CZ430698A3

CZ430698A3 - Plastový uzávěr s lisovanou těsnicí vložkou

Info

Publication number: CZ430698A3
Application number: CZ984306A
Authority: CZ
Inventors: David B. Riffer
Original assignee: Owens-Illinois Closure Inc.
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 1999-12-15
Also published as: ZA9811822B; US20020104818A1; US6677016B2; US7651651B2; CN1225883A; AU743568B2; ES2218778T3; AU9816798A; KR19990063372A; HU227032B1; PT926078E; HU9802992D0; CO4850579A1; BR9805625A; PL330520A1; EP0926078B1; MY122297A; US6371318B1; ATE261868T1; CA2256278A1

Description

Plastový uzávěr s lisovanou těsnicí)/bariérovo-u^ vložkou

Oblast techniky

Vynález se týká plastového uzávěru pro obaly k uchovávání nápojů, potravin, džusů a pro farmaceutické a jiné účely, a také způsobu výroby uzávěrů s těsnicími vložkami, odolnými proti prostupu plynů, vodní páry a/nebo aromatických látek (ztrátě aroma).

Dosavadní stav techniky

Dosud bylo navrženo opatřovat plastové uzávěry pro uzavřené obaly, obsahující plastový klobouček, vnitřní vložkou pro utěsnění styku s těsnicí plochou obalu. Například US-PS 4 984 703 popisuje plastový uzávěr obsahující klobouček, tvořený základnou s obvodovým pláštěm se závitem pro upevnění kloboučku k obalu, a těsnicí vložku nalisovanou přímo na vnitřní stranu základny kloboučku. Těsnicí vložka obsahuje směs ethylenvinylacetátu (EVA) a termoplastického elastomerního materiálu, například olefinů nebo styren-butadien-styrenu. US-PS 5 451 360 popisuje způsob a zařízení pro lisování vložek přímo do kloboučku.

I když uzávěry a způsoby jejich výroby, popsané v citovaných dokumentech, jsou zaměřeny na řešení problémů současného stavu techniky, zůstává nutnost dalšího zdokonalování vytvoření uzávěru a jeho těsnicí vložky. Například i když jsou měkké kopolymery olefinů, například EVA, dostatečně pružné pro dosažení dobrého utěsnění vůči těsnicí ploše obalu po upevnění uzávěru na obal, nezajišťují tyto materiály vytvoření přijatelné bariéry proti prostupu plynů jako je kyslík a oxid uhličitý, což může nepříznivě ovlivnit obsah obalu. Proto bylo navrženo využít bariérového materiálu, například ethylenvinylalkoholu (EVOH), jako bariérové vrstvy bránící pronikání plynu. Materiály tohoto druhu jsou však poměrně drahé a lámavé a nejsou příliš vhodné pro funkci • 0 • 0 0 0

těsnění. Proto je základním úkolem vynálezu vytvořit vložku pro plastový uzávěr, která by kombinovala funkci těsnění po přitlačení vložky na těsnicí plochu obalu a současně zlepšenou bariérovou funkci pro zamezení nebo alespoň výrazné omezení prostupu plynů, pohlcování vůní a pachů (unikání aroma) a/nebo prodyšnosti pro vodní páru. Dalším specifickým úkolem vynálezu je vyřešit vložku uvedeného druhu, která by se snadno vyráběla lisováním a byla připravena z levných materiálů. Ještě jiným úkolem vynálezu je vyřešit vložku, která by splňovala uvedené cíle a byla čirá nebo průsvitná, aby bylo možno přes vložku číst tisk na uzávěru. Vynálezem by se měl vyřešit také způsob výroby takové vložky a tělesné vyvožení plastového uzávěru opatřeného takovou vložkou.

Podstata vynálezu

Tyto úkoly jsou vyřešeny plastovým uzávěrem podle vynálezu majícím plastový klobouček se základnou a obvodovým pláštěm, vymezujícím vnitřní prostor kloboučku a opatřeným prostředky pro upevnění uzávěru k obalu. Vložka je upevněna k vnitřní straně základny kloboučku. Podstata vynálezu spočívá v tom, že vložka sestává v podstatě ze střídajících se vrstviček základního polymeru a bariérového materiálu pro zamezení prostupu plynu vložkou ve směru rovnoběžném s rovinou vložky. Vložka je výhodném provedení vynálezu vylisována na místo konečného uložení uvnitř klouboučku a sestává z nejméně devíti střídajících se vrstviček základního polymeru a bariérového materiálu, zejména z třiceti tří střídajících se vrstviček a nejvýhodněji ze stodvacetidevíti střídajících se vrstviček.

Základní polymer je termoplastický elastomer, polymer měkkého olefinu nebo jejich kombinace. Termoplastický elastomer je syntetický polymer mající zpracovatelnost termoplastického materiálu a funkční účinnost a vlastnosti konvenčního termosetického kaučuku. Na trhu se vyskytuje šest generických tříd termoplastických elastomerů, obsahujících styrenové blokové kopolymery (SBC), směsi polyolefinů (TPO), elastomerní směsi, termoplastické polyuretany (TPU), termoplastické kopolyestery a termoplastické polyamidy. Termoplastické elaastomery jsou popsány počínaje od stránky 64 v Modern Plastics Encyclopedia Handbook, vydané vydavatelstvím McGraw-Hill, 1994. Příklady termoplastických elastomerů jsou styrenové blokové kopolymery, vyráběné Shell Chemical pod obchodním označením KRATON. Tyto syntetické polymery sestávají ze tří nespojitých bloků lineárního nebo A-B-A typu: styren-butadien-styren, styren-isopren-styren a styren-ethylen/butylen-styren-styren. Elastomerní směsí je terpolymer ethylen-propylen-dien (EPDM). Jiná elastomerní směs sestává ze směsi EPDM/PP a butylkaučuk/PP a je dodávána Advanced Elastomer Systems pod obchodním označením SANTOPRENE a TREFSIN, přičemž je popsána v US-PS 4 130 535, 4 311 628, 4 130

534 a 4 607 074. Obecně jsou termoplastické elastomery charakterizovány tvrdostí Shore A od 45 do 95 a ohybovým modulem 21 116 kg/cm² až 70 388 kg/cm².

Měkkými polymery olefinu jsou termoplastické olefiny, homopolymery a kopolymery, které jsou ohebné, pružné a mají tvrdost Shore A menší než 100. Typickými měkkými polymery olefinu jsou: metalocen-polyethylen, ethylen-propylen kaučuky, kopolymery ethylenu a jejich směsi, kopolymery ethylenu jako je ethyelevinylacetát, kopolymery a ionomery ethylen-methyl-akrylátu a jejich kombinace. Příklady měkkých polymerů olefinu představuje alfa olefin substituované polyethyleny, vyráběné pomocí technologie s katalyzátorem jednoho centra (tyto materiály jsou známé jako metalocen-polyethyleny), ethylenvinylacetát (EVA), například vyráběný firmou DuPont pod obchodním označením ELVAX, polypropylen vyráběný technologií s katalyzátorem jednoho centra známé jako metalocen-polypropyleny, syndiotaktické polypropyleny vyráběné firmou Fina Oil and Chemmical, kopolymery ethylen/propylen a inter• « · » polymery styren-ethylen, prodávané firmou Dow Chemical; a ionomery jako je řada výrobků SURLYN firmy Dow Chemical.

Základní polymer je zpravidla smíchán s antioxidanty, lubrikanty a jinými stabilizačními látkami, známými ze stavu techniky.

Kompatibilizer je termoplast, který váže dva jiné termoplasty k sobě reaktivní (kovalentní nebo dipólovou) vazbou nebo jinými než reaktivními prostředky (řetězovým zapletením). Příklady obsahují polymery roubované malein-anhydridem nebo polymery roubované ethylenvinylacetátem, například PLEXAR firmy Quantum Chemical, ADMER firmy Mitsui Petrochemical a BYNEL firmy DuPont, ethylenmethylakrylát a ionomery.

Bariérovým materiálem je termoplastický materiál, který má nízkou propustnost pro plyny a/nebo vodní páru a představuje účinnou bariéru proti pronikání odorantů a etherických olejů. Následující materiály mají propustnost pro plyny menší než EVA, který je v průmyslu standartním materiálem pro výrobu těsnicích vložek: EVOH (ethylenvinylalkohol) z řady výrobků SOARNOL firmy Nippon Goshei a EVALCA firmy Eval, nylony jako je SELAR firmy DuPont PA, G21 firmy EMS a MXD6 firmy Mitsubishi, akrylonitrilová řada výrobků BAREX firmy British Petroleum, směsi EVOH a amorfního nylonu, směsi EVOH a ionomeru jako je SURLYN (DuPont) a kopolymery cyklických olefinů, které jsou prodávány Ticonou. Jiné vhodné bariérové materiály a směsi jsou popsány v US-PS 4 997 004 a 5 064 716, přičemž dalšími materiály jsou nanokompozity EVOH nebo nylonu a jílu, jak je to popsáno v US-PS 4 472 538 a 5 532 469.

Je výhodné, aby vložka obsahovala přísady pro snížení koeficientu tření mezi vložku a těsnicí plochou obalu. V pra• · - *' ·«·· · · ♦······ — 5 — xi se přísady nazývají mazivy nebo lubrikanty. Typickými lubrikanty jsou amidy mastných kyselin a estery mastných kyselin, mikrokrystalické vosky a polyethylenglykoly. Výhodnými lubrikanty jsou amidy mastných kyselin s nízkou molekulovou hmotností, které při ochlazování z roztaveného stavu pronikají až na povrch polymerního materiálu a tím se dosahuje snížení koeficientu tření mezi vložkou a těsnicí plochou. Příklady takových materiálů jsou: primární amidy obecného chemického vzorce R-CO-NH₂, kde R je alkylová skupina; sekundární amidy obecného vzorce R-CO-NH/R’, kde R, R' jsou alkylové skupiny; sekundární bis-amidy s obecným vzorcem R-CO-NH-A-NH-CO-R, kde R, R' jsou alkylové skupiny a A je Y alkylenová akupina; a směsi těchto materiálů, popsané v US-PS 5 306 542. Lubrikant výhodně tvoří kolem 0,5 % až 2,0 % hmotnostních hmoty vložky, zejména 1 % hmotnostní. Lubrikant je výhodně přidán do termoplastického elastomerního materiálu (společně s libovolným požadovaným barvivém) již výrobcem tohoto materiálu. Množství lubrikantu a/nebo barviva nenív tomto případě započteno do celkového množství složek směsi.

Bariérový materiál a základní polymer jsou ve vložce obsaženy vždy obsaženy v hmotnostním množství od 2 % do 50 %. Bariérový materiál je ve vložce výhodně obsažen v hmotnostním množství od asi 6 % do 35 % a kompatibilizační materiál je ve vložce obsažen výhodně v rozsahu hmotnostních množství od 6 % do 20 %, přičemž zbytek je tvořen základním polymerem.

Podstata vynálezu u způsobu výroby vložky pro plastový uzávěr spočívá v tom, že se nejprve vytlačí peleta sestávající ze střídajících se vrstviček základního polymeru a bariérového materiálu, odolávajícího pronikání plynu, a potom se peleta slisuje do tvaru kotoučkové vložky, ve které jsou střídající se vrstvičky orientovány obecně rovnoběžně s rovi• · ···· · · · · • · · ····« • · · * · ···· « nou kotoučkové vložky. Vrstvičky v peletě se výhodně vytlačují současně ze vstupního bariérového materiálu, základního polymeru a kompatibilizeru. Tyto materiály se mohou vytlačovat samostatně nebo může být kompatibilizer smíchán s bariérovým materiálem, základním polymerem nebo s oběma těmito materiály ještě před vytlačováním. Ve výhodném provedení jsou vrstvičky v peletě současně vytlačovány z druhého vstupního materiálu sestávajícího ze směsi základního polymeru a kompatibilizačního materiálu, zvyšujícího adhezi mezi jednotlivým vrstvičkami materiálu. Lisování vložky se výhodně provádí lisováním na místě konečného uložení vložky uvnitř kloboučku.

Vynálezem je také vyřešena těsnicí vložka pro plastové uzávěry, vytvořená ve tvaru kotoučku sestávajícího v podstatě z množství střídajících se vrstviček základního polymerního materiálu a bariérového materiálu, odolávajícího prostupu kyslíku a oxidu uhličitého vrstvičkami. Těsnicí vložka je výhodně lisována na místo svého konečného uložení uvnitř plastového uzávěru z výchozího lisovacího materiálu nebo z pelety, ve které se střídají současně vytlačované vrstvičky různých materiálů.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí příkladů provedení zobrazených na výkresech, kde znázorňují obr. 1 funkční blokové schéma způsobu výroby lisovaných pelet při vytváření těsnicí vložky, obr. 2 schematické zobrazení lisování vstupních pelet a tím vytváření nepropustné vložky, obr. 3 osový řez plastovým uzávěrem zobrazeným ve zvětšeném měřítku a vytvořeným způsobem podle vynálezu, znázorněným na obr. 1, obr. 4A a 4B osový řez kloboučkem uzávěru, ve které jsou uloženy vstupní pelety v různých zkoušených orientacích, jak bude popsáno v dalším popisu, • · • · · · obr. 5A je schematický pohled na uzávěr s vyznačením bodů, ve kterých byly pořízeny mikrofotografie zobrazené na obr. 5C až 5G, obr. 5B až 5G mikrofotografie výsledků zkoušek získaných při testování výhodného provedení uzávěru, obr. 6 a 7 osové řezy podobné řezům z obr. 3, zobrazující modifikované tvary vložky uzávěru, a obr. 8 schéma modifikovaného výrobního způsobu, který je obměnou postupu podle obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 zobrazuje systém 10 podle prvního příkladného provedení vynálezu, obsahující dvojici vytlačovacích lisů 12. 14, z nichž každému je přiřazena míchací násypka 13 , 15. Vytlačovací lisy 12, 14 usměrňují produkt získaný vytlačováním jako první a druhý vstup do ústrojí 16 pro vytváření vrstviček. Toto ústrojí 16 pro vytváření vrstviček přetváří vstupní materiál do jemných, vzájemně rovnoběžných vrstviček, které jsou potom převáděny do multiplikačního ústrojí 18., ve kterém se vrstvičky skládají na sebe. Výstupním produktem vrstvového multiplikačního ústrojí 18 je vytlačená tyčka, ze které je možno nařezat jemné pelety 20. Peleta 20 je vytvořena z v podstatě jemných paralelních vrstev, z nichž každá vrstvička je vytvořena z jednoho ze vstupních materiálů, přiváděných do ústrojí 16 pro vytváření vrstviček z vytlačovacích lisů 12, ii· Počet paralelních vrstev v peletě 20 je závislá na počtu stupňů ve vrstvovém multiplikačním ústrojí 18. V jednom výhodném příkladném provedení vynálezu je použito ústrojí 16 pro vytváření vrstviček a vrstvového multiplikačního ústrojí 18 podle US-PS 5 094 793 a 5 628 950. Je ovšen možno použít i jiných konvenčních ústrojí pro vytváření prokládaných vrstviček materiálu.

Obr. 8 znázorňuje modifikovaný systém 10a, ve kterém jsou přiváděny bariérový polymer, základní polymer a kompati• · · · bilizer z řady samostatných vytlačovacích lisů 12, 14a, 14b ke konvenčnímu ústrojí 16a pro vytváření vrstviček. Takto vyráběné pelety 20d jsou tvořeny skupinou tenkých, spirálovitě stočených nebo soustředných vrstviček. V příkladném provedení systému se třemi vstupy podle obr. 8 budou vrstvičky kompatibilizeru velmi tenké a umístěné mezi každými dvěma sousedními vrstvami bariérového materiálu a základního polymeru. Vhodné konvenční vytlačovací zařízení, působící ve skupině, jsou popsána například v US-PS 4 522 775 a v přehledu stavu techniky v US-PS 5 628 950. V další modifikaci příkladu z obr. 1 může být bariérový materiál přidáván do základního polymeru a kompatibilizeru na vstupu do druhého vytlačovacího lisu 14. Například vstupní materiál do druhého vytlačovacího lisu 14 může v hmotnostních množstvích sestávat z 10 % EVOH, 10 % kompatibilizeru a 80 % EVA. První vytlačovací lis 12a pracuje s nižším výkonem, takže celkové složení směsi zůstává v rozsahu uvedeném v předchozí části. Rozmístění některého bariérového materiálu uvnitř termoplastického elastomeru dále zvyšuje bariérové vlastnosti materiálu.

Pro výrobu nepropustných vložek pro plastové uzávěry podle výhodného příkladného provedení vynálezu sestává výchozí materiál, přiváděný do násypky 13 vytlačovacího lisu 12 nebo 12a výhodně především z nejméně jednoho základního polymeru (TPE nebo měkkého olefinu) a kompatibilizačního materiálu. Základní polymer je předem smíchán s lubrikantem nebo libovolným vhodným barvivém. Vstupní materiál je dokonale směšován a míchán v druhé násypce 15. Vstupním bariérovým polymerním materiálem je výhodně nejméně jedna plastická pryskyřice s vysokým bariérovým účinkem na plyny vybraná ze skupiny sestávající z EVOH, nylonu, kopolymerů akrylomitilu, například styren-akryonitrilu a akrylonitrilu-methylakrylátu, směsí EVOH a amorfního nylonu, nanokompozitů ECOH nebo nylonu a jílu, směsi EVOH a ionomeru, akrylonitrilu, kopolymerů cyklických olefinů a jejich směsí. Vstupní polymer do druhého • · vytlačovacího lisu 14 je zejména vybrán ze skupiny sestávající z EVA, kopolymerů ethyl/propylen, blokových kopolymerů styrenu, terpolymerů, ionomerů, termoplastických kaučuků blokových kopolymerů styren/ethylen/butadien/styrenu, směsí styren/ethylen/butadien/styrenu, blokových kopolymerů styren/ butadien/styrenu, EPDM, metalocenového lineárního nízkotlakového polyethylenu, metalocenového syndiotatického polypropylenu, směsí syntetických a elastomerních látek, kaučuků jako je butylkaučuk, kopolymeru styrenu jako je styren/ethylen a terpolymerů jako je styren/ethylen/butylen, butyl-polypropylenového kaučuku a jejich směsí. Vstupní směs kompatibilizeru pro druhý vytlačovací lis 14 je zejména vybrána ze skupiny sestávající z polymerů roubovaných maleinanhydridem, polymerů roubovaných ethylenvinylacetátem, ethylen-methyl-akrylátu, ionomerů a jejich směsí. Jak bylo uvedeno v předchozí části, lubrikant vybraný ze skupiny sestávající z esterů mastných kyselin, lykolů, vosků, primárních amidů, sekundárních amidů, sekundárních bis-amidů a jejich směsí, se výhodně předem smíchá se základním polymerem.

Procentový poměr bariérového polymeru, základního polymeru a kompatibilizačního materiálu je závislý na tloušťkách příslušných vrstev vytvořených ve stádiích 18, 20, které jsou zase závislé na rychlosti vytlačování materiálu z vytlačovacích lisů 12 , 14 . Vstupní směs pro druhý vytlačovací lis 14 a relativní rychlosti vytlačování jsou takové, že bariérový materiál a základní polymer by měly být obsaženy v dohotovené vložce v rozsahu od 2 % do 50 % hmotnostních. Nejvýhodněji je množství bariérového polymeru ve výstupních peletách 20 v rozsahu hmotnostních množství od 6 % do 35 %, kompatibilizer je v rozsahu hmotnostních množství od asi 6 % do 20 I, přičemž zbytek tvoří základní polymer. Zvětšení procentového množství bariérového materiálu zvyšuje cenu výsledné vložky. Základní výhoda řešení podle vynálezu spočívá přitom ve skutečnosti, že vrstvené vytvoření vložky zvyšuje bariérové • · • · vlastnosti vložky v porovnání například s vložkami ze směsi EVA a EVOH, takže může být použito menšího množství bariérového materiálu než tomu bylo u směsných polymerních vložek. Množství adhezivního materiálu ve funkci kompatibilizeru je voleno s ohledem na potřebu dosažení požadované vazby mezi vrstvičkami a pro úpravu viskozity základního polymeru, se kterým se kompatibilizer míchá. V této souvislosti je třeba poznamenat, že míchání kompatibilizeru se základním polymerem před vytlačováním odstraňuje potřebu použití třetího vytlačovacího lisu, který by jinak byl nezbytný, a také umožňuje, aby kompatibilizer byl využit pro úpravu viskozity základního polymeru. Předpokládá se, že je výhodné, aby průtoky vytlačovaného materiálu, který potom vstupuje do ústrojí 16 pro vytváření vrstvičky materiálu, byly vzájemně co nejvíce přizpůsobeny. Průtokové hodnoty materiálu jsou uváděny ve firemních materiálech výrobců a mohou být využity pro volbu vhodných materiálů. Smícháním EVA s kompatibilizerem tvořeným maleinanhydridem se viskozita kompatibilizeru redukuje a přesněji se přibližuje viskozitě EVOH. Viskozity samostatně přiváděných proudů se musí vzájemně co nejvíce přizpůsobit, aby se dosáhlo vhodného vytváření vrstviček. Jak vyplývá z US-PS 5 628 950, rozdíly viskozity mezi tekutými materiály různých vrstviček by neměly být větší než pětinásobek menší hodnoty, aby se zajistilo správné vytváření vrstviček.

Rozumí se, že poměrná procentová množství se budou měnit podle konkrétních aplikací a budou záviset kromě jiného na tvrdosti a tím těsnicí schopnosti vložky a na požadované velikosti kroutícího momentu při otevírání uzávěru. Pokud se týče tvrdosti, bylo zjištěno, že tvrdost vložky vyšší než asi 94 nebo 95 Shore (A) je příliš velká pro zajištění dokonalého utěsnění obalu. Při použití základního polymeru, který je poměrně tvrdý, například EVA, může být horní mezní hodnota bariérového materiálu poměrně nízká. Avšak při použití základního polymeru s relativně malou tvrdostí, například • · • · butyl-propylenového kaučuku, může být horní hranice bariérového materiálu podstatně vyšší.

Obr. 2 zobrazuje vstupní peletu 20 vloženou do předem vyrobeného kloboučku 22 uzávěru, který je uložen do lisovnice 24 lisovací formy 26. Část 28 lisovníku se zasune do do blízkosti pelety 20, kloboučku 22 a lisovnice 24, aby se peleta 20 slisovala do tvaru vložky, která je přivařena nebo přilepena na vnitřní plochu základny kloboučku. Pro lisování této vložky 20a se vstupní peleta 20 vloží do lisovací formy 24 a lisuje se na místě svého konečného uložení proti základně 30 kloboučku 22, jak je to patrno z obr. 3, a tak se vytvoří vložka 20a. Lisování se může provádět ručně nebo výhodněji pomocí lisovacího zařízení popsaného v již zmíněném US-PS 5 451 360. Klobouček 22 je také opatřen obvodovým pláštěm 32, vybíhajícím z obvodu základny 30 a opatřeným vnitřním závitem 34 pro upevnění kloboučku 22 k obalu. V alternativním výrobním postupu může být vložka 20a vytvořena samostatným lisováním pelety 20 v jiném lisovacím zařízení a vložka 20a se potom může upevnit lepidlem dovnitř kloboučku 22 na základnu

30. Tento způsob však vyžaduje další pracovní operace a je nákladná a nepokládá se proto za výhodnou. Další alternativa spočívá v tom, že vložka se může vytvářet v uzávěrech způsobem popsaným v US-PS 3 674 393, 3 702 148, 3 877 497 a 4 518

336. Obr. 6 zobrazuje alternativní příkladné provedení vložky 20b, která je rovinná a v celé ploše má stejnou tloušůku, což je rozdíl oproti vložce 20a z obr. 3, která má zesílenou obvodovou prstencovou část. Na obr.

příkladné provedení vložky 20c mají a zesílenou střední část a může být opatřena dalším bariérovým materiálem.

je zobrazeno třetí plochou okrajovou část

Pro zjištění výsledků řešení podle vynálezu byly vyrobeny a testovány vzorky vložek. V těchto zkušebních vzorcích byl základním polymerem EVA prodávaný firmou DuPont pod • · • · « · • · · • · · · · obchodním označením ELVAC650. Bariérovým materiálem byl buď EVOH, prodávaný firmou Evalca pod obchodním označením Ε 105B, nebo nylon prodávaný firmou DuPont a označený SELAR PA. Kompatibilizerem byl polymer roubovaný maleinanhydridem, prodávaným firmou Mitsui Petrochemical a označený ADMER QF551.

První série vzorků se vyrobila z lisovaného vložkového filmu (to znamená nebyla vytvořena přímo v kloboučku 22). Tyto zkušební vzorky se vyráběly vytlačováním materiálu s požadovaným složením vytlačovacím systémem podle obr. 1 při teplotě tavení od 193°C do 227°C. Vytlačený materiál měl 129 vrstviček. Vytlačovaný materiál, mající stále teplotu tavení, se vrstvil mezi dvěma kovovými deskami s teflonovým povlakem, přičemž vrstvičky byly kladeny buď rovnoběžně s rovinami desek nebo kolmo k těmto rovinám. Celá tato skupina vrstviček se potom umístila do Carverova lisu a lisovala se tlakem

31,6 kg/cm² po dobu asi 30 sekund na film o tloušťce 0,635 až 0,762 mm. Mezi ocelové desky se uložily podložky pro vymezení konečné tloušťky. Celá souprava, sestávající z desek a stlačeného filmu, se potom odebrala z lisu a uložila do vodní lázně s pokojovou teplotou na dobu kolem 15 sekund. Slisovaný film se potom odebral od desek a vysušil. Na takto připravených vzorcích se potom měřila propustnost pro kyslík podle ASTM D3985 při relativní vlhkosti 100 % a teplotě 23,9°C.

První zkušební vzorek .první série kontrolních vzorků sestával ze 100 % EVA. Druhý vzorek byl druhým kontrolním vzorkem sestávajícím ze směsi 25 % RVOH, 65 % EVA a 10 % kompatibilizeru. Třetí zkušební vzorek sestával z 10 % EVOH, 80 % EVA a 10 % kompatibilizeru, přičemž vrstvičky filmu byly před lisováním orientovány rovnoběžně s rovinou vložkového filmu, jak je to zobrazeno na obr. 4A. Čtvrtý zkušební vzorek sestával z 10 % EVOH, 80 % EVA a 10 % kompatibilizeru, přičemž v tomto případě byly vrstvičky filmu před lisováním • · • · · ·

- 13 orientovány kolmo na rovinu filmu, jak je to znázorněno na obr. 4b. Pátý zkušební vzorek sestával z 10 % nylonu, 80 % EVA a 10 % kompatibilizeru a vrstvičky filmu byly orientovány podle příkladu z obr.4A, přičemž šestý vzorek sestával z 10 % nylonu, 80 % EVA a 10 % kompatibilizeru a vrstvičky byly orientovány podle příkladu z obr. 4B. Všechny filmy měly shodnou tloušfku od 0,635 mm do 0,762 mm. Výsledky zkoušek jsou uveeny v tabulce 1.

Tabulka 1

Zkušební vzorek	Propustnost kyslíku (cnr/0,1 MPa*645 cm²' při 24°C a 100% r.v.	Tvrdoměr (Shore A stupnice)
(1) 100 % EVA porovnávací	790	92
(2) 25% EVOH,10% k.,65% EVA(směs)	110	93
(3) 10% EVOH,10% k.,80% EVA(obr.4A)	16	94
(4) 10% EVOH,10% k.,80% EVA(obr.4B)	20	94
(5) 10% nylon,10% k.,80% EVA(obr.4A)	25	94
(6) 10% nylon,10% k.,80% EVA(obr.4B)	31	94

Je třeba poznamenat, že všechny tyto zkušební vzorky 3 až 6 podle vynálezu vykazovaly výrazné snížení propustnosti pro kyslík jak ve srovnání se vzorkem 1 s obsahem 100 % EVA a se směsným porovnávacím vzorkem 2. Jak vyplývá ze srovnání se směsným vzorkem 2, zkušební vzorky podle vynálezu měly výrazné menší propustnost kyslíku, dokonce menší než u vzorku s EVOH. Snížení propustnosti kyslíku i při menších množstvích EVOH je dosaženo díky vrstvení filmu a orientaci vrstviček ve firmu v průběhu lisování. Je také třeba v této souvislosti poznamenat, že i když výsledky zkoušek u vzorků 3 a 5, ve kterých byly vrstvičky filmu orientovány rovnoběžně s rovinou filmu jako na obr. 4A, byly mírně větší než výsledky zkoušek • · · · u vzorků s orientací vrstviček kolmou na rovinu filmu podle obr, 4B, rozdíly v těchto výsledcích nejsou zjištěny. Má se za to, že tento výsledek je způsoben skutečností, že teplo a tlak při lisovací operací vyvolává tečení vrstveného materiálu radiálně směrem ven, aby se tak nově přetvořila vrstevnatá struktura pelety, i když vrstvičky byly původně kolmé na konečnou rovinu filmu. To je také zobrazeno na obr. 5A až 5G. Na obr. 5A je schematické grafické zobrazení vložky kloboučku, na kterém je označeno pět míst, ze kterých byly vyříznuty vzorky, které pak byly obarveny a byly pořízeny jejich mikrofotografie (obr. 5C až 5G). Obr. 5B zobrazuje uspořádání jednotlivých vrstviček pelety ve vstupní peletě, ve které jsou vrstvičky orientovány v podstatě kolmo na rovinu základny kloboučku. Vrstvičky EVOH byly zbarveny a jsou na obr. 5B až 5G tmavé. Na obr. 5B je zobrazena část pelety v desetinásobném zvětšení, zatímco na obr. 5C až 5G jsou vzorky zobrazeny ve stonásobném zvětšení. Je také třeba poznamenat, že tvrdost vzorků v tabulce 1 zůstává v podstatě konstantní a to naznačuje, že všechny vzorky jsou vhodné pro použití k výrobě těsnicích vložek.

Druhá a třetí sada zkušebních vzorků byla vyrobena ve formě vložek zalisováním do uzávěrů. Zkušební materiály byly vytlačovány systémem podle obr. 1 při teplotě tavení 227°C v poměru, který má zajistit požadované hmotnostní podíly ve vytlačovaném materiálu. Pelety 20 (obr. 2) se potom ručně nařezaly z vytlačeného materiálu a umístily do skořepiny kloboučku 22. Dokud si pelety 20 udržovaly stále teplotu tavení, přemístil se uzávěr spolu s peletou do lisovací formy z obr. 2 a lisovací nástroj se uvedl do činnosti pro stlačení pelety 20. Vrstvičky filmu byly ve všech peletách 20 orientovány kolmo na rovinu hotovené vložky podle obr. 4B. Lisovací síla byla kolem 56,25 kg/cm² a byla udržována po dobu asi 15 sekund. Každý zkušební uzávěr s vložkou se potom našrouboval na ústí PET láhve kroutícím momentem, obvykle používaným ···· φ ·* ·« ·· • ···· · * · · • · ··.«»· r · ·'· ····*«* — χ□ » · · »· · · · v průmyslu (0,288 kgm až 0,346 kgm pro uzávěr s průměrem 43 mm). Ústí láhve se potom odřízlo od láhve a přilepilo epoxydovou pryskyřicí na kovovou destičku obklopující otvor napojený na odvzdušňovací trubku. Destička spolu s uzávěrem se potom přemístila do zkoušečky pro zjišťování propustnosti kyslíku typu Mocon OXYTRAN. Kyslík byl na vnější straně uzávěru udržován na tlaku 0,1 MPa, teplotě 23°C a relativní vlhkosti 100 %, přičemž pro odvzdušnění vnitřního prostoru uvnitř uzávěru byl použit dusík, aby se mohla spolehlivě měřit koncentrace kyslíku a tím propustnost uzávěru pro kyslík. Jakmile pronikání kyslíku dosáhlo ustáleného stavu, výsledky se zaznamenaly.

Druhá sada vzorků, sestávajících v hmotnostních množstvích z 20 % EVOH, 16 % kompatibilizeru a 64 % EVA se vytvořila z pelet s orientací jejich vrstviček podle obr. 4B. Tyto vzorky, lisované na místě do polypropylenových kloboučků, měly po dvou měsících testování naměřenou propustnost kyslíku kolem 0,001 cm³/den, což je výrazný pokles ve srovnání s propustností stejného kloboučku s vložkou obsahující 100 % EVA, která se pohybovala kolem 0,012 cm³/den. Všechny vložky ve všech prováděných zkouškách měly shodnou tloušťku 0,635 mm a průměr 38,3 mm.

Třetí sada zkušebních vzorků sestávala z vložek lisovaných na místě konečného uložení uvnitř uzávěru o průměru 43 mm, majícího plastový klobouček 22. Všechny vložky měly tloušťku 0,635 mm a průměr 38,3 mm. Výsledky zkoušek jsou uvedeny v následující tabulce 2.

a- 9 v « • · • »

Propustnost kyslíku (cm³/den) · · «000

Tabulka 2

Zkoušený vzorek (1) 100 % EVA vložka (2) 34 % EVOH, 65 % EVA % kompatibilizeru (směs) (3) Vrstvený 20 % EVOH, 80 % EVA/ kompatibilizer

0,012

0,006

0,0015

Z těchto výsledků je poněkud překvapivě zřejmé, že propustnost kyslíku nebyla závislá na orientaci vrstviček v peletě před lisováním. Ve všech zkoušených vzorcích, popsaných v předchozí části pelety původně obsahovaly stodvacetdevět vrstviček základního polymeru (EVA) a bariérového polymeru (EVOH nebo nylonu) s kompatibilizerem, předem smíchaným se základním polymerem. Další zkoušky byly prováděny s podobnými materiály, ale majícími ve vytlačené peletě pouze devět vrstviček. Jestliže byly vrstvičky ve vstupní peletě orientovány rovnoběžně s rovinou dohotovené vložky, to tnamená rovnoběžně s rovinou základny uzávěru, jak je to zobrazeno na obr. 4A, byla propustnost kyslíku 0,0017 cm³/den. Jestliže vrstvičky byly původně orientovány kolmo na rovinu základny, jak je to znázorněno na obr. 4B, byla propustnost kyslíku za stejných zkušebních podmínek 0,0029 cm³/den. Předpokládá se, že pokud je ve vytlačené peletě dostatečný počet vrstviček, dosáhne se bariérových vlastností vložky bez ohledu na orientaci vrstviček před lisováním.

Je výhodné, aby každá ze skupiny vrstviček měla v podstatě rovnoměrnou tloušůku, i když tato podmínka není nezbytná, protože v množství vrstviček se nerovnoměrnosti vyrovnávají. Je také výhodné, aby každá vrstvička měla stejné složení. Mělo by se zamezit tomu, aby v některých případech byly • · přidávány další vrstvičky z jiných materiállů, majících jiné požadované vlastnosti.

V předchozím popisu tak bylo objasněno vytvoření vložky uzávěru, vlastního uzávěru například láhve nebo jiného obalu a také byl objasněn způsob výroby vložky podle vynálezu, přičemž tato řešení splňují stanovené úkoly a dosahují žádoucích cílů. Vložka se snadno vyrábí z jinak běžně dostupných materiálů a pomocí jinak běžně známých postupů a zařízení. Vložka má lepší účinnost, pokud je to posuzováno z hlediska množství použitého bariérového materiálu na jedné straně a propustnosti a prostupu plynů, například kyslíku a oxidu uhličitého, vodní páry a etherických vonných olejů (ztráta aroma) na druhé straně. Byly popsány také kombinace základního polymeru a bariérového materiálu. Pro jiné aplikace jsou možné jiné kombinace složek materiálu, které jsou odborníkům v tomto oboru zřejmé.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Těsnicí vložka pro plastový uzávěr, vyznačující se tím, že je vytvořena ve tvaru kotoučové vložky (20a, 20b, 20c) sestávajícím v podstatě ze střídajících se vrstviček základního polymerního materiálu a bariérového materiálu pro bránění pronikání plynu, vodní páry a/nebo aromatických látek vložkou.
2. Těsnicí vložka podle nároku 1, vyznačující se t í m , že obsahuje kompatibilizer pro zvýšení adheze mezi vrstvičkami.
3. Plastový uzávěr, vyznačující se tím, že obsahuje klobouček (22) mající základnu (30) s obvodovým pláštěm (32) vymezujícím vnitřní prostor kloboučku (22) a opatřeným prostředky (34) na obvodovém plášti (32) pro upevnění uzávěru k obalu, přičemž k vnitřní ploše základny (30) je upevněna vložka (20a, 20b, 20c) podle nároků 1 nebo

2.
4. Plastový uzávěr podle nároku 3, vyznačuj ící setím, že vložka je nalisována na místě svého konečného uložení uvnitř kloboučku (22).
5. Plastový uzávěr podle nároků 3a4, vyznačující se tím, že obsahuje v hmotnostních množstvích bariérový materiál v rozsahu od 6 % do 35 % hmotnosti vložky, kompatibilizační materiál v rozsahu od 6 % do 20 %, přičemž zbytek je tvořen polymerním materiálem.
6. Plastový uzávěr podle nároku 5, vyznačuj ící tím, že základní polymer je vybrán ze skupiny sestávající z termoplastických elastomerů, měkkých polymerů olefinu a je• · · · · · • · jich směsí.
7. Plastový uzávěr podle nároku 6, vyznačuj ící se t í m , že základním polymerem je termoplastický elastomer mající tvrdost Shore A od 45 do 95 a ohybový modul 21 116 kg/cm² až 70 388 kg/cm².
8. Plastový uzávěr podle nároku 6, vyznačuj ící se t í m , že základním polymerem je termoplastický elastomer vybraný ze skupiny sestávající ze styrenových blokových kopolymerů a elastomerních směsí.
9. Plastový uzávěr podle nároku 6, vyznačuj ící se t í m , že základním polymerem je polymer olefinu mající tvrdost Shore A menší než 100.
10. Plastový uzávěr podle nároku 9, vyznačující se tím, že polymer olefinu je vybrán ze skupiny sestávající z metalocen-polyethylenu, ethylen-propylenových kaučuků, kopolymerů ethylenu a jejich směsí.
11. Plastový uzávěr podle nároku 5, vyznačující se tím, že bariérový materiál je vybrán ze skupiny sestávající z ethylvinylalkoholu (EVOH), nylonu, kopolymerů akrylonitrilu, směsí EVOH a amorfního nylonu, směsí EVOH a ionomeru, akrylonitrilu, cyklických kopolymerů olefinu a jejich směsí.

13, Plastový c í se tím, alkohol (EVOH) a vinylacetát (EVA)

uzávěr podle nároku 5, že bariérový materiál vyznačuj x obsahuje ethylvinylnylon a základní polymer obsahuje ethyl14. Plastový uzávěr podle nároku 4, vyznačující setím, že základní polymerní materiál sestává « · · · • · v podstatě ze směsi nejméně jednoho základního polymeru a kompatibilizačního materiálu.
15. Plastový uzávěr podle nároků 3 až 14, v y z n a č ující se tím, že vložka (20a, 20b, 20c) sestává z nejméně devíti střídajících se vrstev vrstev základního polymeru a bariérového materiálu.
16. Plastový uzávěr podle nároku 15,vyznačuj í cí se tím, že jeho vložka sestává nejméně ze třicetitří střídajících se vrstviček.
17. Plastový uzávěr podle nároku 16, vyznačuj í cí se tím, že jeho vložka sestává nejméně ze stodvacetidevíti střídajících se vrstviček.
18. Plastový uzávěr podle nároků 3 až 14, v y z n a č ující se tím, že vložka (20a, 20b, 20c) má tvrdost Shore A menší než 94.
19. Plastový uzávěr podle nároků 3 až 18, v y z n a č ující se tím, že vložka obsahuje lubrikant v hmotnostním množství od 0,5 % do 1,5 %.
20. Plastový uzávěr podle nároku 19, vyznačuj í cí se tím, že hmotnostní množství lubrikantu je kolem 0,5 %.
21. Plastový uzávěr podle nároku 19, vyznačuj í cí se tím, že lubrikant je vybrán ze skupiny sestávající z amidů mastných kyselin, esterů mastných kyselin, mikrokrystalických vosků, polyethylenlykolů, primárních amidů, sekundárních amidů, sekundárních-bis amidů a směsí těchto látek.

• · · · • »
22. Způsob výroby vložky pro plastový uzávěr podle nároků 1 až 21, vyznačující se tím, že se vytlačováním vytvoří pelety (20) sestávající v podstatě ze střídajících se vrstviček základního polymerního materiálu a bariérového materiálu, odolávajícího prostupu plynu, a tyto pelety (20) se potom stlačí a vytvoří se kotoučková vložka (20a, 20b, 20c), ve které jsou střídající se vrstvičky materiálu orientovány v podstatě rovnoběžně s rovinou kotoučku.
23. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že základní polymerní materiál se připraví v podstatě ze směsi nejméně jednoho základního polymeru a kompatibilizačního materiálu.
24. Způsob podle nároku 23, vyznačující se tím, že směs základního polymeru a kompatibilizačních materiálů se liší ve viskozitě taveniny od bariérového materiálu o méně než faktor pěti.
25. Způsob podle nároku 22, vyznačující se tím, že při vytlačování pelet (20) se vytlačuje kompatibilizační materiál se základním polymerem a bariérovými materiály.
26. Způsob podle nároku 25, vyznačující se tím, že kompatibilazační materiál se smíchá před vytlačováním s nejméně jedním z materiálů představovaných základním polymerem a bariérovými materiály.
27. Způsob podle nároku 25, vyznačující se tím, že základní polymerní materiál, bariérový materiál a kompatibilizační materiál se vytlačují ve formě samostatných vrstviček.

• · · ·
28. Způsob podle nároku 27, vyznačující se tím, že vrstvičky bariérového materiálu a základního polymerního materiálu se střídají a vrstvičky kompatibilizačního materiálu jsou umístěny mezi každou vrstvičkou bariérového materiálu a každou vrstvičkou základního polymerního materiálu.
29. Způsob podle nároků 22 až 28, vyznačující se t i m , že se připraví klobouček (22) uzávěru mající základnu (30) a obvodový plášť (32) vymezující vnitřní prostor kloboučku (22) a opatřený prostředky (34) pro upevnění kloboučku (22) na obalu a kotouček vložky (20a, 20b, 20c) se upevní k vnitřní straně základny (30).
30. Způsob podle nároku 29, vyznačující se tím, že lisování pelet (20) pro vytvoření kotoučkkové vložky (20a, 20b, 20c) a upevňování vložky (20a, 20b, 20c) probíhá současně lisováním pelet (20) na vnitřní stranu základny (30).