11)은 사출 연신 취입 성형 공정의 양쪽-배향 단계 동안 하부 베이스 내의 플라스틱 재료의 더 양호한 재분배에 관여하는 기능을 갖는다.
병 및 병 하부 베이스에 대한 PEF 중합체의 사용은 오프셋 안착 반경을 그리고 보강 홈 및 베이스 발부분의 개수를 증가시키는 것을 허용하고 이는 작은 베이스 발부분 반경 및 작은 홈 반경으로 인한 베이스의 양호한 취입을 여전히 가능하게 하면서 베이스의 안정성 및 내압성을 증가시킨다.
따라서, 언급된 바와 같이, 제안된 병은 종래 기술의 병과 비교하여 개선된 기술적 특징부를 갖는다.
제안된 병은, 0.2 바 내지 15 바의 범위 내의 어떠한 압력이든, 임의의 유형의 가압 액체, 특히 음료로 충전될 수 있다.
제안된 베이스에서, 안정성 각도는 PET로 제조된 높은 내압성을 갖는 베이스와 비교하여 30% 증가된다.
요약하면, 제안된 하부 베이스는 하기의 특징부를 갖는다!
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 병의 하부 베이스(6)의 저면도 및 사시도를 도시한다.
본 실시예에서, 제안된 베이스는 하기의 특징부를 갖는다.
도 3a 및 도 3b의 베이스는 PEF로 제조되고 오프셋 안착 반경이 10 mm이다. 매우 많은 수의 보강 홈 및 베이스 발부분이 오프셋 안착 반경의 값을 보완(counterbalance)하고, 따라서 베이스의 안정성을 개선하는 것을 여전히 가능하게 하는 한편 여전히 PEF 중합체가 내부로 유동하게 하고 보강 홈(13)을 정확하게 형성한다.
상기 제안된 기술적 특징부를 갖는 병 베이스는 종래의 PET를 사용하여 획득될 수 없으며 또한 적어도 산업화될 수 없다.
본 발명의 병의 하부 베이스에 대한 모든 한정되고 제안된 파라미터들은 상호연결된다.
제안된 병 및 병 하부 베이스는 예비성형품(도시되지 않음)으로부터 취입된다.
그러한 예비성형품은 종축을 따라 연장되고 폐쇄 하단부 및 개방 상단부를 갖는 중공 튜브를 포함한다. 이러한 예비성형품 설계는 당업자에게 공지되어 있다.
병의 형성은 예비성형품을 그의 Tg(유리 전이 온도) 초과의 온도로 가열하는 단계를 포함하는 예비성형품을 취입하는 단계, 예비성형품을 주형 내에 배치하는 단계, 연신 로드를 사용하여 예비성형품을 연신하는 단계, 및 35 바, 바람직하게는 30 바, 더 바람직하게는 25 바, 더 바람직하게는 20 바, 더 바람직하게는 15 바, 더 바람직하게는 10 바 이하의 취입 압력으로 개방 상단부를 통과하는 비압축 유체를 사용하여 예비성형품을 취입하는 단계를 포함한다.
본 발명의 병을 제조하기 위해 사용되는 예비성형품은 FDCA 및 다이올 단량체로 제조된 PEF로 제조된다.
본 발명이 예로서 설명되었지만, 청구범위에 규정된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 변형 및 수정이 이루어질 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 특정 특징부에 대한 알려진 균등물이 존재하는 경우, 그러한 균등물은 본 명세서에 구체적으로 언급된 것처럼 포함된다.
Claims (12)
- 적어도 하나의 푸란 다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란 다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌글리콜(MEG) 단량체의 적어도 하나의 열가소성 중합체로 성형되는 병(1)으로서, 상기 병은 주축(X)을 갖고, 몸체(5) 및 상기 몸체(5)의 하부 단부로부터 연장된 하부 베이스(6)를 구비하고, 상기 하부 베이스(6)는,
- 배치 평면(8)을 한정하는 주연 안착부(7);
- 상기 하부 베이스(6)의 중심 구역(11)의 주연부로부터 상기 주연 안착부(7)로 연장된 오목형 아치(10) - 상기 오목형 아치(10)는 오목부가 상기 용기(1)의 외측을 향하도록 된 둥근 대체적인 형상을 갖고, 상기 중심 구역(11)의 중간 지점은 푸시업(push-up)(11a)으로 명명됨 -;
- 상기 중심 구역(11)으로부터 적어도 상기 주연 안착부(7)로 반경방향으로 연장되는 일련의 보강 홈들(13);
- 2개의 인접한 보강 홈들(13) 사이에 위치된 베이스 발부분(foot)(14)을 포함하고;
상기 병 하부 베이스(6)는 상기 베이스 발부분의 상기 배치 평면(8)과의 접촉 지점과 최대 병 직경 사이의 거리로서 정의되는 오프셋 안착 반경(offset sitting radius)을, 직경(D)이 40 내지 150 mm인 병에 대해 5 내지 10 mm 범위로, 포함하는 것을 특징으로 하는, 병(1). - 제1항에 있어서, 5 내지 10개, 바람직하게는 7 내지 10개의 다수의 보강 홈(13)을 포함하는, 병(1).
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 보강 홈(13)은 홈 반경이 1 내지 6 mm, 바람직하게는 1 내지 3 mm 범위 내에 포함되는, 병(1).
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 5 내지 10개의 베이스 발부분, 바람직하게는 7 내지 10개의 베이스 발부분을 추가로 포함하는, 병(1).
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 베이스 발부분(14)은 그의 상기 배치 평면(8)과의 접촉 지점에서 반경이 1 내지 8 mm, 바람직하게는 1 내지 5 mm인, 병(1).
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 부피가 15 내지 350 cl인, 병(1).
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가압 액체, 바람직하게는 음료로 충전되는, 병(1).
- 제7항에 있어서, 상기 음료는 탄산음료 또는 질소 분위기 하에서 병입된(bottled) 음료인, 병(1).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 병(1)을 제조하는 방법으로서,
- 적어도 하나의 푸란 다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란 다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜(MEG) 단량체의 적어도 하나의 열가소성 중합체로 제조된 예비성형품(15)을 제공하는 단계;
- 상기 예비성형품(15)을 적어도 하나의 임프린팅(imprinting) 부재를 포함하는 공동을 갖는 몰드 내에 배치하는 단계;
- 오프셋 안착 반경을, 직경(D)이 40 내지 150 mm인 병에 대해 5 내지 10 mm 범위로, 포함하는 상기 병(1)을 형성하도록 상기 몰드 내에서 상기 예비성형품(15)을 취입(blowing)하는 단계를 포함하는, 방법. - 제9항에 있어서, 상기 예비성형품(15)을 제공하는 단계에서, 상기 예비성형품은 종축을 따라 연장되고 폐쇄 하단부(22) 및 개방 상단부(23)를 갖는 중공 튜브(21)를 포함하고, 상기 예비성형품(15)을 취입하는 단계는 35 바, 바람직하게는 30 바, 더 바람직하게는 25 바, 더 바람직하게는 20 바, 더 바람직하게는 15 바, 더 바람직하게는 10 바 이하의 취입 압력(blowing pressure)으로 상기 개방 상단부(23)를 통해 상기 예비성형품(15)을 취입하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 병을 액체, 바람직하게는 음료로 충전하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 병에서의, 적어도 하나의 푸란 다이카르복실산(FDCA) 단량체, 바람직하게는 2,5-푸란 다이카르복실산(2,5-FDCA) 단량체와, 적어도 하나의 다이올 단량체, 바람직하게는 모노에틸렌 글리콜(MEG) 단량체의 적어도 하나의 열가소성 중합체의 용도.
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