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Die Erfindung bezieht sich auf einen
Kunststoff-Verschluss
für Getränkeflaschen,
vorzugsweise für
Weinflaschen, der eine im Wesentlichen zylindrische Form, gegebenenfalls
mit einem sich oberhalb der Getränkeflasche
verbreiternden Rand, aufweist.
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Unter Verschluss sollen im Sinne
der Erfindung sowohl außenabdichtende
als auch innenabdichtende Kunststoff-Verschlüsse und -Stopfen, aber auch
Kunststoff-Schraubverschlüsse verstanden werden.
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Typische außenabdichtende Verschlüsse sind
Drehverschlüsse
von beispielsweise Wasserflaschen, Limonadenflaschen usw. Innenabdichtende Verschlussstopfen
werden hauptsächlich
bei Weinflaschen, Sektflaschen usw. verwendet.
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Die außenabdichtenden Verschlüsse bestehen
in der Regel aus Kunststoff, häufig
auch aus Metall. Die innenabdichtenden Verschlüsse bzw. Stopfen bestehen wiederum
bestehen meistens aus Kork, Agglomeratkork oder Kunststoff, meist
Polyethylen.
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Bei Kunststoffverschlüssen wird
wiederum unterschieden nach deren Herstellungsverfahren. Man unterscheidet
zwischen spritzgegossenen und extrudierten oder koextrudierten Stopfen.
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Die Nachfrage nach Alternativen zum
Naturkorken ist auf Grund der Preisentwicklung auf dem Korkmarkt
und den andauernden Problemen mit dem natürlichen Verschluss groß. In den
vergangenen Jahren wurden Neuentwicklungen innenabdichtender Kunststoffstopfen
getestet. Dabei wurden die physikalisch-mechanischen Eigenschaften
der Kunststoffstopfen mit den Naturkorken verglichen und im Rahmen
von Füllversuchen
unter Praxisbedingungen geprüft.
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Die Elastizität und das Rückstellvermögen von Naturkork beruhen im
Wesentlichen auf der Zellstruktur durch Einschluss von Luft in einem
sehr dicht geschlossenen Zellgewebe. Dadurch ist Kork sehr leicht
und besteht zu ca. 80% aus Luft. Das führt nach dem Einstoßen des
Korkens in den Flaschenhals dazu, dass die eingeschlossene Luft
wieder expandiert und dadurch ein Anpressen in der Flaschenmündung und
das Abdichten stattfindet.
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Durch das Schäumen von Kunststoffen mit den
eingangs genannten Verfahren wird versucht, diese natürliche Korkstruktur
nachzubilden, was bisher mit nur mäßigem Erfolg gelingt. Während das spezifische
Gewicht von Naturkork zwischen 0,15 und 0,18 g/cm3 liegt,
schwankt dieser Wert bei Agglomeratkorken und Kunststoffstopfen
zwischen 0,25 und 0,7 g/cm3.
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Die Elastizität und das Rückstellvermögen reichen ebenfalls nicht
an die Eigenschaften des Naturkorks heran. Einerseits verlangt die
Diffussionsdichtigkeit des Kunststoffstopfens ein möglichst
dichtes Material, an dererseits wird hierdurch die angestrebte Elastizität und die
damit einhergehende Randdichtigkeit verringert.
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Während
der Flaschenlagerung insbesondere von Weinen nehmen die Verschlüsse je nach
Lagerart und Lagertemperatur unterschiedliche Mengen an Wein auf.
Naturkorken verlieren dabei nach längerer Zeit an Elastizität, da die
Luft in den Korkzellen durch den Wein verdrängt wird. In Agglomeratkorken
wird durch die Produktionstechnik des Zusammenklebens einzelner
Korkpartikel unterschiedlicher Größe und der dadurch jeweils
entstehenden inneren Korkzellstruktur mehr Wein aufgenommen als
in Naturkorken. Trotz relativ glatter Oberflächenbeschaffenheit nehmen auch
Kunststoffstopfen während
der Lagerung Wein auf. Aus Naturkorken und Agglomeratkorken können holzige,
lösungsmittelartige,
aber auch muffige Aromen und Geschmackskomponenten gelöst werden,
die den Wein mehr oder minder stark im Geruch und Geschmack beeinträchtigen. Bei
Kunststoffstopfen ist eine Beeinflussung des Füllmediums durch die eingesetzten
Materialien, meist Polyethylen, Weichmacher, Vernetzungsmittel oder auch
eingesetzte Oberflächenbehandlungsmittel
und Druckfarben zur Oberflächenkennzeichnung
möglich.
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Ferner wurde durch Versuchsreihen
festgestellt, dass bei unterschiedlichen Lagerzeiten und Lagertemperaturen
von Weinen der Gehalt an schwefeliger Säure (SO2)
eine maßgebliche
Rolle spielt. Es zeigte sich, dass die Natur- oder Presskorkvarianten nur
eine geringe Abnahme oder stagnierende SO2-Werte
aufwiesen, während
die Ge halte bei den Kunststoffverschlussvarianten im gleichen Zeitraum unter
gleichen Bedingungen deutlich abfielen.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, dass
außenabdichtende
Schraubverschlüsse
die besten Abdichtwirkungen aufweisen, allerdings waren auch hier merkliche
Abnahmen der freien schwefeligen Säure gemessen worden.
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Die Weinflaschen, die mit Kunststoffstopfen verschlossen
wurden, zeigten bisher negative Oxidationsnoten, aber auch Weichmachertöne. Es wurde auch
festgestellt, dass Kunststoffstopfen die Flaschen am schlechtesten
abdichten und Füllgutverluste
aufwiesen.
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Oftmals kann erst nach vielen Monaten Lagerzeit
festgestellt werden, ob der Wein bei dem verwendeten Kunststoffstopfen
geschmacks- und geruchsinert sowie gasdicht geblieben ist bzw. bleibt.
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Die alternativ zu den Naturkorken
bestehenden Verschlüsse
bzw. Stopfen aus Kunststoff haben somit Nachteile bezüglich der
mechanischen sowie füll-
und lagertechnischen Eigenschaften.
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Weiterhin ist aus der
EP 0 719 877 A1 ein Kunststoffgefäß bzw. ein
Verfahren zur Beschichtung von Kunststoffgefäßen, also Hohlkörpern, mit
Siliziumoxiden im Chemical-Varpor-Disposition-(CVD)-Verfahren bekannt.
Dem entsprechend wirkt das CVD-Verfahren auf Grund einer chemischen
Reaktion auf die Oberfläche
des Hohlkörpers, bei
dem der im Vakuum erzeugte Dampf z.B. durch eine chemische Reaktion
von Tetraethoxysilane und Hexamaethyldisiloxane mit NOx-Gas oder
Sauerstoff erfolgt, die chemische Nebenprodukte erzeugt. Dies wiederum
führt zur
Beeinträchtigung
des Geruchs und Geschmacks des Füllgutes
im Gefäß. Dieses Verfahren
ist nicht geeignet, einen dreidimensionalen Vollkörper von
außen
umschließend
zu beschichten. Vielmehr erfolgt eine Beschichtung nur auf der äußeren Fläche oder
inneren ebenen Fläche,
d.h. einer zum Hohlkörper
geformten Fläche.
Bei dem Verfahren gemäß der Druckschrift
käme es
zu Schattenbildungen des Belags auf der Oberfläche des Vollkörpers, ähnlich dem
eines normalen Korkens.
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Zum Aufbringen einer Dichtungsschicht
auf einen Kunststoffstopfen sind verschiedene Verfahren bekannt.
So zeigt die
DE 17 26
710 U einen Kunststoffstopfen, auf den Polystyrol VI und
Polyäthylen aufgespritzt
ist. Ein derart beschichteter Kunststoffstopfen beeinträchtigt jedoch
langzeitlich den Geruch und Geschmack des Füllgutes in einer Getränkeflasche.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen
Verschluss für
Getränkeflaschen
der eingangs genannten Art zu schaffen, der die Getränkeflasche
auch über
einen längeren
Zeitraum diffusionsdicht und geschmacksneutral verschließt und gleichzeitig
die Aufnahme von Getränk
in den Verschluss und ebenso den Übergang von Weichmachern aus
dem Verschluss in das Füllmedium
verhindert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass auf
die mit dem Füllgut
in der Getränkeflasche
in Kontakt tretende Oberfläche
bzw. die innere Deckelfläche
des Verschlusses zumindest teilweise eine Dichtungsschicht unter
Vakuumbedingungen mit einem Physical-Vapor-Deposition-(PVD)-Verfahren aufgedampft
ist.
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Die PVD-Beschichtungs-Technologie
nimmt einen breiten Raum im industrietechnischen Bereich ein. Dabei
werden auf die Oberfläche
einer Vielzahl von Gegenständen
und Bauteilen unter Vakuumbedingungen verdampfte Materialien aufgebracht.
Die PVD-Beschichtungs-Technologie unterscheidet das Verdampfen unter
Hochvakuumbedingungen danach, ob es durch Elektronenbeschuss und
durch Sputtern erfolgt. Letzteres wird auch als Kathodenzerstäubung bezeichnet.
Die Bedampfung unter solchen Bedingungen erfolgt beispielsweise
bei Bildschirmen für
Fernsehgeräte,
bei der Herstellung von Mikrochips in der Halbleitertechnik, zum
Entspiegeln und Entmagnetisieren von Gegenständen usw. Weiterhin werden
zur Verbesserung des Verschleiss- und/oder
Korrosionsschutzes von Werkzeugen und Bauteilen durch PVD-Verfahren
Metalle, Karbide, Nitride, Boride sowie Oxide aus der Gasphase auf Werkzeug-
oder Bauteiloberflächen
abgeschieden. Bei der plasmagestütz ten
Vakuumbeschichtung der PVD-Verfahren können Abscheidetemperaturen
unter 500°C
eingehalten werden, so dass eine Temperaturbeständigkeit gegenüber Kunststoff
gewährleistet
werden kann.
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Mittels des Dünnschicht-PVD-Beschichtungsverfahrens
wird erfindungsgemäß eine extrem dünne Dichtungsschicht
auf die Oberfläche
des Verschlusses aufgebracht, so dass die Verschlussoberfläche besonders
gas- und flüssigkeitsdicht
ist, z.B. gegen schwefelige Säure,
Luft, Alkohole, Wasser. Dadurch wird der Verschluss vor der in der
Getränkeflasche
befindlichen Flüssigkeit,
wie Wein, Wasser, Limonade oder dergleichen, geschützt und
umgekehrt. Auch bei langzeitiger Lagerung der Getränkeflasche
kann keine Flüssigkeit
in den Verschluss eindringen. Umgekehrt kann sich kein Weichmacher, Vernetzungsmittel
usw. aus dem Verschlussmaterial lösen und in die Flüssigkeit übergehen.
Somit wird durch den Verschluss eine geruchs- und geschmacksinerte
Wirkung auf die in der Getränkeflasche
befindliche Flüssigkeit
erzielt. Besonders vorteilhaft wirkt sich der Verschluss auf mit
Kunststoffstopfen verschlossene Weinflaschen aus, da gerade der
Geschmack des Weines sensorisch und oganoleptisch anfällig für Fremdeinflüsse ist.
Ferner wird ein mit einer Dichtungsschicht versehener Kunststoffstopfen zur
Verfügung
gestellt, dessen Eigenschaften denen eines Naturkorkens gleich kommen
oder diesen gar übertreffen,
beispielsweise hinsichtlich der Abdichtwirkung bei langer Lagerzeit
und unterschiedlicher Lagertemperatur.
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Insbesondere bei einem Verschluss
zylindrischer Gestalt ist dieser zur Vereinfachung der Herstellung
vollständig
mit einer Dichtungsschicht versehen. wird hingegen ein Verschluss
mit einem sich oberhalb der Getränkeflasche
verbreiternden Rand verwendet, z.B. ein Stopfen für eine Sektflasche,
so ist zumindest der in den Flaschenhals der Getränkeflasche
versenkbare Teil des Verschlusses mit der Dichtungsschicht versehen.
Bei Kunststoff-Schraubverschlüssen
wird die mit dem Füllmedium
in Verbindung kommende Fläche,
also insbesondere die innere Deckelfläche, mit mindestens einer Dichtungsschicht
versehen.
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Weiterhin besteht die Dichtungsschicht
vorzugsweise aus einem Metall, Edelmetall oder deren Legierungen.
Z.B. durch eine Goldaufdampfung kann eine Schutzschicht erzeugt
werden, die besonders rein ist und geringe Neigung aufzeigt, mit
anderen Stoffen eine chemische Verbindung einzugehen.
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Alternativ dazu besteht die Dichtungsschicht vorzugsweise
aus Silizium, Siliziumverbindungen oder Siliziumlegierungen. Diese
Siliziumschicht dient hauptsächlich
zur Erzielung der Gasdichtigkeit zwischen Verschluss und Getränkeflaschenhals.
Silizium kann sich besonders als Aufdampfmittel eignen, da dieses
eine besondere Nähe
zu Glas hat.
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Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verschlusses
ist mindestens eine weitere Schicht auf der ersten Dichtungsschicht
aufgedampft. Sonach kann die Überzugsschicht
aus zwei oder noch mehr Schichten bestehen, die sich gegenseitig
bei ihren besonderen Abdicht- und
Schutzeigenschaften ergänzen.
So kann beispielsweise die erste Schicht aus einer Siliziumverbindung
bestehen und die eigentliche gasdichte Schicht bilden, während eine
weitere auf die erste Schicht aufgedampfte Schicht eine Schutzwirkung
gegenüber
chemischen Einflüssen
erzielt. Demgemäß besteht
die weitere Schicht aus einem Metall, Edelmetall oder deren Legierungen.
Bevorzugt wird hierbei das Edelmetall Gold.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung
des Verschlusses ist die jeweilige Schicht eine mindestens atomdicke
Schicht. Gegebenenfalls kann die jeweilige Schicht auch eine Dicke
im Mikrometer-Bereich aufweisen.