DE1057901B

DE1057901B - Verfahren zum Herstellen von Dichtungseinlagen in Verschlusskapseln

Info

Publication number: DE1057901B
Application number: DEC9199A
Authority: DE
Inventors: Curtis Eugene Maier
Original assignee: Continental Can Co Inc
Current assignee: Continental Can Co Inc
Priority date: 1954-04-12
Filing date: 1954-04-12
Publication date: 1959-05-21

Description

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 21.MAI1959

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Dichtungseinlagen in Verschlußkapseln, die als Verschlüsse von Behältern, wie Flaschen od. dgl., dienen.

Es ist bekannt, eine kreisförmige Scheibe aus einer Gummimischung als Dichtungseinlage zu verwenden und diese in eine Metallschale zu legen, die sich auf einer heißen Unterlage befindet, so daß die Mischung erwärmt wird, damit sie durch einen Stempel geformt und an der Schale haftend gemacht werden kann. Derartige dünne Gummischeiben sind, nachdem sie ausgeschnitten sind, maschinell schwer zu behandeln, weil sie weich und biegsam sind. Hinzu kommt, daß vulkanisierbare Gummimischungen, die Schwefel als Vulkanisierungsmittel enthalten, wegen der Beeinträchtigung der Lebensmittel durch Beeinflussung des Geruchs oder Geschmacks nicht verwendbar sind, so daß nur plastisch verformbare Gummimischungen verwendet werden können, die sich beim Verschließen der Flasche od. dgl. unter dem Einfluß der Wärme der in ihr enthaltenen Flüssigkeit erwärmen und von selbst Unebenheiten in der Oberfläche des Flaschenrandes anpassen. Derartige Mischungen sind einerseits nicht elastisch und neigen bekanntlich dazu, beim Verschließen auf der Randfläche festzukleben. Außerdem ist eine Abkühlung der durch die Erwärmung geformten Masse notwendig, um sie formbeständig zu machen.

Es ist zur Herstellung von Dichtungseinlagen ferner bekannt, sogenannte Plastisols oder Kunstharzpasten zu verwenden, die Kunstharzteilchen (beispielsweise Vinyl) Und eine Suspensionsflüssigkeit (beispielsweise ein Phthalat) enthalten, die erst bei höheren Temperaturen wirksam wird und das Harz löst und damit eine homogene elastische Masse bildet. Dabei wird eine bestimmte Menge einer solchen Paste in der waagerecht gehaltenen Kapsel abgelagert, die um ihre Achse in Drehung versetzt wird, wobei sich die Masse durch die Zentrifugalkraft zu einer gekrümmten, beispielsweise einer parabelförmigen Oberfläche formt. Hierauf wird die Masse erwärmt, um sie, bevor die Drehung aufhört, zu härten. Die Schwierigkeiten einer solchen Herstellung bestehen darin, daß, wenn beispielsweise die Drehung zu früh aufhört oder die Kapsel gekippt wird, die Masse eine nicht erwünschte Form annimmt. Auch entsteht durch Vibration während der Drehung eine unregelmäßige Oberfläche, oder es bilden sich Rippen in der Oberfläche. Wenn ferner die Masse, wie dies leicht vorkommen kann, nicht genau in und symmetrisch zur Drehachse der Kapsel abgelagert wird, entstehen ebenfalls Ungleichmäßigkeiten, die einen einwandfreien Verschluß in Frage stellen können. Die Verteilung solcher Massen in der Kapsel läßt sich also nach dem bekannten Verfahren nicht mit absoluter Verfahren zum Herstellen

von Dichtungseinlagen

in Verschlußkapseln

Anmelder:

Continental Can Company, Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. phil. A. Mentzel, Patentanwalt,
Refrath bei Köln, Frankenforst 137

Curtis Eugene Maier, Riverside, 111. (V. StA.),
ist als Erfinder genannt worden

Sicherheit beherrschen, noch können spezielle Umrisse der Dichtungseinlage erzielt werden, wie sie für maximale Wirksamkeit des Verschlusses bei minimalem Werkstoffverbrauch nötig sind.

Diese Schwierigkeiten und Mangel der bekannten Verfahren sollen gemäß der Erfindung bei der Herstellung von Dichtungseinlagen in Verschlußkapseln vermieden werden. Dabei wird von einer auf ihrer Innenseite mit einem Lacküberzug versehenen Verschlußkapsel ausgegangen, um die eine abgemessene Menge einer im wesentlichen aus einem normalerweise flüssigen Plastifizierungsmittel und einem darin feinverteilten Kunstharz bestehende, halbflüssige Masse gefüllt wird, die im wesentlichen frei von verdampfbaren Bestandteilen ist und bei Erwärmung auf die Fließtemperatur ihrer Kunstharz - Plastifizierungsmittel-Komponenten und anschließender Abkühlung ein beständiges, gummiartiges Gel mit dem gleichen A^olumen wie die in die Verschlußkapsel gefüllte, abgemessene Menge der Masse bildet. Erfindungsgemäß wird nach dem Einfüllen in die Verschlußkapsel auf die Masse ein erhitzter Preßstempel gedrückt, der die· Masse zu einem Dichtungskissen der gewünschten Gestalt formt und dieses unter Hitze und Druck so lange auf der Fließtemperatur der Masse hält, bis diese fest am Kapselboden haftet und die Kunstharz-Plastifizierungsmittel-Komponenten miteinander verschmolzen sind.

Hierbei ist es zweckmäßig, für die Lackschicht auf der Innenseite der Verschlußkapsel auf ihrer frei liegenden Seite ein Vinylharz und für die auf diese frei liegende Seite aufgeschüttete halbflüssige Dichtungsmasse in einem flüssigen Vinylharz-Plastifizierungsmittel dispergierte Vinylharzteilchen zu ver-

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wenden und die Masse gleichzeitig mit der Formung durch den heißen Preßstempel zu erwärmen und unter Lösen der Vinylharzteilchen in dem Plastifizierungsmittel haftend zu machen. Hierbei werden vorzugsweise nach einem.weiteren Merkmal der Erfindung in die lackierte Kapsel bei einer Temperatur von 44 bis 46° C 100 bis 400 mm³ der Dichtungsmasse mit einer Fließtemperatur von 135 bis 191° C eingeschüttet und die- Formung, Gelierung·.und, Haftendmachung bei einer Temperatur von 135,bis 191° C und einem Druck von 0,7 bis 7 kg/cm² vorgenommen. Man kann ferner nach dem Pressen, Verteilen und Formen der in die kalte Kapsel eingefüllten fließfähigen;Dichtungsmasse Preßstempel und Kapsel erwärmen, um die Masse so länge auf der Fließtemperatur zu halten, bis ihre Bestandteile zu einem formbeständigen Gel zusammengeschmolzen sind.

In der Zeichnung sind die Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens und eine nach, diesem Verfahren hergestellte Verschlußkapsel beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt ■

Fig. 1 schematisch die aufeinanderfolgenden Verfahrensstufen und . . ..

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Verschlußkapsel gemäß der Erfindung.

Die Verschlußkapseln können in der üblichen Weise aus einer Stahl- oder Weißblechplatte hergestellt werden, die auf ihrer einen Fläche mit einem Aufdruck und auf ihrer anderen Fläche mit einem Lacküberzug versehen ist, der nachstehend näher beschrieben wird. Die so mit einem Überzug versehenen ' und gebrannten Blechplatten werden dann in üblicher Weise durch Pressen geschickt, in denen mehrere hundert Kapselrohlinge gleichzeitig aus einer einzigen Platte herausgearbeitet und geformt werden.

Die Dichtungsmasse aus Kunstharzteilchen und Weichmacher, bei der das Kunstharz in dem Weichmacher oder Plastifizierungsmittel bei Raumtemperatur im wesentlichen unlöslich, bei erhöhter Temperatur dagegen löslich ist, so daß nach dem Abkühlen ein formbeständiges, dauerhaftes, gummiartiges Gel entsteht, das als Kunstharzpaste bezeichnet wird. Für Zwecke der vorliegenden Art sind. diese Kunstharzpasten dadurch gekennzeichnet, daß sie keine Fremdstoffe als Verflüssigungsmittel enthalten, die zur Erzeugung des gewünschten Gels ausgetrieben werden müssen, und da es sich im wesentlichen darum handelt, Kunstharz und Plastifizierungsmittel zum Fießen zu bringen und eine Art Halblösung herzustellen, tritt im wesentlichen keine Änderung des Volumens ein, wenn die heiße Mischung in die Gelform übergeht.

Die A^erschlußkapseln können dann den Stufen des erfindungsgemäßen, in Fig. 1 veranschaulichten Verfahrens unterworfen werden. Der erste Verfahrensschritt besteht darin, daß in die auf ihrem Boden liegenden Kapseln eine bestimmte Menge der Mischung von Vinylharz und Plastifizierungsmittel geschüttet wird. Die Verschlußkapsel soll vorzugsweise kalt sein, wenn das Einschütten beginnt. Die einzuschüttende Masse kann zur Erleichterung ihres Flusses auf eine Temperatur von 44 bis 46° C erwärmt sein, so daß sie nach der Düse 11 hin und durch diese hindurchfließt. Düse und Masse können beispielsweise durch Infrarotstrahlung mittels eines elektrischen Heizkolbens 13 warm gehalten werden. Es hat sich gezeigt, daß eine Menge von 100 bis 400 mm³ günstige Ergebnisse liefert; die kleineren Mengen sind für schmalrandige Kapseln, die größeren Mengen für Kapseln mit einem Standardrand bestimmt. Die in die Kapsel geschüttete Masse 14 bildet zwischen der.Zeit ihres Einfüllen? und der Zeit ihrer Verformung und Reifung in der Kapsel 17 ein Häufchen 16 von etwa 9,5 bis 19 mm Durchmesser im mittleren Teil die eine Schale.

5; Die'Kapsel mit der darin befindlichen Masse wird dann auf eine Heizplatte 20 mit darunter befindlichem Brenner 21 gesetzt. Auf der Heizplatte liegt die Kapsel 22, in der sich die zu formende und zu reifende Masse befindet. Zum Formen der Masse dient ein Preßstempel 23, dessen äußerer Durchmesser nahezu gleich dem inneren Durchmesser der Kapsel ist. Dieser Preßstempel wird in die Kapsel abgesenkt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Preßstempel .innen mit. einem elektrischen Heizdraht.24.. versehen.

Die untere Stempelfläche kann in der Mitte mit einem Ansatz 25 kleineren Durchmessers versehen sein.
■ Unter dem Einfluß der von der heißen Platte 20 und dem erhitzten Preßstempel 23 an die Masse abgegebenen Wärme und dem gleichzeitig durch den Preß-

ao stempel ausgeübten Druck fließt die Masse breit und

■ erhält eine Gestalt, die durch die Kapsel als Form einerseits und durch den Preßstempel andererseits bestimmt ist. Temperatur und Druck werden aufrechterhalten, bis die Verflüssigung so weit gediehen ist, daß die Masse die gewünschte Gestalt angenommen

,_: hat und bis die Harzteilchen in dem Plastifizierungsmittel geschmolzen sind. Die Masse ist dann homogen und formbeständig geworden.

Die fertige Verschlußkapsel, wie sie in Fig. 2 vergrößert dargestellt ist, besteht in üblicher Weise aus der Metallkapsel 30 mit dem umgebördelten Rand 31. Die äußere Fläche der Metallkapsel ist mit einem Überzug 32 versehen, der über dem Kapselboden R.eklameaufdrucke od. dgl. aufweisen kann. Ein Lacküberzug 32' erstreckt sich auf der Innenseite auch über den Randteil 31. Die aus der geformten und gereiften Masse gebildete Dichtungseinlage besitzt einen dünnen mittleren Teil 33 und einen dickeren, ringförmigen Randteil 34. Die Dichtungseinlage haftet mit ihrer dem Boden der Metallkapsel 30 zugewandten Fläche sicher und dicht an dem inneren Lacküberzug 32', der zuerst auf die Kapsel aufgebracht worden ist.

Der Lack für die Innenfläche der mit einer solchen Masse ausgekleideten Kapsel wird der Zusammensetzung der Masse und dem Inhalt des zu verschließenden Behälters angepaßt. Eine ausgezeichnete Haftung wird beispielsweise mit einem Vinyllack erzielt, der aus 80% copolymerem Vinylchlorid-Vinylacetat-Harz und 20% eines Ölharz-Modifizierungsmittels besteht. Wenn die Verschlußkapseln zum Verschließen von Behältern dienen sollen, die mit Kohlensäure versetzte Getränke enthalten, ist es zweckmäßig, einen trimeren Lack anzuwenden, dessen Feststoffe aus 80% Vinylchlorid-Vinylacetat, das in Gegenwart von Malein-Anhydrid als Modifizierungsmittel copolymerisiert ist, und zwar in den Mengenverhältnissen von 85 :13 :2, und aus 20% eines aus Orthokresol und Formaldehyd erhaltenen Phenolharzes bestehen. Die Lacke können in einem organischen Lösungsmittel angesetzt werden, beispielsweise in einem solchen, das aus 70% Xylol und 30% Isophoron und 20% Feststoffen besteht, wenn der Lack für das Überziehen mittels Rollen angewendet werden soll. Für das Verspritzen müssen flüchtigere Lösungsmittel berücksichtigt werden, wie Toluol, Methyläthylketon und Methylisobutylketon. Nach dem Übertragen und Trocknen wird der Überzug gebrannt.

Der Stoff, der die Hauptmasse der Dichtungseinlage bildet, besteht aus zwei Grundstoffen, nämlich aus einem Elastomer und einem Weichmacher hierfür. Der

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Weichmacher ist so gewählt, daß der Elastomer darin bei Raumtemperatur im wesentlichen unlöslich, bei erhöhter Temperatur dagegen löslich ist. Diese beiden Grundstoffe werden miteinander bis zur Bildung einer Paste vermählen, die unter den besagten Bedingungen zu fließen beginnt und die auch andere Bestandteile enthalten kann, wie z. B. inerte Füllstoffe zur-Begrenzung des Einschneidens, Pigmente, modifizierende Harze zur Unterstützung der Kontrolle der physikalischen Eigenschaften, Stabilisatoren für die Harze und andere Komponenten, Wachse; zur Verhinderung der Blockierung und zur Verringerung von Feuchtigkeitsdämpfen und Gasdurchlässigkeit usw. Diese zusätzlichen Stoffe sind jedoch für die Zusammensetzung des Stoffes nicht wesentlich, sie können jedoch verwendet werden, um für besondere Zwecke gewünschte Eigenschaften zu liefern.

Der elastomere Bestandteil kann ein Vinylharz, wie Polyvinylchlorid, sein, ein Copolymer aus Vinylchlorid und Vinylacetat in der Zusammensetzung von beispielsweise 97 : 3°/o, ein Vinylidenchloridpolymer oder ein Copolymer aus Vinylchlorid und Vinylidenchlorid. Der Chlorgehalt soll hoch sein, wenn die Verschlußkapseln wäßrigen Flüssigkeiten ausgesetzt sind; beispielsweise soll ein Copolymer 90% Vinylchlorid enthalten.

Zu den brauchbaren Plastifizierungsmitteln rechnen solche, die bei Raumtemperatur und bei Temperaturen bis ungefähr 46° C eine sehr langsam netzende bzw. lösende Wirkung auf das angewandte Vinylharz ausüben. Von den Plastifizierungsmitteln für Vinylharze haben die vom Estertyp die gewünschten Eigenschaften; sie erfordern höhere Temperaturen für die Durchdringung, Diffundierung und Zwischenlösung. Ein bevorzugtes Plastifizierungsmittel ist Dioctylphthalat, andere sind Dibutylphthalat, Dioctylsebacat und Tricresylphosphat. Das Plastifizierungsmittel soll bei der Temperaur, bei welcher es angewandt wird, flüssig sein.

Das Gewichtsverhältnis von Elastomer und Plastifizierungsmittel kann schwanken von 6 :4 bis 4 :6, bevorzugt wird ein Verhältnis von ungefähr 1:1.

Massen dieser Art können bei Temperaturen von 44 bis 46° C durch die Düse 11 zugeführt und dann zum Fließen gebracht, geformt und ausgereift werden, und zwar durch Einwirkung der heißen Platte 20 und des erhitzten Preßstempels 23; man erhält auf diese Weise eine elastische, dichtende und plastifizierte Kunstharzmasse.

Es wird beispielsweise ein Preßdruck von 0,7 bis 2,1 kg/cm² auf eine Verschlußkapsel ausgeübt, die an der Oberseite einen Radius von 1,6 mm hat, oder ein Druck von 0,7 bis 7 kg/cm² auf eine Verschlußkapsel, die auf der Oberseite einen Radius von 2,4 mm hat, wobei ein Preßstempel Verwendung findet, wie er in Fig. 1 dargestellt ist und der eine glatte, kegelstumpfförmige Oberfläche eines Ringes 34 gemäß Fig. 2 erzeugt. Im allgemeinen hängt der Druck einerseits von der Gestalt des Preßstempels ab — komplizierte Verschlüsse erfordern höhere Preßdrücke — und andererseits von dem Volumen der benutzten Masse — bei geringeren Volumen sind höhere Drücke erwünscht—.

Die Temperatur, die während der Verteilung der Masse und während deren Formung angewendet werden muß, ist abhängig von den Eigenschaften des Lackes 32. Wenn dieser Lack ein Vinylchlorid-Vinylacetat-Polymer mit einem Ölhärz-Modifizierungsmittel der oben beschriebenen Art ist, kann die Temperatur zwischen 135 und 177° C betragen, wenn ein sogenannter triinerer Lack aus Vinylchlorid, Vinyl acetat und Maleinanhydrid mit. O^Kresol-Phenolharz Verwendung findet, kommt· eine Temperatur von 149.. bis 191° C in Frage. ..;

Die für die Erhitzung und Formung benötigte Zeit

.5 beträgt nur 2 bis 3 Sekunden; die übrige, für die Vervollständigung der Diffusion und Reifung.der Masse in der Form benötigte Zeit hängt von der Temperatur und den Druckbedingungen, ab. Bei einer Temperatur von .163° C ;und; einem Druck von 2,1 kg/cm² beträgt

ίο beispielsweise die Zeit für.das vollständige Ausreifen eines Copolymers aus Vinylchlorid und Vinylacetat in der Zusammensetzung von 97 : 3% mitDioctylphthalat

als Plastifizierungsmittel 4 bis 6 Sekunden. Man er- :■!' ihäl't^;einen' stabilen und formbeständigen Körper in

i"5 2 bis 3 Sekunden und eine gründliche Diffusion und allgemeine Homogenität in 30 Sekunden. Im allgemeinen ist es vorzuziehen, verhältnismäßig hohe Temperaturen anzuwenden, um die gesamte Zeit zu verkürzen. Die Massen besitzen jedoch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, so daß etwa 6 Sekunden gegenwärtig als Minimalwert bei einer Temperatur von 191° C und einem Druck von 5,3 kg/cm² angesehen werden müssen.

Als Beispiel bei der Verwendung eines trimeren Lackes auf der Innenseite der Kapsel können bei einer Temperatur von 177° C und einem Druck von 1,75 kg/cm² 6 Sekunden als ausreichend angesehen werden, um eine einwandfreie Formung und Reifung herbeizuführen, wenn in einer Kapsel, die an ihrer Oberseite einen Radius von 1,6 mm aufweist, eine Einlage mit einer kegelstumpfförmigen Ringfläche erzeugt wird. Zur Herstellung einer Verschlußkapsel mit einem Radius von 2,4 mm an der Oberseite wurde der Druck auf 2,1 kg/cm² erhöht, wenn das Formen und Ausreifen in der Zeit von 6 Sekunden bei einer Temperatur von 177° C erfolgt.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Dichtungseinlagen in Verschlußkapseln, wobei in eine auf ihrer Innenseite mit einem Lacküberzug versehene Verschlußkapsel eine abgemessene Menge einer im wesentlichen aus einem normalerweise flüssigen Plastifizierungsmittel und einem darin fein verteilten Kunstharz bestehenden halbflüssigen Masse gefüllt wird, die im wesentlichen frei von verdampfbaren Bestandteilen ist und bei Erwärmung auf die Fließtemperatur ihrer Kunstharz-Plastifizierungsmittel-Komponenten und anschließender Abkühlung ein beständiges, gummiartiges Gel bildet, welches das gleiche Volumen wie die in die Verschlußkapsel gefüllte, abgemessene Menge der Dichtungsmasse hat, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einfüllen in die Verschlußkapsel auf die Masse ein erhitzter Preßstempel gedruckt wird, der die Masse zu einem Dichtungskissen der gewünschten Gestalt formt und das so geformte Kissen unter Hitze und Druck solange auf der Fließtemperatur der Masse hält, bis diese fest am Kapselboden haftet und die Kunstharz-Plastifizierungsmittel-Komponenten miteinander verschmolzen sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackschicht auf der Innenseite der Verschlußkapsel auf ihrer frei liegenden Seite ein Vinylharz und die auf diese frei liegende Seite aufgeschüttete halbflüssige Dichtungsmasse in einem flüssigen Vinylharz-Plastifizierungsmittei dispergierte Vinylharzteilchcn enthält und daß die Masse gleichzeitig mit der Formung und F.r-

wärmung durch den heißen Preß stempel erwärmt und unter Lösung der Vinylharzteilchen in dem Plastifizierungsmittel haftend gemacht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die lackierte Kapsel bei einer Temperatur von 44 bis 46° C 100 bis 400 mm³ der Dichtungsmasse mit einer Fließtemperatur von 135 bis 191° C eingeschüttet werden und daß die Formung, Gelierung und Haftendmachung bei einer Temperatur von 135 bis 191° C ίο' und einem Druck von 0,7 bis 7 kg/cm² erfolgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Pressen, Verteilen und Formen der in die kalte Kapsel eingefüllten fließfähigen Dichtungsmasse Preßstempel und Kapsel erwärmt werden, um die Masse so lange auf der Fließtemperatur zu halten, bis ihre Bestandteile zu einem formbeständigen Gel zusammengeschmolzen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 2184 281, 1486 937.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen