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Dünnwandiger thermoplastischer Behälter und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf thermoplastische Behälter, die verhältnismässig dünne Wände von gleichmässiger Stärke haben, und deren Innenflächen zur Herabsetzung der Durchlässigkeit für Wasser, Wasserdampf, aromatische Substanzen, Gerüche und Kohlenwasserstoffe überzogen sind.
Die Erfindung bezweckt Behälter zu schaffen, die ungefüllt geliefert werden und deren Füllung und Verschluss in der Regel andern Ortes vorgenommen wird. Dabei soll aber sowohl die Füllung als auch der Verschluss gegenüber den gebräuchlichen Behältern wesentlich vereinfacht und erleichtert werden.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass wenigstens eine Randzone des Behälters frei von Schutzverkleidung ist, so dass diese Randzone unmittelbar oder mit einem an dieser Randzone anliegenden Einsatz verschweisst oder versiegelt werden kann.
Die Erfindung erstreckt sich weiters auf Verfahren zur Herstellung und zum Überziehen solcher Behälter.
Während des letzten Jahrzehntes hat sich die Verwendung von Polyäthylenfilmen, geblasenen Flaschen, gepresstem Röhrenmaterial, Flaschen und Röhren aus gepresstem Röhrenmaterial sehr verbreitet.
Ihre Verwendung zum Verpacken vieler Produkte wurde jedoch stark durch den Umstand gehemmt, dass Polyäthylen, obwohl es eine verhältnismässig gute Feuchtigkeitsabdichtung gegen Durchdringung mit Wasser oder Wasserdampf bildet, leicht von bestimmten aromatischen Verbindungen durchdrungen wird, die gewöhnlich verwendet werden, um Kosmetiken, Reinigungsmitteln, Schönheitsmitteln, Rasiercremen u. dgl. einen angenehmen Duft zu verleihen, und von solchen, die z. B. Zahnpasten den Geruch geben.
Bei vielen dieser Produkte gehen die gewünschten Parfüme oder Düfte beim Aufbewahren in Polyäthylenflaschen von normaler Wandstärke bereits nach einem Jahr Lagerung bei normalen Raumtemperaturen weitgehend verloren. Weiterhin lassen die Wände von Polyäthylenverpackungen Sauerstoff frei nach innen eindringen, so dass die Gefahr besteht, dass darin enthaltene Produkte, die ungesättigte natürliche Fette und Öle enthalten, ranzig werden können. In gleicher Weise kann Sauerstoff eindringen und empfindlich gefärbte Produkte, wie bestimmte Tomatenpasten - insbesondere solche, die in Europa aus italienischen Tomaten hergestellt worden sind-entfärben.
Ausserdem lässt Polyäthylen - obwohl es durch diese Erscheinung in keiner Weise nennenswert beeinträchtigt wird-bestimmte Arten von Lösungsmitteln, Ölen, Schmiermitteln usw. hindurchdringen (wahrscheinlich durch Auflösung auf der einen Seite und Ausscheidung auf der andern), die in sogenannten Salbenzubereitungen und emulgierten Cremes enthalten sind. Diese Durchdringung bewirkt ein leicht fettiges, unangenehmes Anfühlen an der Aussenseite der Tube. Es besteht deshalb seit langem bei den Verwendern dieses Werkstoffes der Wunsch, ein befriedigendes Verfahren zu finden, um die aufgezeigten Übelstände zu vermeiden.
Während der letzten Jahre hat sich die Herstellung zusammendrückbarer Tuben und Flaschen durch Spritzguss eines Hauptteiles oder Vereinigung von getrennt geformten Teilen durch Verkitten oder Verschmelzen an einem Ende der verhältnismässig dünnwandigen Röhre mit einer Stärke von etwa 0, 30 bis 0,76 mm sehr verbreitet, und es wurden viele Versuche unternommen, um ein Überzugs verfahren zu finden, das die oben erwähnten Nachteile vermeidet und die Durchdringung des Polyäthylens durch aromatische Duftstoffe, Sauerstoff, Lösungsmittel und Öle u. dgl. unterbindet. Diese Untersuchungen haben
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gezeigt, dass viele Substanzen zur Herstellung sehr dünner Filme auf Polyäthylenwänden verwendet werden können, die eine solche Durchdringung des Polyäthylens stark verzögern.
Es wurde jedoch gefunden, dass viele dieser Hilfsmittel nur eine geringe Adhäsion an der Oberfläche des Polyäthylens aufweisen und nach einiger Zeit als dünne, hautähnliche Membranen abblättern. Weiter wurde gefunden, dass bei Überzügen, die so hergestellt werden können, dass sie an der Innenoberfläche von Polyäthylenbehältern haften, eine
Schwierigkeit beim Verschweissen dieser Behälter durch Hitze auftauchte, wenn die Schweissfläche mit dem Überzugsmaterial verunreinigt ist.
Nunmehr wurde gefunden, dass es möglich ist, unter Verwendung des im folgenden beschriebenen
Verfahrens die Innenwand eines Polyäthylenrohrs entweder mit Kunststoffen, wie Polyvinylalkohol, Saran, Nitrocellulose usw., in den gewöhnlich für diese verwendeten Lösungsmitteln gelöst, oder mit wässerigen
Lösungen wasserlöslicher Polymerisate, wie Polyvinylalkohol oder teilweise hydrolysiertem Polyvinyl- acetat oder Latices oder Emulsionen von Kunststoffen, wie sie gewöhnlich bei den bekannten Emulsions- verfahren zur Polymerisation von Monomeren und Gemischen von monomeren Substanzen bei der Her- stellung von Kunststoffen, wie den Polyvinylkunststoffen, den Saranen und vielen andern bekannten Poly- merisaten und Mischpolymerisaten entstehen, befriedigend zu überziehen.
Das Verfahren, das gemäss dieser Erfindung ein solches Überziehen gestattet, besteht aus der Behand- lung der Innenwand von an den Enden offenen zusammendrückbaren Tuben oder Flaschen nach einem der bekannten und üblicherweise zur Erleichterung des Bedruckens von Polyäthylen verwendeten Verfahren.
Diese Verfahren bestehen aus der Behandlung von Oberflächen mit oxydierenden Flammen, der Behand- lung von Oberflächen mit oxydierenden Flüssigkeiten oder Gasen, wie Chromsäuregemischen, chlor- haltigen Lösungen usw., und der Behandlung von Oberflächen mit Hochspannungsentladungen. Alle diese
Verfahren werden verwendet und sind dem Sachverständigen bekannt, sind jedoch noch nicht zum Be- handeln und Überziehen der Innenflächen von zusammendrückbaren Tuben verwendet worden, und wenn, dann mit dem Ergebnis, dass die Verschweissbarkeit der Innenflächen nach dem Füllen verlorenging.
Die
Behandlung gemäss dieser Erfindung gestattet, dass Überzüge der erwähnten Arten und insbesondere wässerige Lösungen und wässerige Emulsionen derselben entweder durch Füllen und Leerlaufenlassen der
Tuben oder durch Aufbringung des Materials mittels eines geregelten flüssigen Stromes oder durch Ver- sprühen oder Aufwalzen auf die Innenwände aufgetragen werden. Diese Behandlung erhöht nicht nur die
Adhäsion des fertigen getrockneten Filmes an den biegsamen Seitenwänden, die beim Ausdrücken des
Inhaltes gebogen werden, sondern liefert auch glatte, gleichmässige Überzüge im Gegensatz zu den un- regelmässigen und fleckigen Überzügen, wenn viele von diesen ohne vorherige Behandlung der Innenwand aufgetragen werden.
Als ein weiterer Teil dieser Erfindung wurde gefunden, dass beim Auftragen dieser Überzüge auf die gesamte Fläche - bis auf einen schmalen Rand an dem offenen Ende der Tube - die entstehenden Vorteile des Überzuges nicht ernstlich beeinträchtigt werden und die Verschweissbarkeit des offenen Endes voll erhalten bleibt. Zusätzlich wirkt die damit verbundene geringfügige zusätzliche Stärke des Überzugsmaterials längs der Kante der überzogenen Fläche, die an die nicht überzogene Schweiss- fläche angrenzt, oft als eine deformierbare Dichtung, um die Innenkante der Schweiss- oder Schmelz- fläche wirksam zu überziehen.
Die Vereinigung dieser beiden Stufen befähigt dieses Überzugsverfahren, auf zusammendrückbare Tuben und Flaschen oder sogar auf kissenartige Verpackungen angewendet zu werden, ohne dass teure Lösungsmittel zur Herstellung einer gleichmässigen Benetzung verwendet werden müssen.
Die Verfahren, die zur Behandlung der Innenflächen ohne unangemessene Beeinträchtigung der Ver- schweissbarkeit wegen der vorhergegangenen Behandlung am wirkungsvollsten sind, und die Verfahren, bei denen eine befriedigende Lösung des Problems gefunden wurde, die gesamte Fläche ausser einem kleinen Teil der Innenwand des offenen Endes zu überziehen, bestehen aus folgendem :
Es wird eine ununterbrocheneHochspannungsentladungsbehandlung an der Pressvorrichtung verwendet, um die Innenseite des Polyäthylenrohres zu behandeln. Die Röhre wird über eine Ringelektrode gezogen, die in ihrer Lage durch mit der Pressplatte verbundene Haltevorrichtungen gehalten wird.
Die Grösse des
Luftspaltes zwischen dem Ring und der Polyäthylenwand der Röhre beträgt etwa 0,15 mm-0, 76 mm.
Die andere Elektrode wird dagegen gehalten oder umschliesst die äussere Oberfläche des Rohres direkt gegenüber dem inneren Elektrodenring. Befriedigende Ergebnisse sind bei Verwendung einer Sekundär- spannung von 10000 bis 15000 Volt bei Frequenzen bis zu einigen Tausend je Sekunde erhalten worden.
Es wurden lineare Auspressgeschwindigkeiten bis zu 30 Metern je Minute mit verschiedenen Kombinationen und Zwischenräumen von mehrfachen Entladungsringen verwendet.
In solcher Weise behandelte Röhren können zur Herstellung eines Polyäthylenbehälters entweder durch Spritzen eines Oberteiles an dem einen Ende der Röhre oder-weniger bevorzugt-durch Verschmelzen oder Verkitten eines spritzgegossenen Oberteiles mit dem genannten Ende verwendet werden.
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Ein anderes bekanntes Behandlungsverfahren besteht in der Verwendung einer oxydierenden Gasflamme zum Erhitzen der Oberfläche des Polyäthylens und schnelles Erkaltenlassen. Diese Behandlung kann bei der mit einem Oberteil versehenen Röhre angewendet werden, wobei die gesamte Innenfläche des Behälters behandelt werden kann. Dieses Verfahren kann durch einfaches kurzzeitiges Halten der Röhren über einen Spezialbrenner durchgeführt werden, indem eine verhältnismässig lange dünne Düse, die Brennerlöcher oder-schlitze an ihrer Aussenfläche aufweist, in das offene Ende des Behälters eingeführt wird. Bei einer solchen Anordnung muss die Flamme so eingestellt sein, dass sie oxydierend wirkt, dabei aber nicht zu heiss ist, wobei die Berührungszeit bevorzugt durch Drehen der Röhre niedrig gehalten wird.
Dieses Verfahren kann ferner dadurch erleichtert werden, dass man die Röhre in eine schwere Metallröhre steckt, um die Aussenflächen der zu behandelnden Röhre kühl zu halten.
Ein weiteres Behandlungsverfahren besteht aus der Verwendung von oxydierenden Flüssigkeiten oder Gasen, wie z. B. Gemischen, die Chromsäure, freies Chlor usw. enthalten, und anschliessendem Waschen.
Auch hier kann die Behandlung einer mit einem Oberteil versehenen Röhre erfolgen, um die gesamte Innenfläche des Behälters einschliesslich der Innenseite des Oberteiles, jedoch ausschliesslich der Schweissfläche, zu behandeln.
Nach der Vorbehandlung der Polyäthylenoberfläche des Behälters kann der Überzug auf verschiedene Weise aufgebracht werden, wobei stets ein wichtiges Merkmal darin besteht, dass das Überzugsmaterial nicht die Schweissfläche verunreinigt. Bei den meisten dieser verschiedenen-weiter unten aufgezählten- Überzugsverfahren wird der Behälter üblicherweise meist in senkrechter Lage mit dem Oberteil nach unten und dem offenen Ende des Behälters zuoberst gehalten.
Beispiel l : Das Überzugsmaterial wird in dem Behälter durch das offene Ende unter Verwendung einer langen Düse verteilt, die sich bevorzugt in axialer Richtung bewegt und bei der Aufwärtsbewegung die Flüssigkeit verteilt. Die Öffnung im Oberteil des Behälters wird offengelassen und die Geschwindigkeit der Verteilung des Überzuges durch die Düse in dem offenen Ende des Behälters so bemessen, dass der Spiegel der Flüssigkeit in dem Behälter eine vorher bestimmte Höhe erreicht. Bei dieser vorher bestimmten Höhe wird die Düse abgestellt und das flüssige Überzugsmaterial wird durch die Öffnung in dem Oberteil der Röhre abtropfen gelassen, worauf der zurückbleibende Film trocknen gelassen wird.
Beispiel la : Eine Abänderung des gleichen Verfahrens besteht in der Verwendung eines Stöpsels oder Pfropfen in dem Oberteil der Röhre und nachfolgender Verteilung des flüssigen Überzugsmaterials in der Röhre durch das offene Ende bis zu einer vorher bestimmten Höhe, worauf die Düse geschlossen, der Pfropfen aus dem Oberteil entfernt und die Flüssigkeit abtropfen gelassen wird. Die vorher bestimmte Höhe des flüssigen Überzugsmaterials wird so bemessen, dass ein schmales, nicht überzogenes Band längs der Kante an der Innenwand zurückbleibt, was ein Verschweissen des Behälters durch Hitze ohne Verunreinigung durch den Überzug gestattet.
Beispiel 2 : Ein anderes Verfahren zum Überziehen besteht aus der Verwendung einer Düse, die einen kegelförmigen Strahl liefert. Diese Spezialdüse wird in das offene Ende des kegelförmigen Flüssigkeitsstrahles oben eingeführt. Das Fliessen der Flüssigkeit unter Druck zu dieser Spezialdüse wird durch geeignete Mittel geregelt, und ferner kann die Spitze der Düse mechanisch in axialer Richtung an der Innenseite des Behälters bewegt werden. Bei Beginn der Bewegung in axialer Richtung wird für eine vorher bestimmte Zeit auf die Düse ein Druck ausgeübt, wodurch die Flüssigkeit veranlasst wird, aus der Düse gegen die Innenwand des Behälters zu fliessen. Das überschüssige Material wird durch das offene Ende des Oberteiles abtropfen gelassen.
Die Düse bewegt sich weiter in axialer Richtung, bis der kegelförmige Strahl die gesamte Innenfläche des Behälters bedeckt hat, worauf der Druck nachlässt und die Düse herausgezogen wird. Der Flüssigkeitsdruck auf die Düse wie auch die Höhe der Düse werden so geregelt, dass ein schmales, nicht überzogenes Band längs der Kante der Innenwand zurückbleibt, so dass eine Verschweissung des Behälters durch Erhitzen ohne Verunreinigung durch den Überzug möglich ist.
Beispiel 3 : Ein anderes Verfahren zum Überziehen besteht in der Verwendung einer Nadelspitzendüse, die um eine Achse rotiert, die konzentrisch zu der Behälterachse angeordnet ist. Während der Rotation um diese Achse wird die Düse in axialer Richtung in dem offenen Ende des Behälters herab bis zu dem Oberteil bewegt. Hier wird ferner der Druck auf die Düse genau geregelt, so dass an vorher bestimmten Stellen die Flüssigkeit auf die inneren Behälterwände aufgebracht wird.
Beispiel 4: Es können auch andere bekannte Verfahren zum Aufbringen von flüssigen Überzügen, z. B. mit Walzen, Bürsten usw., verwendet werden.
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung. Fig. 1 zeigt den Aufriss eines teilweise aufgeschnittenen röhrenförmigen Behälters, der einen eingeschmolzenen Boden an dem einen Ende besitzt, Fig. 2 zeigt eine zusammendrückbare Tube, bei der die Wände zusammengebracht und unter Druck miteinander verschmolzen worden sind, um den Behälter an dem einen Ende zu verschliessen, Fig. 3 ist ein
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Schnitt, der ein Mittel zur Maskierung der Oberfläche eines Streifens des Materials des Körpers an der Verschluss- oder Verschweissungsstelle zeigt, durch das der Streifen frei von Überzug bleibt, wobei diese Ansicht etwas vergrössert ist, Fig. 4 ist eine vergrösserte Teilansicht, ähnlich wie Fig.
2, bei der eine Metallhalterung auf das untere Ende der Tubenwand gepresst ist, um die Kanten zusammenzupressen und die Tube dadurch zu verschliessen-an Stelle des Verschmelzens der Wandkanten wie in Fig. 2-und Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die ein Ende einer üblichen Metallbüchse zeigt, das zu dem Körper umgelegt ist, an Stelle eines geschmolzenen Kunststoffverschlusses wie in Fig. 1.
Was die Zeichnung betrifft, so wird in Fig. l ein zylindrisches Rohr aus thermoplastischem Material,
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an einem Ende durch irgendein Kopfstück 11, das in einem Hals 12 endet, der ein Gewinde oder eine andere gewünschte Vorrichtung zur Aufnahme der Kappe besitzt, verschlossen ist. Dieses Rohr wird, wie oben beschrieben, behandelt und dabei mit einem schützenden Überzug 14 auf seiner ganzen inneren Oberfläche überzogen mit Ausnahme des kreisförmigen Streifens an der Verschweissungsstelle 15, wo der Verschluss 16 aus thermoplastischem Material, z. B. Polyäthylen, wie bei 17 an die Körperwand 10 angeschlossen wird. Das Fehlen des Überzuges an dieser Schweissstelle sowohl auf der Körperwand 10 als auch auf dem Saum 18 des Verschlusspfropfens gestattet die leichte Herstellung einer völlig dichten Schweissverbindung.
In Fig. 2 ist die Wand des zylindrischen Körpers 10 an ihrem Ende in der Art der üblichen zusammendrückbaren Tuben vereinigt und wird, während sie zusammengepresst ist, in bekannter Weise des Tubenverschlusses, wie bei 19 gezeigt, zu einem flachen Saum verschmolzen. Diese Anordnung ist sonst die gleiche wie in Fig. 1 und die Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile.
Bei jedem der obigen Verfahren des Auftragens von Überzügen kann an der Innenseite des offenen Endes des Behälters - wie in Fig. 3-ein dichtschliessender Kragen 20 angebracht werden, um die Schweissstelle 15 vor dem Überzugsmaterial zu schützen. Dieser zusätzliche Umstand beseitigt die Notwendigkeit der genauen Kontrolle sowohl der Höhe der Füllung mit Überzugsflüssigkeit in den obigen Beispielen 1 und la als auch der Anwendung von Druck auf die Düsen in den obigen Beispielen 2 und 3 und der genauen Anordnung der Walzen oder Bürsten in Beispiel 4.
Bei jedem der in den obigen Beispielen beschriebenen Verfahren ist die Vorrichtung von üblicher Art und leicht im Handel erhältlich. Aus diesem Grunde wurde sie nicht erläutert.
In gleicher Weise sind die Überzugslösungen sämtlich bekannt und können selbstverständlich nach dem Aufbringen in der üblichen Weise unter Bildung eines ununterbrochenen Filmes auf der Wand des Behälters getrocknet werden.
In Fig. 4 sind die Kanten der Wand des zylindrischen Körpers 10 in der Art der üblichen zusammendrückbaren Tuben vereinigt ; während die Kanten so zusammengepresst werden, wird ein U-förmiger Halter 21 darübergeschoben, um die gegenüberliegenden Kanten zu verschliessen und das Ganze zu einem dicht verschlossenen Ende auszubilden. In diesem Zusammenhang und in Verbindung mit Fig. 5 kann der Kunststoffpfropfenverschluss durch eine übliche Metallscheibe oder einen kreisförmigen Kannenboden 22 mit einer aussen herum verlaufenden Rinne 23 ersetzt werden, wobei das Ende mit dem Körper 10 durch Druck, z. B. durch Umfalzen in der üblichen Weise - wie in Fig. 5 bei 24 gezeigt-vereinigt wird, um den Behälter zu verschliessen.
In den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Anordnungen ist die Herstellung des inneren unüberzogenen Randes 15 freigestellt, weil dort, wo ein Metallteil, z. B. ein Halter 21 oder ein üblicher Kannenboden 22, verwendet wird, das Vorhandensein des inneren Überzuges häufig wertvoll zur Unterstützung des Dichtschliessens ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Dünnwandiger thermoplastischer Behälter, dessen Innenfläche eine besondere, die Abdichtung der äusseren Behälterwand bewirkende Schutzverkleidung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Randzone des Behälters frei von der Schutzverkleidung ist, so dass diese Randzone unmittelbar oder mit einem an dieser Randzone anliegenden Einsatz verschweisst oder versiegelt werden kann.