DE102005027733B3

DE102005027733B3 - Dichtungseinlage für eine Verschlusskappe eines Flüssigkeitsbehälters

Info

Publication number: DE102005027733B3
Application number: DE102005027733A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dr. Kropp
Original assignee: POLYMER TEC HALBZEUGE GmbH; POLYMER-TEC HALBZEUGE GmbH
Current assignee: POLYMER-TEC GMBH, 55566 BAD SOBERNHEIM, DE
Priority date: 2005-06-16
Filing date: 2005-06-16
Publication date: 2007-01-04
Anticipated expiration: 2025-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinlage für eine Verschlusskappe eines Flüssigkeitsbehälters, die aus einer Folienbahn auf Basis eines geschäumten thermoplastischen Kunststoffes ausgestanzt ist, wobei sie aus einer Folienbahn aus geschäumtem Kunststoff auf Basis eines unvernetzten Polyolefins mit überwiegend geschlossenen Zellen und einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 0,1 bis 2,0 mm sowie einer Dichte von 15 bis 150 kg/m³ gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinlage für eine Verschlusskappe eines Flüssigkeitsbehälters, die aus einer Folienbahn auf Basis eines mittels Treibmittelzusatz geschäumten thermoplastischen Kunststoffes ausgestanzt ist. Sie betrifft ferner eine Verschlusskape mit einer derartigen Dichtungsanlage sowie die Verwendung des Dichtungsanlage.

Verschlusskappen für Flüssigkeitsbehälter, die mittels einer Dichtungseinlage abgedichtet werden, sind beispielsweise aus der US 5,513,763 A und der DE 25 27 691 A1 bekannt. Hierbei dient die aus einer Folienbahn auf Basis eines geschäumten thermoplastischen Kunststoffes ausgestanzte Dichtungseinlage zur Abdichtung des Behälterrandes, auf welchen die Verschlusskappe aufgebracht wird, um einem Austritt der Flüssigkeit über die Verschlusskappe vorzubeugen.

Beispielsweise bei Flüssigkeitsbehältern für die Bereitstellung von Trinkwasser ist es üblich, diese Flüssigkeitsbehälter in eine Entnahmestation auf dem Kopf stehend, d.h. mit der Verschlusskappe nach unten weisend einzustellen, so dass die Anforderungen an die Dichtwirkung der in der Verschlusskappe vorgesehenen Dichtungseinlage entsprechend hoch sind. Es wurden daher im Stand der Technik bislang Dichtungseinlagen aus einer Folienbahn auf Basis eines geschäumten thermoplastischen Kunststoffes verwendet, die aus einem vernetzten Polyolefin, vorzugsweise einem vernetzten Polyethylen gebildet worden ist, da mit einem derartigen vernetzten Polyethylenschaum die gewünschte Dichtwirkung erzielt wird, wozu beispielhaft auf die US 3,202,307 verwiesen wird.

Nachteilig bei der Verwendung derartiger vernetzter Polyethylenschäume ist es aber, dass diese Spuren von Semicarbazid enthalten können, das aus dem als chemisches Treibmittel bei der Schaumherstellung eingesetzten Azodicarbonamid gebildet wird und als cancerogen eingestuft wird. Die Verwendung derartiger Semicarbazid enthaltender Schäume wird von daher als Dichtungseinlage für Trinkwasser enthaltende Flüssigkeitsbehälter in Kürze verboten werden. Darüber hinaus stellt sich bei der Verwendung von aus vernetztem geschäumten thermoplastischen Kunststoff hergestellten Dichtungseinlagen das Problem, dass z.B. bei Verwendung in einer üblichen aus einem Polyolefin hergestellten Verschlusskappe die Dichtungseinlage aufwändig getrennt entsorgt werden muss und auch Stanzabfälle bei der Herstellung der Dichtungseinlage aufgrund der Vernetzung nicht recycelt werden können. Dies führt zu einer übermäßigen Kostensteigerung im Stand der Technik.

Aus der US 5,000,992 ist der Einsatz koextrudierter Mehrschicht-Dichtungseinlagen auf Basis von Polyolefinen bekannt, jedoch werden die dabei zum Einsatz kommenden Schäume mit chemischen Treibmitteln, wie Azodicarbonamid geschäumt, so dass die erwähnten Probleme mit deren Zersetzungsprodukten bestehen und überdies weisen die eingesetzten Schäume derart hohe Dichten von über 390 kg/m³ auf, dass ihre Herstellung unwirtschaftlich erscheint und überdies Probleme bei der dauerhaft funktionssicheren Abdichtung beispielsweise von Wasserflaschen erwarten lassen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtungseinlage der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die bei deutlich niedrigeren Herstellungs- und Recyclingkosten auch in Kontakt mit Trinkwasser unbedenklich ist und darüber hinaus in ihrer Dichtwirkung den bekannten aus vernetzten thermoplastischen Kunststoffschäumen hergestellten Dichtungseinlagen nicht nachsteht. Die Aufgabe umfasst weiter eine Verschlusskappe mit einer derartigen Dichtungseinlage sowie die Verwendung dieser Dichtungseinlage vorzuschlagen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß zum einen die Ausbildung einer Dichtungseinlage für eine Verschlusskappe eines Flüssigkeitsbehälters gemäß den Merkmalen des Schutzanspruches 1, zum anderen eine Verschlusskappe gemäß Nebenanspruch 13 bzw. eine Verwendung gemäß Nebenanspruch 14 vorgeschlagen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, die Dichtungseinlage aus einer Folienbahn aus geschäumtem Kunststoff auf Basis eines unvernetzten Polyolefins und CO₂ oder eines Kohlenwasserstoffes als Treibmittel zu bilden, wobei die Folienbahn mit überwiegend geschlossenen Zellen und einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 0,1 bis 2,0 mm und einer Dichte von 15 bis 150 kg/m³ ausgebildet ist.

Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass ein derartiger unvernetzter Polyolefinschaum des angegebenen Zelldurchmessers und der angegebenen Dichte sich mit hohen Rückstellkräften elastisch verformen lässt, so dass er bei Anwendung als Dichtungseinlage innerhalb einer an sich bekannten Verschlusskappe eines Flüssigkeitsbehälters nicht nur eine den bisherigen Dichtungseinlagen ebenbürtige, sondern diese sogar deutlich übertreffende Funktionssicherheit hinsichtlich seiner Abdichtungswirkung aufweist.

Da darüber hinaus durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen unvernetzten Polyolefinschaum auf jegliche Verwendung von Azodicarbonamid als chemisches Treibmittel bei der Herstellung des Schaumes verzichtet werden kann, da der hergestellte Schaum nicht vernetzt wird, enthält er auch keine cancerogenen Stoffe wie Semicarbazid.

Schließlich ist die erfindungsgemäß vorgeschlagene Dichtungseinlage ebenso wie die Verschlusskappe aus einem sortenreinen und bevorzugt aus dem gleichen Polyolefin hergestellt, so dass beide gemeinsam ohne notwendige stoffliche Trennung entsorgt und recycelt werden können. Auch können Stanzreste beim Herstellen der Dichtungseinlage aus einer Folienbahn unmittelbar erneut in die Herstellung der geschäumten Folienbahn zurückgeführt werden, so dass eine vollständige Recycelbarkeit gegeben ist.

Die erfindungsgemäße Dichtungseinlage erreicht damit erheblich günstigere Kosten, niedrigeren Anlagenaufwand sowie absolute Unbedenklichkeit im Zusammenhang mit der Verwendung in einer Verschlusskappe für Lebensmittel oder Trinkwasser, insbesondere in einer Verschlusskappe für nicht mit CO₂ versetztes Wasser oder Trinkwasser.

Bevorzugt wird als unvernetztes Polyolefin für die Folienbahn ein Polyethylen, ein Polypropylen-Mono- oder -Copolymer, Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylen/Butylacrylat (EBA) oder Ethylen/Ethylacrylat (EEA) jeweils einzeln oder in Abmischungen derselben verwendet.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage wird als unvernetztes Polyolefin für die Folienbahn ein Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) verwendet.

Darüber hinaus kann die Folienbahn bezogen auf 100 Gew.-% LDPE einen Gehalt von 0 bis 20 Gew.-% an linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) aufweisen.

Sofern die Folienbahn zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage eine höhere Weichelastizität aufweisen soll, kann darüber hinaus bezogen auf 100 Gew.-% LDPE 0 bis 20 Gew.-% von EVA, EBA und/oder EEA hinzugefügt werden.

Die Folienbahn zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage wird nach den bekannten Verfahren z.B. auf einem Mono- oder Tandemextruder extrudiert und mit Treibmittel versetzt und nachfolgend durch eine Rund- oder Schlitzdüse extrudiert, wobei die beiden Oberflächen nach dem Austritt aus der Düse intensiv gekühlt werden, so dass sich eine geschlossene flüssigkeitsdichte Haut auf der Ober- und Unterseite der Folienbahn bildet. Hierbei werden die Extrusionsparameter so eingestellt, dass sich eine überwiegend geschlossenzellige Schaumstruktur mit einer durchschnittlichen Zellgröße von 0,1 bis 2,0 mm und einer Solldichte von 15 bis 150 kg/m³, vorzugsweise 25 bis 150 kg/m³ und weiter bevorzugt 55 bis 70 kg/m³ ausbildet.

Anstelle oder zusätzlich zu der Hautausbildung auf den Oberflächen der Folienbahn aus geschäumtem Kunststoff auf Basis eines unvernetzten Polyolefins kann die Folienbahn aus geschäumtem Kunststoff auch ein- oder beidseitig mit Deckschichten beschichtet werden.

In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung wird als Deckschicht hierbei eine kompakte Polyolefinfolie, vorzugsweise sortenrein zu der Folienbahn aus geschäumtem Kunststoff, in einer Dicke von 15 bis 200 μm eingesetzt.

Alternativ ist es auch möglich, als Deckschicht vorzugsweise sortenreine Kunststoffschaumschichten auf Basis eines unvernetzten Polyolefins einzusetzen, die zum Zwecke der leichteren Recycelbarkeit aus dem gleichen Polyolefin wie die Folienbahn selbst hergestellt sein sollten. Hierbei ist es weiter bevorzugt, dass die sodann als innere Schicht vorliegende Folienbahn aus geschäumtem Kunststoff auf Basis eines unvernetzten Polyolefins eine Dichte von 15 bis 80 kg/m³ und eine Dicke von 1,0 bis 2,5 mm aufweist und sodann ein- oder beidseitig mit geschäumten Deckschichten mit einer Dichte von jeweils 80 bis 700 kg/m³ und einer Dicke von 0,1 bis 1,5 mm versehen ist.

Die Gesamtdicke der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage richtet sich nach der Art der vorgesehenen Verwendung der Verschlusskappe und beträgt im allgemeinen etwa 1,5 bis 6 mm.

In an sich bekannter Weise können zur Herstellung der Folienbahn für die erfindungsgemäße Dichtungseinlage dem als Basis dienenden unvernetzten Polyolefin Zellbildner und/oder Stabilisatoren zugesetzt werden.

Als Treibmittel eignet sich CO₂ oder ein Kohlenwasserstoff, wie Butan, wobei letzterer bevorzugt ist und in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Polyolefins verwendet wird.

Es versteht sich, dass die Folienbahn zur Herstellung der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage nach ihrer Herstellung zunächst für einen gewissen Zeitraum von beispielsweise 1 bis 2 Wochen gelagert wird, damit das Treibmittel ausgasen kann, bevor aus dieser mit vorzugsweise kalten Werkzeugen die erfindungsgemäßen Dichtungseinlagen ausgestanzt werden.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 einen schematischen Schnitt durch eine Verschlusskappe mit Dichtungseinlage
2a–2c in vergrößerter Darstellung Folienbahnen zur Herstellung der Dichtungseinlage gemäß 1
In der 1 ist schematisch eine Verschlusskappe 1 eines Flüssigkeitsbehälters im Querschnitt dargestellt, wobei jedoch zur besseren Übersichtlichkeit auf eine detaillierte Darstellung der einzelnen für die Funktion erforderlichen Elemente der Verschlusskappe 1 verzichtet worden ist. Ein Beispiel einer einsetzbaren Verschlusskappe kann beispielsweise in der US 5,513,763 A gefunden werden.
In ihren wesentlichen Teilen besteht die Verschlusskappe 1 aus einem Deckteil 10, an dessen äußeren Randbereich sich ein rechtwinklig vorstehender Umlaufrand 11 anschließt, der gemeinsam mit dem Deckteil 10 einen etwa topfförmigen Aufnahmeraum 12 innerhalb der Verschlusskappe 1 begrenzt. Die Innenseite 110 des Umlaufrandes 11 kann hierzu mit Rastmitteln oder Gewinderillen für die Verbindung mit der hier nicht dargestellten Öffnung eines Flüssigkeitsbehälters ausgerüstet sein.
Zur Sicherstellung einer ausreichenden Dichtwirkung der Verschlusskappe 1 ist in den Aufnahmeraum 12 anliegend an die Oberfläche 100 des Deckteiles 10 eine Dichtungseinlage 2 eingelegt, welche aus einer Folienbahn auf Basis eines unvernetzten geschäumten thermoplastischen Kunststoffes gebildet und aus dieser Folienbahn ausgestanzt ist. Beispiele derartiger Folienbahnen sind in vergrößerter Darstellung aus den 2a bis 2c ersichtlich.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Folienbahn 20 z.B. aus einem Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) gebildet, die eine überwiegend geschlossenzellige Zellstruktur mit einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 0,1 bis 1,5 mm und einer Solldichte von etwa 65 kg/m³ bei einer Dicke von 3 mm aufweist. Diese Folienbahn 20 auf Basis des unvernetzten LDPEs ist nach bekannten Extrusionsverfahren hergestellt, wobei durch intensive Kühlung der Ober- und Unterseite nach dem Austritt aus der Extrusionsdüse jeweils eine geschlossene Haut auf der Ober- und Unterseite der Folienbahn 20 ausgebildet ist.
Alternativ ist es gemäß Darstellung in der 2b möglich, auf die Oberseite und/oder die Unterseite der solchermaßen hergestellten Folienbahn 20 eine kompakte Polyolefinfolie zur Ausbildung einer oberseitigen und unterseitigen Deckschicht 21, 22 aufzubringen, beispielsweise zu koextrudieren oder auch nach der Herstellung der geschäumten Folienbahn 20 zu laminieren. Eine derartige kompakte Polyolefinfolie kann beispielsweise eine Dicke von 15 bis 200 μm aufweisen und ist zum Zwecke des sortenreinen Recyclings vorzugsweise aus dem gleichen Polyolefin wie die geschäumte Folienbahn 20 hergestellt, d.h. im vorliegenden Beispiel ebenfalls aus einem Polyethylen.
In einer dritten möglichen Ausführungsform gemäß 2c ist auf die Ober- und Unterseite der geschäumten Folienbahn 20, die hier beispielsweise aus einem LDPE-Leichtschaum mit einer Dicke von 2 mm und einer Dichte von 15 bis 80 kg/m³ gebildet ist, ober- und unterseitig zur Ausbildung von Deckschichten 21, 22 ein LDPE-Schwerschaum einer Dicke von 0,1 bis 1,5 mm und einer Dichte von 80 bis 700 kg/m³ aufgebracht, beispielsweise auflaminiert oder auch koextrudiert.
Allen vorgenannten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Dichtungseinlage 2 ist zu eigen, dass die verwendeten Folienbahnen auf Basis geschäumter thermoplastischer Kunststoffe jeweils unvernetzte Polyolefine verwenden, so dass auf den Einsatz von chemischen Treibmitteln, wie Azodicarbonamid verzichtet werden kann, sich demgemäß kein Semicarbazid bilden kann und von daher die möglichen cancerogenen Wirkungen der bisher verwendeten vernetzten Polyolefinschäume vermieden werden.
Gleichzeitig zeigen die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Dichtungseinlagen eine gegenüber den bisher verwendeten aus vernetzten Polyolefinschäumen hergestellten Dichtungseinlagen vergleichbare Dichtwirkung.
Aufgrund der fehlenden Vernetzung lassen sie sich sortenrein recyceln und auch Stanzabfälle bei der Herstellung der Dichtungseinlagen können unmittelbar im Zuge der Herstellung der geschäumten Folienbahnen wiederverwendet werden. Somit ermöglicht die erfindungsgemäße Dichtungseinlage eine bedeutend kostengünstigere Herstellung bei stark verringertem Anlagenaufwand.

Claims

Dichtungseinlage (2) für eine Verschlusskappe (1) eines Flüssigkeitsbehälters, die aus einer Folienbahn (20) auf Basis eines mittels Treibmittelzusatz geschäumten thermoplastischen Kunststoffes ausgestanzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer Folienbahn aus geschäumtem Kunststoff auf Basis eines unvernetzten Polyolefins und CO₂ oder eines Kohlenwasserstoffes als Treibmittel gebildet ist und die Folienbahn mit überwiegend geschlossenen Zellen und einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 0,1 bis 2,0 mm sowie einer Dichte von 15 bis 150 kg/m³ ausgebildet ist.
Dichtungseinlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als unvernetztes Polyolefin für die Folienbahn (20) ein Polyethylen, Polypropylen-Mono- oder -Copolymer, Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylen/Butylacrylat (EBA) oder Ethylen/Ethylacrylat (EEA) einzeln oder in Abmischung derselben verwendet ist.
Dichtungseinlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als unvernetztes Polyolefin für die Folienbahn (20) ein Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) verwendet ist.
Dichtungseinlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (20) bezogen auf 100 Gew.-% LDPE einen Gehalt von 0 bis 20 Gew.-% an linearem Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) aufweist.
Dichtungseinlage nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (20) bezogen auf 100 Gew.-% LDPE 0 bis 20 Gew.-% EVA, EBA und/oder EEA aufweist.
Dichtungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (20) aus geschäumtem Kunststoff auf Basis eines unvernetzten Polyolefins ein- oder beidseitig mit Deckschichten (21, 22) beschichtet ist.
Dichtungseinlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Deckschicht (21, 22) eine kompakte Polyolefinfolie einer Dicke von 15 bis 200 μm eingesetzt ist.
Dichtungseinlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folienbahn (20) aus geschäumtem Kunststoff auf Basis eines unvernetzten Polyolefins eine Dichte von 15 bis 80 kg/m³ und eine Dicke von 1,0 bis 5,0 mm aufweist und ein- oder beidseitig mit einer Deckschicht (21, 22) auf Basis einer Kunststoffschaumschicht auf Basis eines unvernetzten Polyolefins mit einer Dichte von 80 bis 700 kg/m³ und einer Dicke von 0,1 bis 1,5 mm vorgesehen ist.
Dichtungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dicke von 1,5 bis 6 mm aufweist.
Dichtungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer unter Zusatz von Zellbildnern und/oder Stabilisatoren gebildeten geschäumten Folienbahn (20) auf Basis eines unvernetzten Polyolefins gebildet ist.
Dichtungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Treibmittel Butan in einer Menge von bis zu 10 Gew.-% bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Polyolefins verwendet ist.
Dichtungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie ober- und unterseitig mit einer geschlossenen flüssigkeitsdichten Haut ausgebildet ist.
Verschlusskappe für Flüssigkeitsbehälter mit einer Dichtungseinlage (2) gemäß den vorhergehenden Ansprüchen.
Verwendung einer Dichtungseinlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12 in einer Verschlusskappe eines Behälters für nicht mit CO₂ versetztem Wasser oder Trinkwasser.