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Die
Erfindung betrifft Verschluss, insbesondere zum Verschließen von
Kunststoffflaschen, umfassend wenigstens zwei Komponenten, wobei
die erste Komponente aus Kunststoff besteht, die zweite Komponente
einen Sauerstofffänger
(„oxygen
scavenger") enthält, und
wobei die erste und zweite Komponente so miteinander verbunden sind,
dass die zweite Komponente eine freie Oberfläche aufweist. Außerdem betrifft
die Erfindung einen Verschluss, insbesondere zum Verschließen von
Kunststoffflaschen, bestehend aus wenigstens einer Komponente aus
Kunststoff. Die Erfindung betrifft ferner zwei Verfahren zur Herstellung
eines Verschlusses.
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Lebensmittel
werden in immer größerem Ausmaß in Kunststoffbehältern gelagert
und vertrieben. Dies gilt insbesondere für Getränke, beispielsweise für Fruchtsäfte und
Bier, die in Flaschen aus Polyethylenterephthalat (PET), aufbewahrt
werden.
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Die
Verschlüsse
für diese
Flaschen enthalten in der Regel ebenfalls aus Kunststoff insbesondere
aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP). Bei verderblichen Lebensmitteln
ergibt sich jedoch im Zusammenhang mit der Lagerung in Kunststoffbehältern mit
Kunststoffverschlusskappen das Problem, dass sich der beim Befüllen im
Behälter
eingeschlossene, oder der später
in den Behälter
eindringende Sauerstoff negativ auf die Haltbarkeit des Produkts auswirkt.
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Eine
Möglichkeit,
die Haltbarkeit zu steigern, besteht darin, der Flasche beim Verschließen den sich
im Flaschenhals befindlichen Sauerstoff zu entziehen bzw. die dort
vorhandene Luft durch ein chemisch wenig reaktives Gas zu ersetzen.
Diese Methode ist jedoch sehr aufwendig, und reicht unter Umständen alleine
nicht aus, um beabsichtigte Lagerzeiten zu erreichen, da die genannten
Kunststoffe, aus denen die Verschlusskappen hergestellt sind (PE, PP,
PET) in hohem Maße
durchlässig
für Sauerstoff sind.
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Andere
Materialien zur Produktion von Verschlusskappen, die wirtschaftlich
und herstellungstechnisch ähnlich
günstig,
und dabei weniger sauerstoffdurchlässig sind, sind bisher nicht
bekannt.
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Alternativ
dazu kann eine Steigerung der Haltbarkeit der Lebensmittel durch
den Abbau des in der verschlossenen Flasche eingeschlossenen Sauerstoffs
erreicht werden. Zu diesem Zweck werden Teile der Verpackung, bei
Verschlüssen
z.B. Dichtscheiben oder Liner, mit einem Sauerstofffänger (sog. „oxygen
scavenger"), d.
h. mit einem Material mit sauerstoffabfangenden bzw. sauerstoffentziehenden
Eigenschaften, ausgestattet. Beim Kontakt mit hoher Luftfeuchtigkeit
im Inneren des oberen, luftgefüllten
Bereichs des Flaschenhalses werden die Materialien, nachdem sie
vor dem Einsatz trocken gelagert wurden, aktiviert und entziehen
ihrer Umgebung Sauerstoff. Außerdem
ist ein Durchdringen des Sauerstofffängers von außen her
unwahrscheinlich.
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Das
Sauerstofffänger-Material
ist jedoch wesentlich teuerer als die zur Herstellung des Verschlusses
verwendeten Kunststoffe. Eine Herstellung einer einteiligen Verschlusskappe
aus Kunststoff mit einem ausreichend hohen Anteil an Sauerstofffänger-Material
wäre demnach
unwirtschaftlich. Bei der Herstellung einer Verschlusskappe mit
einem Einsatzteil, beispielsweise einem Liner mit Sauerstofffänger-Material,
fallen zumindest zwei weitere Verfahrensschritte bei der Herstellung,
nämlich
die separate Herstellung des Liners, und das Zusammenfügen des
Liners mit der Verschlusskappe, an. Außerdem besteht auch hier die
Gefahr, dass eine zu geringe Menge an Sauerstofffänger im
Einsatzteil oder Liner zu schnell aufgebraucht wird. Eine Erhöhung der
Konzentration an Sauerstofffänger-Material im
Einsatzteil erhöht
dagegen wiederum die Materialkosten.
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Ausgehend
davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verschluss,
insbesondere für
eine Kunststoffflasche, bereitzustellen, der die Ansammlung einer
zu hohe Sauerstoffmenge im Flascheninnern verhindert, und zudem
einfach und kostengünstig
gefertigt werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Verschluss mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder
17, und durch ein Verfahren gemäß eines
der Ansprüche 12
oder 23.
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Ein
Verschluss, insbesondere zum Verschließen von Kunststoffflaschen,
umfasst wenigstens zwei Komponenten, wobei die erste Komponente
aus Kunststoff besteht, die zweite Komponente einen Sauerstofffänger („oxygen
scavenger") enthält, und
wobei die erste und zweite Komponente so miteinander verbunden sind,
dass die zweite Komponente eine freie Oberfläche aufweist. Die von der zweiten
Komponente gebildete freie Oberfläche umfasst eine aktive Oberfläche, die
ein Profil aufweist, so dass die aktive Oberfläche gegenüber einer entsprechenden aktiven
Oberfläche
ohne Profil, also einer im wesentlichen ebenen Oberfläche, vergrößert ist.
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Die
aktive Oberfläche
wird durch die Ausbildung einer Art „Höhenprofil" vergrößert, das regelmäßig ausgebildet,
also nicht durch Materialfehler, Herstellungstoleranzen oder als
statistische Oberflächenrauhigkeit
auftritt. Vielmehr ist das Profil ausgewählt und im wesentlichen reproduzierbar.
Als Vergleichsoberfläche
wird eine entsprechende, d.h. eine Oberfläche mit gleichem Umriss und
gleicher Anordnung bezüglich
der ersten Komponente, aber mit unterschiedlichem Höhenprofil,
herangezogen. Diese (fiktive) Vergleichsfläche soll dabei im wesentlichen eben,
also ohne wesentliche Höhenunterschiede, ausgebildet
sein. Bei dem Flächenvergleich
sollten die Begriffe „Profil" und „eben" so aufgefasst werden, dass „Profil" eine Anzahl von
Höhenänderungen
in einer zur Hauptausdehnungsrichtung der Oberfläche (die eventuell auch lokal
in einem bestimmten Umgebungsbereich des betrachteten Bereichs bestimmt werden
kann) senkrechten Richtung bedeutet, der Begriff „eben" sich dagegen auf
eine im wesentlichen gleichbleibende Höhe bezüglich der (eventu ell lokal bestimmten)
Hauptausdehnungsrichtung der Oberfläche bezieht. Man könnte die
Vergleichsfläche
auch als die Projektion des Grundrisses der (realen) aktiven Oberfläche auf
eine Ebene oder als Projektion auf die Oberfläche der unter der aktiven Oberfläche liegenden
ersten Komponente darstellen.
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Die
aktive Oberfläche
wird so angeordnet sein, dass sie bei verschlossener Flasche mit
dem Inneren des Behälters
in Kontakt steht. Dadurch entsteht eine größere Reaktionsoberfläche, die
mit dem in der Flasche, insbesondere im Bereich oberhalb des Füllstands,
eingeschlossenen Sauerstoff reagieren kann. Die Aktivität und insbesondere
die Kapazität
des Sauerstoffentzugs durch den Sauerstofffänger wird auf diese Weise gesteigert.
Damit sinken gleichzeitig die Materialkosten für das relativ teure Sauerstofffänger-Material,
da durch die Profilierung der aktiven Oberfläche eine größere Wirkung erreicht wird,
ohne die Dicke der zweiten Komponente oder die Konzentration an
Sauerstofffänger
in der zweiten Komponente erhöhen
zu müssen.
Auf Grund der vergrößerten aktiven
Oberfläche
kann dem Innern der Flasche so viel Sauerstoff entzogen werden,
dass die geforderten Haltbarkeitsanforderungen erfüllt werden können. Art
und Konzentration des Sauerstofffänger-Materials sowie die Auswahl
des Profils der aktiven Oberfläche
können
so aufeinander abgestimmt werden, dass ausreichend Sauerstoff entzogen
wird.
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Als
Besonderheit können
Vertiefungen, Nischen, Aussparungen u. ä., die Teil des Profils sind, so
ausgebildet werden, dass aufgrund der Oberflächenspannung der abgefüllten Flüssigkeit
keine Flüssigkeit
in die Vertiefungen eindringen und mit der in den Vertiefungen liegenden
aktiven Oberfläche
in Kontakt treten kann. Somit kann nur der in der eingeschlossenen
Luft vorhandene Sauerstoff mit diesen in den Vertiefungen liegenden
Bereichen der aktiven Oberfläche
wechselwirken.
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Als
Sauerstofffänger
(„oxygen
scavenger") sind
eine Vielzahl von Materialien bekannt, von denen hinsichtlich Wirksamkeit,
Aufnahmekapazität, Kosten
und Fertigungseigenschaften ein geeignetes Material ausgewählt wird.
Der Sauerstoffentzug kann z. B. auf Absorption, Adsorption oder
anderen chemischen Reaktionen beruhen.
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Der
Kunststoff, aus dem die erste Komponente hergestellt ist, kann insbesondere
Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), aber auch Polyethylenterephthalat
(PET) umfassen. Die Kunststoffflaschen, für die der Verschluss vorgesehen
ist, bestehen bevorzugt aus PET-Material. Allerdings soll das Kunststoffmaterial
für die
Verschlüsse
und die Flaschen nicht auf diese Stoffe beschränkt sein.
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Die
aktive Oberfläche
weist bevorzugt Stege auf. Die Ausbildung von Stegen auf einer Fläche erhöht bekanntermaßen die
Oberfläche
gegenüber
einer im wesentlichen ebenen Oberfläche. Den Stegen sollen hier
Vorsprünge
gleichzusetzen sein, sowie Stufen, die durch die Bildung von Aussparungen,
Nischen, oder Vertiefungen entstehen. Alle Höhenveränderungen in der Oberfläche bewirken,
bei gleicher Grundfläche,
eine erhöhte
aktive Oberfläche.
Die Art sowie die Feinheit der Profilierung bestimmt die Größe der mit
dem Flascheninnern in Kontakt stehenden aktiven Oberfläche und
damit die Auffangkapazität des
Sauerstofffänger-Materials
mit.
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In
einer besonderen Ausführungsform
können
die Stege ringförmig
angeordnet sein. Zusätzlich zur
Anzahl dieser ringförmigen
Stege kann, beispielsweise über
deren Höhe,
die gewünschte
aktive Oberfläche
eingestellt werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
können die
Stege gitterartig angeordnet sein. Damit ergibt sich eine Gitterstruktur,
wie bei einem Fachwerk, mit dazwischen liegenden Vertiefungen. Die
Struktur der Anordnung der Stege sowie deren gegenseitige Ausrichtung
kann im Rahmen dieser Erfindung beliebig gewählt werden.
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Die
aktive Oberfläche
weist insbesondere eine wellen- oder rippenartige Struktur auf.
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Die
aktive Oberfläche
kann alternativ auch eine Lamellenstruktur aufweisen. Bei der Lamellenstruktur
kann durch die Auswahl der Feinheit, der Anzahl sowie des Abstands
der Lamellen zueinander, die Vergrößerung der aktiven Oberfläche in einem weiten
Bereich vorgegeben werden. Die Lamellen weisen in der Regel senkrecht
von der (gedachten) unprofilierten Oberfläche weg.
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Bevorzugt
ist die aktive Oberfläche
gegenüber
einer im wesentlichen ebenen aktiven Oberfläche um das 2-fache, vorzugsweise
um das 3-fache, vorzugsweise um das 5-fache, vorzugsweise um das 10-fache,
vergrößert.
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Bevorzugt
ist die zweite Komponente an einer Oberfläche der ersten Komponente angeordnet, die
von einer ringförmigen
Innendichtung begrenzt wird, wobei die ringförmige Innendichtung einen Teil der
ersten Komponente bildet. In dieser besonderen Ausführung besitzt
die Verschlusskappe eine ringförmige
Innendichtung, die sich beim Verschließen der Flasche an die Innenseite
des Flaschenhalses anlegt und so nach außen hin abdichtet. Die zweite
Komponente mit dem Sauerstofffänger-Material
befindet sich praktisch an der Decke des Inneren der Verschlusskappe
innerhalb dieser kreisförmigen
Innendichtung. Dort steht die größte Fläche zur
Verfügung, die
bei verschlossener Flasche mit dem Inneren der Flasche in Kontakt
steht. Erfindungsgemäß kann die aktive
Fläche
durch die Ausbildung des Profils in fast beliebigem Maß erhöht werden,
sofern die zur Verfügung
stehende „ebene" Fläche nicht
groß genug
ist, um eine ausreichende Sauerstoffabfang-Kapazität bereitzustellen.
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Die
zweite Komponente ist von der Innendichtung beabstandet an der Oberfläche der
ersten Komponente angeordnet. Ein, wenn auch geringer, Abstand zwischen
der Innendichtung und der zweiten Komponente sorgt dafür, dass
die Innendichtung von der Sauerstofffänger-Struktur nicht behindert wird, sondern
nach wie vor flexibel mit dem Deckenteil der Verschlusskappe verbunden
ist. Sie kann somit die Dichtungsfunktion ohne Beeinträchtigung
gewährleisten.
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Die
erste und die zweite Komponente werden in der Regel aneinander haften.
Es kann jedoch auch eine Art mechanischer Verbindung zwischen den
Komponenten hergestellt werden. So kann beispielsweise die zweite
Komponente einen oder mehrere mechanische Durchbrüche aufweisen,
in die mit der Oberfläche
der ersten Komponente verbundene Befestigungsmittel, beispielsweise
Nieten oder Stifte, eingreifen können.
Auf diese Weise entsteht eine Art Nietverbindung zwischen den Komponenten.
Die Nieten bzw. Stifte an der ersten Komponente können beispielsweise
durch Einspritzen von Material (i.d.R. PE) in die Durchbrüche hergestellt
werden.
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Die
zweite Komponente ist bevorzugt an die erste Komponente angeschmolzen.
Es ist jedoch auch eine rein mechanische Anbindung, etwa wie oben
beschrieben, ein Verkleben, oder ähnliches denkbar. Im Übergangsbereich
zwischen den beiden Komponenten können zusätzlich mechanische Haltemittel,
beispielsweise Nuten oder Vertiefungen, vorgesehen sein, die den
Halt der beiden Komponenten durch Erhöhung der Reibung und/oder ihrer
Kontaktflächefläche verbessern.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auch gelöst
durch Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Verschlusses,
wie er oben beschrieben wurde, bei welchem ein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren
eingesetzt wird.
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Dieses
Verfahren ist besonders vorteilhaft, da zwar zwei Spritzvorgänge stattfinden
müssen,
jedoch ein separates Zusammenfügen
und Verbinden, wie etwa bei der Verwendung eines Einsatzteils oder eines
Liners, entfällt.
Durch das Verfahren können somit
Zeit- und Kostenvorteile erzielt werden.
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Insbesondere
kann in einem ersten Schritt eine der beiden Komponenten durch Einspritzen
des Komponentenmaterials in einen Hohlraum geformt werden, und in
einem weiteren Schritt kann die andere der beiden Komponenten durch
Einspritzen des anderen Komponentenmaterials in einen zusätzlich freigegebenen
Hohlraum an die zuerst geformte Komponente angeformt werden.
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Insbesondere
werden die erste und die zweite Komponente aneinander angeschmolzen.
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Die
verwendete Spritzgussform umfasst vorzugsweise Mittel zur Ausbildung
des Profils der zweiten Komponente. Dies bedeutet, dass das Profil
bereits beim Spritzgussvorgang zur Erzeugung der zweiten Komponente
gebildet wird. Ein zusätzlicher Verfahrensschritt,
wie z.B. eine Nachbehandlung, Aufrauung oder ein gesondertes Einstempeln
des Profils der Oberfläche,
entfällt
bei dieser Ausführungsform
der Erfindung.
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Die
erste Komponente des erfindungsgemäßen Verschlusses, bestehend
aus Kunststoff, kann wenigstens teilweise eine Beschichtung aufweisen, die
ein Material umfasst, dessen Durchlässigkeit für Sauerstoff geringer ist als
die des Kunststoffs. Diese Beschichtung aus einem geeigneten, d.
h. physiologisch unbedenklichen, geschmacksneutralen und für Sauerstoff
möglichst
undurchlässigen
Material, wird dabei bei der oben beschriebenen zweikomponentigen
Verschlusskappe in erster Linie im Innenbereich der Kappe an den
Seitenwänden
der Verschlusskappe vorgesehen sein. Alleine durch diese Maßnahme kann
das Eindringen von Sauerstoff durch den Verschluss in das Flascheninnere
wirksam herabgesetzt werden. Im Prinzip stellt die Lösung eine
Kombination von Maßnahmen
dar, die beide zur Lösung
der gleichen Aufgabe beitragen, nämlich den Sauerstoffgehalt
im Flascheninnern möglichst
niedrig zu halten. Es kann sich jedoch auch herausstellen, dass
bereits eine der Maßnahmen
genügt,
um einen wirksamen Schutz vor Sauerstoff und damit vor dem Verfall
des Lebensmittels zu gewährleisten.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auch gelöst
durch einen Verschluss, insbesondere zum Verschließen von
Kunststoffflaschen, bestehend aus wenigstens einer Komponente aus
Kunststoff, wobei die Komponente aus Kunststoff wenigstens teilweise eine
Beschichtung aufweist, die ein Material umfasst, dessen Durchlässigkeit
für Sauerstoff
geringer ist als die des Kunststoffs. Damit kann bei geeigneter
Auswahl des Materials bereits mit einer im Vergleich zur Stärke der
Kappenwand sehr dünnen
Schicht die Durchlässigkeit
für Sauerstoff
wesentlich verringert werden. Geeignete Beschichtungsmaterialien
sind also durch eine geringe Sauerstoffdurchlässigkeit gekennzeichnet. Gleichzeitig
werden Kriterien wie physiologische Unbedenklichkeit, Geschmacksneutralität, Materialkosten
und fertigungstechnische Eigenschaften bei der Auswahl eine entscheidende
Rolle spielen.
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Das
Beschichtungsmaterial umfasst insbesondere Polyamid. Polyamid weist
alle oben genannten günstigen
bzw. erforderlichen Eigenschaften auf, um als Beschichtungsmaterial
zu dienen. So ist die Durchlässigkeit
für Sauerstoff,
selbst bei dünnen Schichten
von üblicherweise
10 μm, sehr
gering. Damit ergibt sich durch die Beschichtung mit Polyamid ein
wirksamer Schutz vor Eindringen von Sauerstoff in das Innere der
verschlossenen Flasche.
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Insbesondere
kann der Verschluss als Drehverschluss ausgebildet sein.
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Die
Beschichtung kann wenigstens teilweise im Innenbereich des Verschlusses
angeordnet sein. Bei der oben beschriebenen Zwei-Komponenten-Lösung mit
Sauerstofffänger-Material
wird die Beschichtung hauptsächlich
im Bereich der Seitenwand der Verschlusskappe, also im Gewindebereich,
angeordnet sein. Bei einer aus einer Komponente bestehenden Verschlusskappe
kann die Beschichtung dagegen die Innenwände der Verschlusskappe teilweise
oder vollständig
bedecken und so das Eindringen des Sauerstoffs sowohl von der Seite
als auch von oben durch das Deckenteil der Verschlusskappe verhindern.
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Der
Verschluss weist bevorzugt ein Innengewinde auf, und die Beschichtung
ist wenigstens teilweise im Bereich des Innengewindes angeordnet.
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Die
Beschichtung ist bevorzugt geeignet, um als Trockenschmierfilm zwischen
dem Gewinde einer Kunststoffflasche und dem Innengewinde des Verschlusses
zu wirken.
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Ein
geeignetes Material, wie es z. B. Polyamid ist, kann, abgesehen
von seinen sauerstoffabhaltenden Eigenschaften, auch hervorragend
als Gleitstoff eingesetzt werden. Das Material kann, in einer dünnen Schicht
aufgetragen, als Trockenschmierfilm dienen. Während bei den für die Flaschen
und die Verschlusskappen verwendeten Kunststoffmaterialien die Haftreibung
in der Regel größer als
die Gleitreibung ist, sind die Reibungszahlen für Polyamid im wesentlichen
gleich groß.
Durch die Bildung eines dünnen
Gleitfilms im Bereich des Innengewindes kann das Drehmoment, das
beim Öffnen,
insbesondere in der Anfangsphase des Drehers eines Schraubverschlusses,
notwendig ist, wesentlich verringert werden. Auf diese Weise werden
Probleme beim erstmaligen Öffnen
einer verschlossenen Flasche vermieden und der Komfort beim Betätigen des Verschlusses
erhöht.
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Die
erfindungsgemäße Aufgabe
wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines Verschlusses
aus Kunststoff, insbesondere eines Verschlusses, wie oben beschrieben,
gelöst,
bei welchem die Innenseite des Verschlusses wenigstens teilweise mit
einem Material beschichtet wird, dessen Durchlässigkeit für Sauerstoff geringer ist als
die des Kunststoffs.
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Bevorzugt
kann als Beschichtungsmaterial Polyamid verwendet werden.
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Vorzugsweise
wird die Beschichtung wenigstens teilweise im Innenbereich des Verschlusses
aufgebracht. Das Aufbringen des Materials kann dabei beispielsweise
durch einen Pinsel, einen Schwamm, ein Stempelkissen oder ein sonstiges
Auftragen erfolgen. Insgesamt entsteht eine Schicht mit geeigneter
Dicke, um die an sie gestellten Anforderungen zu erfüllen. Eine
dünnen
Schicht, etwa von 10 μm
Dicke, kann unter Umständen
bereits ausreichend sein, um das Durchdringen von Sauerstoff durch
die Verschlusskappe wirkungsvoll herabzusetzen bzw. zu verhindern.
Außerdem
muss beim Einsatz dünner Schichten
eine vorhandene Verschlusskappe konzeptionell in keiner Weise verändert werden,
da sich die Schichtdicke im Bereich der Fertigungstoleranzen bestehender
Verschlusskappen befindet. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen,
dass insbesondere im Deckenbereich und im Bereich der Dichtung,
die Schichtdicke grundsätzlich
beliebig gewählt werden
kann.
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Die
Beschichtung wird insbesondere wenigstens teilweise im Bereich eines
Innengewindes des Verschlusses aufgebracht. Bei dieser Ausführungsform
kommen die bereits beschriebenen Eigenschaften des Polyamids als
Gleitstoff zum Tragen. Insbesondere beim ersten Öffnen des Verschlusses bildet die
Schicht im Bereich des Innengewindes einen Trockengleitfilm, der
ein Festhaften des Schraubverschlusses an der Flasche verhindert.
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Vor
dem Aufbringen der Beschichtung kann die Oberfläche durch Abflammen aktiviert
werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung
bevorzugter Ausführungsbeispiele
anhand der Figuren. Es zeigen:
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1 eine
Schnittansicht einer herkömmlichen
Verschlusskappe;
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2 eine
Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Verschlusskappe;
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3a–3c eine
Draufsicht auf Ausführungen
des Profils der zweiten Komponente der Verschlusskappe;
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4 eine
Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
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5 eine
Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In 1 ist
eine herkömmliche
einteilige Verschlusskappe 1, ausgebildet als Schraubverschluss, für eine Kunststoff-Flasche
gezeigt.
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Sie
besteht im wesentlichen aus einem Seitenteil 2 und einem
Deckenteil 3. An der Innenseite des Seitenteils 2 befindet
sich ein Innengewinde 4. Im oberen Bereich des Seitenteils 2 bzw.
im Außenbereich
des Deckenteils 3 sind ringförmige Dichtungslippen 5, 6 angeordnet,
die sich beim Verschließen
der Flaschen vorzugsweise an die Außenseite bzw. an den oberen
Rand des Flaschenhalses anlegen.
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Außerdem ist
eine ringförmige
Innendichtung 7 vorgesehen, die einen Vorsprung 7a aufweist, der
sich beim Verschließen
der Flasche an die Innenseite des Flaschenhalses anlegt.
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Am
unteren freien Ende des Seitenteils 2 schließt sich
ein Garantieband 8 an, welches einen am Flaschenhals der
zu verschließenden
Flasche vorgesehenen Wulst untergreift, und eine Sicherheits- und
Garantiefunktion erfüllt.
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Nach
dem Befüllen
der Flasche, beim erstmaligen Verschließen mit der Verschlusskappe 1,
ist in der Regel Luft im Bereich oberhalb des Füllstands der befüllten Flasche
eingeschlossen. Zudem weisen die bevorzugt für die Verschlusskappe 1 verwendeten
Materialien, z.B. Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), keine
sehr guten Barriereeigenschaften gegenüber Sauerstoff auf so dass
ein Eindringen von Sauerstoff durch das Deckenteil 3 und/oder
durch das Seitenteil 2 in den oberen Bereich des Flascheninneren
auch bei verschlossener Flasche wahrscheinlich ist. Insbesondere
beim Befüllen
der Flasche mit verderblicher Lebensmitteln, beispielsweise mit
Bier, ergibt sich damit das Problem, dass der eingeschlossene oder
eindringende Sauerstoff die Haltbarkeit des Lebensmittels stark
beeinträchtigt.
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2 zeigt
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Verschlusskappe 1.
Diese weist, zusätzlich
zu den im Zusammenhang mit der herkömmlichen einteiligen Verschlusskappe 1 gemäß 1 beschriebenen
Teilen 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (die
zusammen die erste Komponente bezeichnet werden sollen), eine weitere
Komponente 9 auf. Es handelt sich bei der in 2 dargestellten
Verschlusskappe 1 um eine zweiteilige Verschlusskappe.
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Die
zusätzliche
Komponente 9 umfasst wenigstens einen Sauerstofffänger („oxygen
scavenger"), welcher
durch die feuchte Luft im oberen Bereich des Flascheninneren aktiviert
wird, und den dort befindlichen Sauerstoff abfängt, beispielsweise durch Adsorption,
Absorption oder durch andere geeignete chemische Reaktionen. Außerdem bildet
die zweite Komponente 9 eine Barriere gegen ein Eindringen
weiteren Sauerstoffs in das Flascheninnere.
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Die
Komponente 9 ist in dem Ausführungsbeispiel an der inneren
Oberfläche
des Deckenteils 3 der Verschlusskappe 1 angeordnet.
Insbesondere ist sie innerhalb eines von der ringförmigen Innendichtung 7 begrenzten
Bereichs an der Oberfläche
des Deckenteils 3 angeordnet. Wie aus 2 deutlich wird,
ist zwischen der Innenseite 7b und dem äußeren Rand 9c der
Komponente 9 ein Zwischenraum 10 vorhanden, d.h.
die Innendichtung 7 und die Komponente 9 stehen
nicht miteinander in Kontakt, um die Beweglichkeit der Innendichtung 7,
die sich beim Verschließen
der Flasche gegen die Innenseite des Flaschenhalses anpresst, nicht
zu beeinträchtigen.
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Dadurch,
dass die zweite Komponente 9 einen großen Bereich des Deckenteils 3 bedeckt,
verhindert sie auch im hohen Maße
ein Eindringen von Sauerstoff durch das Deckenteil 3, da
der Sauerstofffänger
in der Komponente 9 auch gute Barriereeigenschaften gegen
das Durchdringen von Sauerstoff besitzt.
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Wie
ebenfalls aus 2 deutlich wird, ist die freie
Oberfläche
der Komponente 9 nicht glatt bzw. eben ausgebildet, sondern
profiliert. In der Schnittansicht weist die Oberfläche Vorsprünge 9a und
Vertiefungen 9b auf. Durch die Profilierung wird die Oberfläche gegenüber einer
ebenen oder glatten Oberfläche
vergrößert, was
zu einer größeren Reaktionsfläche für den Sauerstoff
führt.
Damit wird die Absorptions-/Adsorptions-/Reaktionswahrscheinlichkeit
und -kapazität
ohne Erhöhung
(unter Umständen
sogar bei einer Absenkung) der Konzentration des relativ teuren „oxygen
scavengers" in der
Komponente 9 gesteigert. Die vergrößerte Oberfläche verleiht
der Komponente 9 also eine effektivere Wirkung.
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Die 3a bis 3c zeigen
unterschiedliche Ausführungen
der Profilierung der freien Oberfläche der Komponente 9 gemäß 2.
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In 3a ist
ein Profil mit ringförmigen
Stegen 9a und dazwischen liegenden Vertiefungen (oder Rillen) 9b gezeigt.
Die Höhe
der Stege 9a kann dabei so eingestellt werden, dass sich
eine gewünschte
aktive Oberfläche
ergibt. Vergrößerungen
der Oberfläche
sind um praktisch beliebige, teilweise große Faktoren, denkbar. So kann
die freie Oberfläche
der zweiten Komponente 9 beispielsweise gegenüber einer
ebenen, glatten Oberfläche
durch entsprechende Profilierung um das 3-, 5- oder 10-fache, aber
auch darüber
hinaus, vergrößert werden.
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3b zeigt
eine freie Oberfläche
der Komponente 9 mit einer Lamellenstruktur. Die Komponente 9 weist
aus einer Grundfläche
herausragende Lamellen 9c auf die der freien Oberfläche ein
bürstenartiges
Aussehen verleihen. Auch hier kann der Querschnitt der Lamellen,
ihr Abstand zueinander und ihre Länge entsprechend den Anforderungen
an die sauerstoffabfangenden Eigenschaften der Komponente 9 eingestellt
werden.
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Ein
weiteres Beispiel für
eine erfindungsgemäße Profilstruktur
der Komponente 9 zeigt 3c. Hier
ist eine „Fachwerkstruktur" mit einer Vielzahl
parallel und senkrecht zueinander verlaufender Stege 9d dargestellt,
die eine Anzahl von Vertiefungen 9e begrenzen. Die Vertiefungen 9e gemäß der Struktur der 3c können bevorzugt
so klein gewählt
werden, dass Flüssigkeiten
aufgrund der Oberflächenspannung
nicht in die Vertiefungen der Komponente 9 eindringen können. Da
die Vertiefungen also lediglich für Gase bzw. die eingeschlossene
Luft erreichbar sind, kann eine Schädigung der aktiven sauerstoffabfangenden
Bereiche durch die Flüssigkeit
und eine damit verbundene Deaktivierung der freien Oberfläche der
Komponente 9 weitestgehend ausgeschlossen werden. Von diesem
Vorteil soll im Rahmen der Erfindung auch durch die entsprechende Gestaltung
anderer Oberflächenstrukturen
Gebrauch gemacht werden können.
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Bevorzugt
wird die in 2 gezeigte Verschlusskappe durch
ein Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren
hergestellt. Vorteilhafterweise kann auf diese Art der Grundkörper 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 der Verschlusskappe 1 mit
der zweiten Komponente 9 beispielsweise durch Anschmelzen
der jeweiligen Oberfläche
einer Komponente an die andere, beispielsweise im Übergangsbereich
der Komponente 9 zum Deckenteil 3, verbunden werden.
Eine gute Haf tung zwischen dem Grundkörper 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und der
Komponente 9 kann durch geeignete Auswahl des Matrixmaterials
der Komponente 9, in das der Sauerstofffänger eingebracht
ist, erreicht werden. Wird beispielsweise ein „oxygen scavenger" gewählt, der
mit Polyethylen gut mischbar ist, und ist der Grundkörper 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 aus
Polyethylen hergestellt, ergeben sich besonders gute Bedingungen
für ein
Spritzgussverfahren und eine gute Verschweißbarkeit an der Grenzschicht
zwischen dem Grundkörper 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und
der zweiten Komponente 9. Die Materialauswahl soll jedoch
im Rahmen dieser Erfindung nicht auf dieses Beispiel beschränkt sein, sondern
alle dem Fachmann geläufigen
Möglichkeiten
umfassen.
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Die
Verbindung zwischen den Komponenten kann jedoch auch rein mechanisch
sein oder durch Verkleben bewerkstelligt werden. Bei einer mechanischen
Verbindung können
Stege bzw. Vertiefungen entweder im Deckenteil 3 oder in
der zweiten Komponente 9 im Übergangsbereich der beiden
Teile vorgesehen sein, um die Reibung und damit die Haftung der
Komponenten aneinander zu erhöhen.
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Die
profilierte, beispielsweise laminierte freie Oberfläche der
Komponente 9 kann bereits beim Spritzgussvorgang hergestellt
werden, also durch die Spritzgussform vorgegeben sein. Da zudem
eine Komponente an die andere angespritzt wird, genügen zwei
prinzipielle Arbeitsschritte zur Herstellung der Verschlusskappe 1.
Auf jegliche Nachbehandlung der gespritzten Oberfläche kann
verzichtet werden.
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In 4 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Verschlusskappe 1 dargestellt.
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Die
Verschlusskappe 1, die im wesentlichen aus einem Seitenteil 2,
einem Deckenteil 3, einem Innengewinde 4, einer
Außendichtung 5, 6,
einer Innendichtung 7 und einem Garantieband 8,
wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, besteht, ist
hier einstückig
ausgebildet. Die Erfindung soll jedoch auch auf zusammengesetzte
mehrstückige
Verschlusskappen anwendbar sein.
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Die
Verschlusskappe 1 ist aus einem geeigneten Kunststoff,
beispielsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), hergestellt.
Diese Kunststoffe weisen, wie bereits erläutert, keine sehr guten Barriereeigenschaften
gegenüber
Sauerstoff auf, so dass Sauerstoff durch das Deckenteil 3 und/oder durch
das Seitenteil 2 in das Flascheninnere eindringt und die
Haltbarkeit des Lebensmittels beeinträchtigt.
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Zum
Schutz gegen das Eindringen von Sauerstoff von außen wurde
daher ein Teil der Innenseite der Verschlusskappe 1 mit
Polyamid beschichtet. Die Polyamidschicht 11a, 11b befindet
sich insbesondere am Seitenteil 2 und am Deckenteil 3,
wobei die Innendichtung 7 in diesem Beispiel nicht beschichtet wurde.
Allerdings sei bemerkt, dass auch eine Beschichtung der Innendichtung 7 durchaus
möglich wäre, ohne
die Funktion der Verschlusskappe, insbesondere hinsichtlich Ihrer
Dichtungseigenschaften, merklich zu beeinträchtigen, da die Polyamidbeschichtung,
die als Sauerstoffbarriere dient, mit einer Schichtdicke von lediglich
ca. 10 μm
aufgebracht werden kann, die geringer ist als die Fertigungstoleranzen
bei der Herstellung der Verschlusskappe 1.
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Polyamid
eignet sich aus mehreren Gründen besonders
gut für
den erfindungsgemäßen Zweck. Zum
einen ist Polyamid physiologisch unbedenklich, geschmacksneutral
und wirkt zudem noch antibakteriell. Zum anderen sind die Barriereeigenschaften
für Sauerstoff
auch bei einer dünnen
Polyamidschicht günstig.
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Die
Polyamidschicht 11a, 11b lässt sich einfach aufbringen,
beispielsweise durch Aufragen des in einem Lösungsmittel gelösten Polyamids
an der Innenseite der Verschlusskappe 1. Beim Auftragen
auf diese Weise kann genau bestimmt werden, welche Bereich der Innenseite
der Verschlusskappe 1 beschichtet werden sollen.
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In 5 wurde
beispielsweise lediglich das Seitenteil 2 im Bereich des
Innengewindes 4 mit einer Polyamidschicht 11a beschichtet.
Die Polyamidschicht 11a verhindert somit ein Eindringen
von Sauerstoff durch den Beschichtungsbereich 11a am Seitenteil 2.
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Wird,
wie in 2 gezeigt, das Deckenteil 3 mit einem
Sauerstofffänger
in Form einer zweiten Komponente 9 ausgestattet, so ist
eine zusätzliche Beschichtung
des Deckenteils mit Polyamid nicht notwendig. Die Bildung einer
Barriere 11a am Seitenteil 2 kann allerdings in
Kombination mit dem Sauerstofffänger
dazu beitragen, den Sauerstoffgehalt im Inneren der Flasche besonders
wirkungsvoll auf ausreichend niedrigem Niveau zu halten.
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Je
nach den Anforderungen, beispielsweise an die Haltbarkeit oder aber
durch das Lebensmittel selbst bedingt, können in der vorliegenden Erfindung die
Maßnahmen,
wie in 2, 3, 4 oder 5 gezeigt,
für sich
ausreichen, um Bedingungen herzustellen, in denen das in die Flasche
gefüllte
Lebensmittel haltbar bleibt, da jede der Maßnahmen für sich geeignet ist, den Einfluss
von Sauerstoff auf das aufbewahrte Lebensmittel zu verringern. Die
Erfindung soll also jede der beschriebenen Haltbarkeitsmaßnahmen
für sich
sowie alle Kombination der gezeigten Maßnahmen umfassen.
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Die
Beschichtung im Bereich des Innengewindes 4 der Verschlusskappe 1 ist
zudem noch in einer weiteren Hinsicht vorteilhaft. Bei herkömmlichen Kunststoffflaschen
in Verbindung mit den dazugehörigen
Kunststoff-Verschlusskappen besteht häufig das Problem, dass beim
erstmaligen Öffnen
der Flasche ein großes
Drehmoment aufgewendet werden muss, um überhaupt ein Öffnen der
Flasche zu ermöglichen.
Dies ist nicht nur benutzerunfreundlich, sondern kann im Extremfall
dazu führen,
dass ein Benutzer die Flasche überhaupt
nicht öffnen
kann. Dies ist in erster Linie auf ungünstige Reibungskoeffizienten
der verwendeten Kunststoffmaterialien zurückzuführen (die Haftreibung zwischen
diesen Materialien ist in der Regel größer als die Gleitreibung).
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Polyamid
dagegen eignet sich hervorragend als Gleitstoff. So kann durch eine
Polyamid-Beschichtung 11a im
Gewindebereich 4 ein Trockengleitfilm gebildet werden,
der eine bessere Handhabung des Verschlusses erlaubt, insbesondere
das erforderliche Drehmoment bzw. die erforderliche Kraft beim erstmaligen Öffnen der
Flasche deutlich herabgesetzt. Da die Materialeigenschaften von
Polyamid also auch in dieser Hinsicht vorteilhaft sind, kann auch
eine Beschichtung lediglich des Gewindebereichs in manchen Fällen durchaus
sinnvoll sein.
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Die
Beschichtung 11a, 11b mit Polyamid kann beispielsweise
durch Auftragen einer Polyamidlösung
erfolgen. Dadurch entsteht, sobald das Lösungsmittel verdunstet ist,
eine sehr dünne
Polyamidschicht, etwa mit einer Schichtdicke von ca. 10 μm. das Verdunsten
des Lösungsmittels
kann durch Erhitzen, beispielsweise mit Temperaturen zwischen 80
und 120 °C,
beschleunigt werden. Zusätzlich
kann die Haftung der Schicht an der Verschlusskappe 1 verbessert
werden, indem bei der Herstellung der Verschlusskappe 1 vor
der Beschichtung die Oberfläche,
auf die das Polyamid aufgetragen werden soll, durch Abflammen aktiviert
wird.
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Mit
der vorliegenden Erfindung gelingt es, den Sauerstoffgehalt im Innenbereich
einer verschlossenen Flasche so zu reduzieren bzw. so zu kontrollieren,
dass die Haltbarkeit eines verderblichen Lebensmittels deutlich
gesteigert werden kann.