DE10241022B4

DE10241022B4 - Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter

Info

Publication number: DE10241022B4
Application number: DE2002141022
Authority: DE
Inventors: Josef Mueller
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2022-09-06
Also published as: DE10241022A1

Abstract

Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter mit einem sich axial erstreckenden Kern (1) aus Schaumstoff, der im wesentlichen vollständig von einer äußeren Umhüllung (5) aus elastischem Kunststoffmaterial umgeben ist, wobei die äußere Umhüllung (5) die beiden Stirnseiten (2, 3) des inneren Kerns (1) nicht bedeckt,
dadurch gekennzeichnet, daß
– die stirnseitigen Enden (2, 3) des inneren Kerns (1) einen größeren Durchmesser D1, D2 als der Durchmesser D3 des dazwischen liegenden Bereiches (4) aufweisen und aus einem gasdiffusionsdichten, gering rückstellfähigen und mechanisch festen Kunststoff bestehen und
– die Dicke h der äußeren Umhüllung (5) mindestens der Differenz D1 – D2 entspricht und die äußere Umhüllung (5) aus einem reversiblen rückstellfähigen Polymer besteht.

Description

Die Erfindung betrifft Kunststoffverschlüsse für Flüssigkeiten gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie deren Verwendung gemäß Anspruch 17.
Verschlüsse in Form von Stopfen für Flaschen und sonstigen Behältnissen sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. So werden zum Verschließen von Weinflaschen schon seit Jahrhunderten Korkstopfen verwendet.
Bedingt durch ihre guten Eigenschaften wie elastisches Rückstellvermögen, Geschmacksneutralität, geringe Sauerstoffdiffusion etc., konnten sich Alternativ-Produkte nur schwer durchsetzen.
In jüngerer Zeit ist jedoch festzustellen, dass Kork durchgehend mit einer schlechteren Qualität geliefert wird. Insbesondere wird bei Weinen der immer häufiger auftretende Korkgeschmack bemängelt. Dieser drastische Qualitätsverlust tritt bei allen Korkqualitäten auf und ist vermutlich auf eine unnatürliche Bewirtschaftung der Korkwälder zurückzuführen. Unter dem Druck die Korkerträge zu steigern wurden die Korkeichen übermässig gedüngt und bewässert, um deren Wachstum zu steigern. Dieses unkontrollierte Vorgehen führte zu einer Schwächung der Bäume und damit einhergehend zu einem hohen Befall mit Schadpilzen.
Ausgehend von dieser Situtation wird nunmehr versucht, einerseits durch geeignete Korkbehandlungsmethoden und andererseits durch eine intensivere Suche nach Alternativen für den natürlichen Kork diese Problematik in den Griff zu bekommen.
Als Substitutionsprodukte zum Naturkork werden seit Jahren metallische Drehverschlüsse, Kronkorken und insbesondere bei Sektflaschen Kunststoffstopfen verwendet.
Auch bei Weinflaschen hat es nicht an Versuchen gefehlt, geeignete Kunststoff-Korken herzustellen.
Da jedoch an Weinkorken ungleich höhere Anforderungen gestellt werden, konnten sich diese bis zum jetzigen Zeitpunkt aufgrund ihrer mechanisch/physikalischen und ästhetischen Eigenschaften nur zögerlich am Markt durchsetzen. Auch Langzeiterfahrungen liegen nur in beschränkter Form vor. Zwar erfüllen viele der bekannten Kunststoff-Korken die üblicherweise geforderten Ansprüche wie

– Verwendung lebensmittelverträglicher und geschmacksneutraler Materialien, ästhetisches Aussehen (korkähnlich)
– mechanische Eigenschaften (Kunststoff-Korken mit üblichen Verkorkungsmaschinen in Flaschen eintreibbar, ausreichende dauerhafte Anpressung an die Flascheninnenwand, Korken müssen sich mit üblichen Korkenziehern aus der Flasche entfernen lassen und dürfen dabei keine Axial- bzw. Drehbewegungen zulassen, etc.).
– physikalische Eigenschaften (ausreichende Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff)
– gute Recyclingfähigkeit

Aus der US 6 221 451 B1 ist ein Kunststoffverschluss aus einem geschäumten Innenkern mit äußerer elastischen rückstellfähigen Umschäumung bekannt. Derartige Verschlüsse werden mittels Extrusion hergestellt, sodass die Stirnflächen keinen optimalen Schutz gegen Sauerstoffdiffusion bieten, da deren Oberflächenstrukturen nicht ohne weiteres gasdicht ausgebildet werden können.
Auch das Vorsehen zusätzlicher separater Barriereschichten (Diffusionssperren) ist bekannt; die Integration derartiger Sperren ist jedoch mit erheblichen Problemen verbunden (ausreichende Haftfestigkeiten, zusätzliche Arbeitsschritte, etc.).
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kunststoffverschluss zur Verfügung zu stellen, der eine Sauerstoffdiffusion weitgehend verhindert und ein gutes langzeitstabiles Anpressverhalten zur Flascheninnenwand aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind den entsprechenden Unteransprüchen zu entnehmen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Zeichnungen zu entnehmen.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kunststoffverschlusses
2 einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kunststoffverschlusses
3 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kunststoffverschlusses
4 einen Querschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kunststoffverschlusses
Der in 1 gezeigte Kunststoffverschluss besteht aus einem inneren Kern 1 aus geschlossenporigem Integralschaum 6, dessen stirnseitige Enden 2, 3 Durchmesser D1 bzw. D2 aufweisen und der Durchmesser D3 des dazwischen liegenden Bereiches 4 kleiner ist. Die Dicke der äußeren Umhüllung 5 entspricht vorzugsweise der Differenz der Durchmesser D1/D2 und D3.
Das Material des inneren Kerns 1 weist kein allzu ausgeprägtes Rückstellvermögen auf, da es primär zur mechanischen Stabilität beitragen soll, z. B. muss das Herausziehen des Kunststoffverschlusses mit üblichen Korkenziehern problemlos möglich sein, und als Gasbarriere – weitgehende Vermeidung von Sauerstoffdiffusion – des Kerns 1 dient.
Hierfür geeignete Kunststoffe sind Homopolymere auf Olefinbasis, wie Polyethylen PE, Polypropylen PP oder Polymerblends mit Hauptkomponenten aus Homopolymeren auf Olefinbasis mit thermoplastischen Elastomeren auf Olefinbasis (TPE-O) mit geeigneten Schäumungszusätzen. Auch bekannte Funktional-Additive zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften (z. B. ionisch vernetzte Ethylen/Methacrylsäure-Copolymere), Einfärbung (Farbpigmente) etc. können vorgesehen werden.
Die Schäumungsgrade und Anteilsverhältnisse der jeweiligen Komponenten können je nach geforderten Eigenschaften (Rückstell-, Diffusionsverhalten) in einfachen Optimierungsversuchen ermittelt werden.
Beispiel für ein geeignetes Polymerblend:

60 Gew.-% TPE
4 Gew.-% Schäumungsmittel (z. B. NaHCO3 + Zitronensäure, Azodicarbonamid, etc.)
35 Gew.-% Polypropylen niedriger Dichte
1 Gew.-% sonstige Zusätze (CaCO3, Farbpigmente, Verarbeitungshilfsmittel).

Das Material für die äußere Umhüllung weist eine gute Rückstellfähigkeit auf, um eine ausreichende Flächenpressung (reibungsschlüssige Verbindung mit Behälter-Innenfläche) sicherzustellen. Diese dient einerseits einem flüssigkeitsdichten Verschluss und soll andererseits weder Dreh- noch Axialbewegungen des Verschlusses beim Öffnen des Behälters (mit Korkenzieher) erlauben. Die Anforderungen an die Diffusionsdichtigkeit sind geringerer Art.
Geeignete Materialien hierfür sind geschäumte reine thermoplastische Elastomere wie oben beschrieben. Als günstig haben sich auch Ethylen-Vinylacetat-Polymere erwiesen, da diese je nach Vinylacetat-Anteile eine gewisse ”Klebrigkeit” aufweisen und damit eine gute reibschlüssige Verbindung ermöglichen.
Es hat sich herausgestellt, dass das den Weinen üblicherweise zugesetzte SO2 (bis zu 50 ppm zulässig) bei einigen Kunststoffmaterialien schneller abgebaut wird als bei Naturkorken. Um diesem schnelleren Abbau entgegenzuwirken, können die Poren der Schäume ggf. mit inerten Gasen (CO2N2) und insbesondere mit SO2 gefüllt sein. Geeignete Techniken hierfür sind z. B. aus der US 41 88 457 A zu entnehmen (Schäumungsmittel auf Basis von Natrium-Metasulfit + Natriumhydrogenkarbonat).
Zur langfristigen Beherrschung des Sauerstoffdiffusions-Problems können den Schäumen ggf. auch übliche Sauerstoffabsorptionsmittel wie Ascorbate, Natriumsufit, Hydroquinone etc. beigegeben werden.
Die konkrete Dimensionierung der Verschlüsse hinsichtlich der Dicke h der äußeren Umhüllung 5, des Durchmessers D3 des inneren Kerns 1 und der Längen l1, l2 der Endbereiche 2, 3 des inneren Kerns 1 ist in Abhängigkeit von den vorgegebenen Werten der Anpressdrücke der Verschlüsse an die Innenwände, der Sauerstoffdiffusion, etc. und der verwendeten Materialkombinationen in Optimierungsversuchen zu ermitteln.
Die Längen der Endbereiche I1 und I2 sind vorzugsweise identisch, d. h. es liegt ein symmetrisch aufgebauter innerer Kern 1 vor.
Jedoch sind auch asymmetrisch ausgebildete innere Kerne 1 möglich, wobei ein stirnseitiges Ende z. B. 3 mit einer Länge l3 ausgebildet ist (vgl. 1).
2 zeigt einen ähnlich aufgebauten Kunststoffverschluss, der sich gegenüber dem in 1 gezeigten dadurch unterscheidet, dass der Durchmesser D1' des stirnseitigen Endes 2 kleiner als der Durchmesser D2 des stirnseitigen Endes 3 ist und damit eine Bedeckung des stirnseitigen Endes 2 mit der äußeren Umhüllung 5 gegeben ist.
In 3 ist der innere Kern 1 mit umlaufenden senkrechten Rippen Ausbuchtungen, Erhöhungen) 7 versehen, deren Höhe hR <= der Dicke h der äußeren Umhüllung 5 ist.
Die Rippen 7 können auch unter einem Winkel α gegenüber dem inneren Kern 1 verlaufen, wie in 4 gezeigt. Auch deren Höhe ist in den oben genannten Grenzen variierbar.
Die Herstellung der Kunststoffverschlüsse erfolgt im Spritzgießverfahren (Thermoplastschaumguss von Strukturschaum). Hierbei werden bei einer Variante dieses Verfahrens in einem ersten Schritt die inneren Kerne gespritzt und anschließend oder nach Zwischenlagerung in einem weiteren Schritt die inneren Kerne umspritzt. Da beim Umspritzen nur niedrigere Drücke erforderlich sind, kann auf Formnester aus Leichtmetallen (Aluminium) zurückgegriffen werden (bessere Wärmeabfuhr und damit kürzere Zykluszeiten).
Bei einer weiteren Variante wird zuerst die äußere Umhüllung gespritzt und nachfolgend der innere Kern eingespritzt.

Claims

Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter mit einem sich axial erstreckenden Kern (1) aus Schaumstoff, der im wesentlichen vollständig von einer äußeren Umhüllung (5) aus elastischem Kunststoffmaterial umgeben ist, wobei die äußere Umhüllung (5) die beiden Stirnseiten (2, 3) des inneren Kerns (1) nicht bedeckt, dadurch gekennzeichnet, daß – die stirnseitigen Enden (2, 3) des inneren Kerns (1) einen größeren Durchmesser D1, D2 als der Durchmesser D3 des dazwischen liegenden Bereiches (4) aufweisen und aus einem gasdiffusionsdichten, gering rückstellfähigen und mechanisch festen Kunststoff bestehen und – die Dicke h der äußeren Umhüllung (5) mindestens der Differenz D1 – D2 entspricht und die äußere Umhüllung (5) aus einem reversiblen rückstellfähigen Polymer besteht.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern (1) asymmetrisch doppel-T-förmig ausgebildet ist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eine stirnseitige Ende (3) eine größere axiale Ausdehnung (l3) aufweist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (4) mindestens eine umlaufende Rippe (7) mit einer Höhe hR < der Dicke h der äusseren Umhüllung (5) aufweist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich hierbei um senkrechte oder um einen unter einem Winkel a verlaufende Rippen (7) handelt.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Endbereich (2, 3) konusförmig ausgebildet ist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern (1) aus Olefin-Homopolymeren oder Polymerblends aus Olefin-Homopolymeren (Hauptkomponente) und thermoplastischen Elastomeren auf Olefinbasis (TPE-O) besteht.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke h der äußeren Umhüllung (5) der Differenz aus D1 bzw. D2–D3 entspricht.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung (5) aus einem thermoplastischen Elastomer auf Olefinbasis (TPE-O) besteht.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein TPE auf Basis von Ethylen/Vinyl-Copolymeren vorgesehen ist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der innere Kern (1) als auch die äußere Umhüllung (5) aus einem geschlossenporigen Schaum bzw. Integralschaum bestehen.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren des Schaumes ein inertes Gas, insbesondere im wesentlichen Schwefeldioxid enthalten.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Spritzguss-Technik hergestellt ist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest teilweise vernetzt ist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Umhüllung (5) zumindest teilweise vernetzt ist.
Kunststoffverschluss für Flüssigbehälter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Kern (1) zumindest teilweise vernetzt ist.
Verwendung eines Kunststoffverschlusses für Flüssigbehälter nach einem der vorherigen Ansprüche als Kunststoffkorken für Wein- und Sektflaschen.