DE3246888A1 - Mehrwandbehaelter - Google Patents

Mehrwandbehaelter

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Description

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Mehrwandbehälter
Die Erfindung betrifft Mehrwandbehälter, deren äußere und innere Wände aus unverschäumtem Kunststoff bestehen. Der Kunststoffbehälter besteht aus mindestens zwei unverschäumten Wänden, von denen jede von der anderen Wand durch eine Gas- bzw. Dampfschicht getrennt ist, wobei das Gas bzw. der Dampf weniger als zehn Volumprozent gasförmigen Sauerstoff enthält und unter den Verpackungsbedingungen nicht mit Sauerstoff reaktionsfähig ist. Die Schicht bzw. Schichten, die das Gas enthalten, können entweder vollkommen aus Gas oder aus verschäumten oder zellförmigen Kunststoff mit z.B. nur dreißig Volumprozent Gas bestehen. Die Behälter haben eine besondere Anwendung in der Großverpackung von flüssigen Gütern, wenn es beabsichtigt ist, ein Durchdringen des in der umgebenden Luft vorhandenen Sauerstoffs in das Innere des Behälters auf ein Minimum zu beschränken.
Es ist bekannt, Weine in einen flexiblen Kunststoffbehälter zu verpacken, der in einen steifen Stützbehälter, wie bespielsweise einem Pappekasten eingesetzt wird. Wenn es beabsichtigt ist, das Durchtreten des atmosphärischen Sauerstoffs in den Behälter auf ein Minimum zu beschränken, wie beispielsweise in der Verpackung von Weinen in derartigen Behältern, sind zur Zeit kostpielige Bearbeitungsverfahren notwendig, um den inneren Kunststoffbehälter hinreichend sauerstoffundurchlässig zu machen. Gebräuchlicherweise werden die Behälter metallisiert, um die Sauerstoffpermeation in den Behälter auf ein Minimum zu beschränken.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Flüssigkeitsbehälter aus Kunststoff zum Aufbewahren von sauerstoffempfindlichen Gütern zu schaffen, in denen die Sauerstoffpermeation auf ein Minimum gehalten wird, ohne auf kostspielige Oberflächenbehandlungen der Kunststoffbehälterwand und ohne auf eine übermäßige Dicke der Kunststoffbehälterwand zurückgreifen zu müssen.
Diese und andere Aufgaben werden gemäß der Erfindung dadurch erfüllt, daß ein Flüssigkeitsbehälter aus Kunststoff geschaffen wird, wobei der Behälter aus mindestens zwei unverschäumten Kunststoffwänden besteht, wobei die benachbarten Wände durch eine gas- oder dampfförmige Schicht voneinander getrennt sind und wobei das erwähnte Gas bzw. der Dampf weniger als zehn Volumprozent gasförmigen Sauerstoff enthält und unter den Verpackungsbedingungen nicht mit dem umgebenden Sauerstoff reaktionsfähig ist. Die Trennlage bzw« Trennlagen können entweder vollkommen gasförmig sein oder das Gas kann in einer verschäumten oder zellförmigen Kunststoffschicht, die zu mindesten aus dreißig Volumprozent Gas besteht, eingeschlossen sein. Dabei ist es für die Erfindung unbedeutend, ob die Schaumschicht aus einem kontinuierlichen oder offenzelligen Schaumstoff oder aus einem geschlossenzelligen Schaumstoff oder aus einer Mischung derer besteht^ Der Inhalt der Verpackung steht nicht unter Druck, d.ho die verpackte Flüssigkeit befindet sich bei 2O0C im wesentlichem unter atmosphärischem Druck.
Gemäß eines besonderen Vorteils der Erfindung, kann die oben beschriebene Anordnung bzw. die Anordnungen umgestaltet
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werden, indem sowohl die innere als auch die äußere Kunststoffwand des Behälters durch einen Pappe- oder Holzkasten gestützt wird, wobei sich die innere Kunststoffwand innerhalb des Kastens befindet und die äußere Kunststoffwand, bestehend aus einer Kunststoffsperrschicht, den Kasten umschliesst und von ihm gestützt wird. Der Kasten wirkt als Stütze und gestattet die Anwendung von verhältnismäßig schwachen strukturellen Kunststoffumhüllungen. Außerdem bietet der Kasten die Möglichkeit, die äußersten und die innersten Kunststoffwände mit jedwelchem gewünschtem Gassperrvolumen zu trennen, wobei größere Volumen längere Verzögerungszeiten mit sich bringen.
Die theoretischen Verzögerungszeiten der Gaspermeation durch ein Laminat bestehend aus zwei- oder mehrlagigen Kunststoffoder Gummisehichten kann gemäß gut bekannten Gleichungen berechnet werden . Die sogenannte "Verzögerungszeit" ist ein Maß derjenigen Zeit, die benötigt wird, um die Diffusionsgeschwindigkeit durch die Sperrschicht ins Gleichgewicht zu bringen. Man trägt in ein Koordinatensystem die Diffusionszeit als Funktion der Summe der Gasmenge z.B. Sauerstoff, in Milligramm, die über 100 Quadratzoll und unter einer Atmosphäre durchgetreten ist. Wenn die Diffusionsgeschwindigkeit das Gleichgewicht erreicht, wird die auf das Koordinatensystem eingetragene Kurve eine gerade Linie« Extrapoliert man diese Gerade auf die Zeitachse, wird der Unterschied zwischen Nullzeit und dem Zeitpunkt, an dem die
1 Barrie u.a.: "Diffusion and Solution of Gases in Composite Rubber Membranes". Trans. Faraday Soc, Bd. 59, S. 869-78, 1963
extrapolierte Kurve die Nullgeschwindigkeit auf der Ordinate schneidet, als "Verzögerungszeit" bezeichnet.
Gemäß der Erfindung haben wir konzipiert, daß die allgemeingültige Gleichung zur Berechnung der theoretischen Verzögerungszeit durch ein mehrschichtes Laminat auch für die Berechnung der Verzögerungszeit durch zwei oder mehreren Schichten, die durch ein anderes Gas als das hindurchdiffundierende Gas getrennt sind, gültig ist» So haben wir konzipiert, daß die Gesamtdiffusion eines Gases wie beispielsweise die des Sauerstoffs in einen Behälter hinein durch Kunststoffschichten, die durch ein Gas getrennt sind, sich verringern wird wenn diese Verzögerungszeit verlängert wird, indem ein Material in einer dieser Schichten angewandt wird, das erheblich billiger ist, als eine hochabschirmende Kunststoffsperrschicht nämlich ein inertes Gas wie
Kohlendioxyd (COp) oder Stickstoff oder ähnliches. Weiterhin kann die Zeitverzögerung einfach durch größere Dicke oder größeres Volumen der Gasschicht erhöht werden. Dies ist durch Berechnungen gemäß der in dem zitierten Literaturhinweis angegebenen allgemeingültigen Formeln bestätigt worden» Zusätzlich haben wir jedoch überraschenderweise gefunden, daß die tatsächliche Verzögerungszeit, die wie obenerwähnt graphisch ermittelt wurde, viel länger ist, als die nach Vorausberechnungen zu erwarten gewesen wäre.
Abbildung 1 stellt eine Seitenansicht eines Behälters dar, der mit Flüssigkeit gefüllt ist und aus nicht steifen Kunststofffolien, die durch eine Inertgasschicht beispielsweise Stickstoff
getrennt sind. Abbildung 2 zeigt einen Querschnitt durch A-A in Abbildung 1.
Abbildung 3 zeigt zwei formfeste Flaschen, von denen eine innerhalb der anderen enthalten ist, am Hals miteinander versiegelt sind und durch einen Hohlraum getrennt sind, der wiederum inertes Gas mit niedrigerem Sauerstoffgehalt als Luft, d.h. nicht mehr als 10 Volumprozent, enthält.
Abbildung 4 zeigt eine Seitenansicht eines formfesten bzw. flexiblen mit Flüssigkeit gefüllten inneren Kunststoffbehälter innerhalb eines äußeren, aus einer Kunststoffsperrschicht bestehenden, Behälters, der die Form eines Kastens oder eines Zylinders haben kann. Der Hohlraum zwischen den beiden Kunststoffwänden enthält das inerte Gas welches einen niedrigeren Sauerstoffgehalt hat als Luft, d.h. nicht mehr als 10 Volumprozent gasförmigen Sauerstoff.
Abbildungen 5 und 6 zeigen jeweils Seitenansichten eines Kombi-Behälters, der aus einem steifen bzw. flexiblen Flüssigkeit enthaltenden inneren Kunststoffbehälter besteht und sich innerhalb eines steifen Kastens oder eines Behälters aus Holz oder Pappe befindet, wobei der Kasten bzw. der Behälter mit einer Kunststoffsperrschicht umgeben ist. Der Hohlraum zwischen dem inneren Behälter und dem äußeren Kasten ist wie in Abbildung 4 mit inertem Gas gefüllt. Offensichtlich, diffundiert das Gas normalerweise durch die Pappe oder durch die anderen Kastenwände.
In Abbildungen 1 und 2 enthält der aus Kunststoffwänden 1 gebildete Behälter eine Flüssigkeit 3 wie beispielsweise Wein oder
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eine halbflüssige Substanz wie beispielsweise Ketchup und der Hohlraum zwischen den Kunststofflagen 1 und 2 ist mit Stickstoff oder anderem Inertgas gefüllt. Die innere und auch die äußere Umhüllung 1 und 2 sind aus schlauchgeblasenem Polyäthylenterephthalat gebildet. Der innere Schlauch ist kleiner als der äußere Schlauch und kann in diesen hineingesteckt werden und dann können die oberen und die unteren Ränder durch Erhitzung entlang der Linie 4 versiegelt werden. Als Ausführungsbeispiel ist eine bei 5 heißversiegelte Füllöffnung gezeigt, durch die der Wein eingefüllt und die Luft durch den Wein verdrängt werden kann während gleichzeitig eine Art Nadelventil durch den Boden der Wand 2 und ein anderes durch den oberen Teil der Wand 2 eingeführt werden kann, damit ein inertes Gas beispielsweise Stickstoff eingeblasen- werden kann, um so die Luft im Hohlraum zwischen 1 und 2 zu verdrängen.
Abbildung 3 stellt eine, durch bekanntes Blasverfahren hergestellte, innere Kunststofflasche und eine äußere, im Blasverfahren hergestellte, Kunststofflasche dar» Die Größe der Hälse ist so angeordnet, daß sich der Hals der inneren Flasche gut an die Innenseite des Halses der äußeren Flasche anschmiegt. Um den Kombi-Behälter zu konstruieren, kann der Boden der äußeren Flasche entlang der Linie 12 abgeschnitten werden und die innere Flasche, deren Hals mit einem geeigneten Klebstoff beschickt ist, eingesetzt werden, so daß der Hals auf diese Weise an die Innenseite des Halses der Mußeren Flasche geklebt wird. Danach wird der Bodenteil der äußeren Flasche an den Oberteil der äußeren Flasche
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AO
heißversiegelt. Bei der Benutzung kann der gleiche Typ Nadelventil benutzt werden, die Luft aus dem Hohlraum zwischen den Wänden 10 und 11 mit einem inerten Gas beispielsweise Stickstoff zu verdrängen und damit eine Stickstoffatmosphäre in dem Hohlraum herzustellen. Danach werden die kleinen Löcher versiegelt, die Innenflasche mit Wein gefüllt und mit der Kappe, nicht gezeigt, verschlossen.
Die in Abbildung 5 dargestellte Anordnung besteht aus einem festen bzw. flexiblen Kunststoffbehälter 21, der in einen Kasten 22, bestehend aus Wellpappe oder Hartpappe oder sogar aus Holz, eingesetzt wird. Der äußere Kasten wird dann mit einer Kunststoffsperrschicht 23 überzogen, die eine gasundurchlässige äußere Umhüllung für den Kasten darstellt. Die Umhüllung kann aus einem Schrumpffolienschlauch beispielsweise orientiertem Polyäthylent'erephthalat gebildet werden, indem dieser Über den Kasten gezogen wird, dann an beiden Enden heißversiegelt wird und dann auf den Kasten aufgeschrumpft wird. Das Gas für die Gasschicht zwischen den inneren und den äußeren Wänden wird entweder durch Anlegen der äußeren Umhüllung unter Begasung oder durch Nachbegasung durch ein sich in der äußeren Umhüllung befindenden kleinem Loch 24, das dann mit Siegelstreifen 26 versiegelt wird, eingeführt. Das Sperrband kann entweder aus einem Heißsiegelband oder aus einem mit geeigneter Sperrschicht beschickten Selbstklebeband wie beispielsweise ein metallisiertes Polymer bestehen."
Abbildung 6 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Abbildung 5, außer das die Öffnung zum inneren Behälter durch die äußere Umhül-
lunp hindurchreicht. Die äußere Umhüllung ist mit dem inneren Behälter, wo dieser aus dem Kasten tritt, bei 28 versiegelt. Eine Heißversiegelung oder ein Klebstoff wie beispielsweise ein Heißschmelzstoff ist geeignet, eine geeignete gasdichte Versiegelung zu bilden.
Abbildung 4 zeigt eine ähnliche Anordnung wie Abbildung 5, außer das der äußere Behälter 15 aus einem steifen Kasten oder einem zylindrischen Behälter aus Schutzschichtmaterial besteht. Der äußere Kasten bzw. zylindrische Behälter 15 kann aus einem Sperrkunststoff oder einem mehrschichtigen Kunststoff, der eine Sperrschicht einschließt, hergestellt sein. Der Deckel 16 kann entweder aus einem flexiblen oder steifen Material mit genügenden Sperreigenschaften bestehen und ist bei 17 mit dem Kasten verbunden und entweder durch Heißversiegelung oder mit Hilfe eines Klebstoffes versiegelt. Die Begasung des mit Gas gefüllten Hohlraums durch Loch 19 und Versiegelung 18 wird auf die gleiche Weise wie für die in Abbildung 5 dargestellten Anordnung durchgeführt. Ein geeignetes Material für den inneren Behälter 14, den äußeren Behälter 15 und den Deckel 16 ist Polyäthylenterephthalat.
Ein Versandkasten mit Innenbeutel, der besonders für größere Mengen von 4 bis 6 Liter geeignet ist, ist in Abbildung dargestellt. Der innere Kunststoffbehälter 31 ist normalerweise ein flexibler Beutel aber kann auch aus steifem Kunststoff bestehen. Der äußere Behälter besteht aus einem aus Wellpappe oder Hartpappe oder sogar Holz hergestellten Kasten 32, der mit einer Kunststoffsperrschicht 33 umgeben ist, wie bereits unter
AZ
Abbildung 5 besprochen wurde. Größere Behälter können einen Hahn haben, um den Inhalt abzuziehen. In einem solchen Fall kann, wenn der Inhalt abgezogen werden soll, die äußere Umhüllung durchgestochen und der Hahn durch die Öffnung im äußeren Behälter herausgezogen werden. Die Begasung kann auf beinah die gleiche Weise wie mit der in der in Abbildung 5 dargestellten Anordnung durch das Begasungsloch 36 erfolgen, das dann mit einem Sperrschichtband 37 abgedeckt wird. Wenn erwünscht, kann ein Schlauch durch das Loch in den untersten Teil durchgeleitet werden, um die Begasung mit Stickstoff oder anderen Gasen vorzunehmen.
Der Hahn in Abbildung 7 kann von einem Typ sein, wie er obe auf Seite 35 der Juni 1982 Ausgabe der Zeitschrift "Package Engineering" dargestellt ist oder vom Typ irgendeiner der Zapfverschlüsse des am 10. September 1968 an Lazzaro A. Fattori erteilten U.S. Patent 3,400,866.
In allen Ausführungsformen der Erfindung kann die wirksame Gasschicht, beispielsweise Stickstoff, entweder vollkommen gasförmii oder in einem offenzelligen oder geschlossenzelligen Schaumstoff enthalten sein, wobei der Rauminhalt oder das Volumen zwischen den beiden unverschäumten Kunststoffbehälterwänden aus mindestens dreißig Volumprozent Gas besteht.
In einem .Beispiel das die Verbesserung der Verzögerungszeit darstellt, wenn zwei Kunststofflagen durch eine Stickstoffschicht getrennt sind, verglichen mit einer gleichdicken Kunststofflage, die nicht durch eine Gasschicht getrennt war, wurden beide Systeme mit einem von der Firma Modem Controls, Minneapolis, Minnesota,
Al
USA verkauften Oxtran 100 Diffusionsprüfgerät geprüft» Dieses Gerät basiert sich auf einem coulometrischen Nachweisprinzip.
In der Kontrolle sind zwei sich berührende Folien aus Polyäthylenterephthalat von 3 mil Dicke von einer abgeschlossenen Oberkammer und einer davon getrennten auch abgeschlossenen Unterkammer umgeben. Zu Beginn wurde die geschlossene Oberkammer kontinuierlich mit einer Stickstoffatmosphäre und die Unterkammer anfänglich mit einer Stickstoffatmosphäre begast. Die Stickstoffbegasung in der unteren Kammer wurde mit einer geringen Geschwindigkeit fortgesetzt und das ausströmende Gas wurde mit dem Oxtran-Prüfgerät so lange überprüft, bis kein Sauerstoff mehr nachgewiesen werden konnte. Danach wurde die Stickstoffbegasung der unteren Kammer fortgesetzt und die obere Kammer wurde gründlichst mit ,reinem Sauerstoff begast wobei dann der Sauerstoffstrom in die obere Kammer mit Hilfe eines Druckregulators so eingeleitet wurde, daß ein Druck von einer Atmosphäre eingehalten wurde.. Unter Benutzung dieser Anordnung wurde .die Sauerstoffdiffusion durch die Membrane fortgesetzt und die angesammelte .Sauerstoffmenge zu gegebenen Zeit-• Intervallen bestimmt, bis sich das Gleichgewicht eingestellt hatte. Die Daten wurden dann in ein Koordinatensystem eingetragen und dienten zur Bestimmung der Zeitverzögerung.
Der oben beschriebene Prozeß wurde wiederholt, außer das ein "Laminat" von 3 mil.dicken Polyäthylenterphthalat-Folien durch einen leeren Raum von 3 mil getrennt waren. Die Ränder des sogenannten "Laminats" wurden versiegelt, um einen geschlossenen Raum zwischen dem beiden Folien herzustellen. Die Messungen wurden wie
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schon beschrieben ausgeführt und wenn kein Sauerstoff mehr aus der unteren Kammer austrat, war selbstverständlich auch kein Sauerstoff im Raum zwischen den beiden Kunststoffolien. Zu diesem Zeitpunkt wurde die obere Kammer schnell mit Sauerstoff begast und der Sauerstoffdruck wurde wie schon vorher auf eine Atmosphäre eingestellt. Auch hier wurde wieder die Zeitverzögerung bestimmt.
Auf diese Weise wurde festgestellt, daß die Verzögerungszeit für die Kontrolle 0;19 Tag betrug und 3,5 Tage war für die gleiche Menge Kunststoff in der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer ursprünglich den Raum zwischen den beiden Folien füllenden Stickstof fschicht.
Auf Grund der Berechnungen gemäß der bereits oben erwähnten Gleichungen wäre zu erwarten gewesen, daß die Verzögerungszeit für die kombinierte Anordnung mit einer Trennschicht aus Stickstoff nur 2,5 Tage hätte betragen sollen. Die Berechnungen weisen darauf hin, daß die berechneten Verzögerungszeiten erheblich von der Dicke der Gasschicht beeinflußt werden; im oben beschriebenen Beispiel beträgt die berechnete Verzögerungszeit 22,6 .Tage wenn die Np-Schicht von .· 3 mil auf 30 mil erhöht wird.
Wenn hierin angeführt wird, daß die Kunststoffwände der äußeren und der inneren Behälter des Kombi-Behälters oder daß die benachbarten Kunst.stoffwände.. des Behälters getrennt bzw. in einem Abstand voneinander stehen, so soll das nicht bedeuten, daß der.artige Wände sich nicht an einem oder mehreren Punkten berühren. Es versteht sich darunter, daß ein großer Abstand, wie er teilweise
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in Abbildung 1I dargestellt ist* zusammen mit geringem Abstand an anderen Stellen (Teil der Wand berührend) im Durchschnitt immer noch eine "Gasschicht" darstellt, die die Verzögerungszeit gemäß der vorliegenden Erfindung verlängert.
Die in der Erfindung als "Hartpappe" angewandte Bezeichnung schließt Behälter aus Wellpappe und Faserstoff ein.
Wie es jedem Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich sein wird, können verschiedene Abwandlungen der Erfindung auf Grund der hier gegebenen Offenbarung und Diskussion ausgeführt werden, ohne damit vom Erfindungsgedanken und Bereich der Offenbarung oder vom Bereich der Ansprüche abzuweichen.

Claims (11)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Flüssigkeitsbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter im allgemeinen bei 2O0C unter atmosphärischem Druck steht, aus mindestens zwei Wänden aus unverschäumten Kunststoff besteht, wobei jede Wand von der benachbarten Wand durch eine Schicht, die ein Gas oder Dampf enthält, getrennt ist, wobei das Gas oder der Dampf zum Zeitpunkt der Orginalabfüllung der Flüssigkeit in den Behälter weniger als zehn Volumprozent elementaren Sauerstoff enhält und wobei das Gas oder der Dampf nicht mit dem Sauerstoff reaktionsfähig ist,
2„ Ein Kunststoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß.mindestens einer der Kunststoffwände im allgemeinen steif, ist.
3. Ein Kunststoffbehälter nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß alle Kunststoffwände im allgemeinen steif sind.
4. Ein Kunststoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Wände nicht steif sind. . ·
5. Ein Kunstsstoffbehälter, nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vorwiegend Stickstoff ist.
6. Ein Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas vorwiegend Kohlendioxyd ist.
7. Ein Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas in der Trennschicht in einem Schaumkunststoff enthalten ist und daß das. Gas mindestens. 70 Volumprozent der Trennschicht einnimmt. .
8. Ein versiegelter Kombi-Kunststoff behälter fü,r
Flüssigkeiten, der grundlegend bei 2O0C unter atmosphärischem Druck steht, wobei der Behälter voneinander getrennte Innen- und Außenwände aus unverschäumten Kunststoff hat, wobei die innere Kunststoffbehälterwand innerhalb eines hölzernen oder pappenartigen Behältnisses oder Kastens und die äußere Kunststoffbehälterwand den hölzernen oder pappenartigen Behälter oder Kasten, der die äußere Behälterwand stützt, umschließt, wobei das Gas oder der Dampf zum Zeitpunkt der Orginalabfüllung der Flüssigkeit in den Behälter weniger als zehn Volumprozent elementaren Sauerstoff enthält und wobei das Gas oder der Dampf nicht mit Sauerstoff reaktionsfähig ist.
9. Ein Kombi-Kunststoffbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kunststoffbehälterwand im allgemeinen steif ist.
10. Ein Kombi-Kunststoffbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kunststoffbehälterwand nicht steif ist. . -
11. Ein Kombi-Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche, 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas überwiegend Stickstoff ist.
12«, Ein Kombi-Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas überwiegend Kohlendioxyd ist.
13« Ein Kombi-Kunststoffbehälter nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas wenigstens zu einem Teil in einem Schaumkunststoff enthalten ist und wobei das Gas
mindestens 70 Volumprozent des Raumes zwischen der äußeren und der inneren unverschäumten Kunststoffwand beträgt.
- 3 „
DE19823246888 1982-01-04 1982-12-17 Mehrwandbehaelter Ceased DE3246888A1 (de)

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US33674582A 1982-01-04 1982-01-04
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