DE1037301B - Korrosionsfester Metallkapselverschluss und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

BlBUQTHEK

DES DEUTSCHEM

PATESTAMTES

Die Erfindung· betrifft einen korrosionsfesten Metallkapselverschluß für Glasbehälter, wie sie zur Verpackung· von, Nahrungsmitteln und. anderen Stoffen Verwendung finden, und ein Verfahren zu seiner Herstellung·.

Ein ernsthaftes Problem beim Verpacken, insbesondere von Nahrungsmitteln in Glasbehältern bildet die Korrosion der zum Verschließen der Behälter verwendeten Metallkapselverschlüsse. Diese Verschlüsse werden gewöhnlich aus Eisenblech, hergestellt und mit einer Dichtung aus einem elastischen Material versehen, um den Behälter hermetisch zu verschließen.

Um eine sehr schnelle Korrosion des Eisens und die davon begleitete Verunreinigung des Füllgutes durch das Eisen zu verhindern, wird das Eisen gewöhnlich mit Zinn überzogen. Auf den Zinnüberzug wird dann ein organischer Überzug aufgebracht, um eine Verfärbung von Metall und Gefäßinhalt zu verhindern und ferner den Korrosionsschutz zu erhöhen. Trotz dieser Schutzüberzüge tritt immer noch eine Korrosion der Verschlüsse auf, die in vielen Fällen zur Durchlöcherung der Verschlüsse und zum Verderben des Füllgutes führt.

Diese Schwierigkeiten werden bei dem Metallkapselverschluß gemäß der Erfindung, der mit einer Dichtung von verringerter elektrischer Leitfähigkeit versehen ist, dadurch beseitigt, daß zumindest die mit Metall in Kontakt kommenden Flächen der Dichtung mit einem elektrischen Isoliermaterial bedeckt sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Ausmaß der Korrosion des Verschlusses in direkter Beziehung zu Art und Zusammensetzung des Dichtungsmaterials steht und durch geeignete Auswahl und Behandlung desselben eine Korrosion vollständig unterbunden werden kann. Es wurde gefunden, daß die Korrosion auf einem elektrolytischen Vorgang in dem verschlossenen Behälter beruht, bei welchem das Dichtungsmaterial und das Grundlagemetall des Ver-Schlusses die Elektroden (wobei das Dichtungsmaterial gegenüber dem Grundlagemetall die Kathode ist) und das in dem Behälter befindliche Füllgut den Elektrolyten darstellen.

Diese Erkenntnis wird bei Betrachtung der Zeichnung leichter verständlich. In dieser zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Mündung eines Glasbehälters mit aufgebrachtem Verschluß und

Fig. 2 einen ähnlichen Schnitt in stark vergrößertem Maßstab, welcher zur Erläuterung der Theorie dient, auf welcher die Erfindung basiert.

Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine Metallkapsel 10 mit einer Dichtung 11 aus elastischem Material auf Korrosionsfester Metallkapselverschluß und Verfahren zu seiner Herstellung

Anmelder:

Owens-Illinois Glass Company,
Toledo, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Abitz, Patentanwalt,
München 27, Gaußstr. 6

Charles William Husum und Jade Martin Wheaton,

Toledo, Ohio (V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

den Behälter 12 aufgebracht, der das Füllgut 13 enthält. Wie Fig. 2 zeigt, besteht der Verschluß aus dem Metallblech 14, das mit einer Schicht 15 aus Zinn und einer Schicht 16 aus organischem Material überzogen ist. Die Zinn- und organischen Überzüge weisen eine Vielzahl mikroskopisch kleiner öffnungen auf. Wie in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, kann eine derartige öffnung 17 in dem Zinn mit einer Bruchstelle oder Lücke im Überzug 16 übereinstimmen und auf diese Weise das Eisen oder Metall 14 der Wirkung des Füllgutes 13 aussetzen. Die Zinnüberzüge werden darüber hinaus dünn und erhalten Bruchstellen 18, wenn das überzogene Metall bei der Kapselherstellung durch Ziehen verformt wird. Der elektrolytische Vorgang tritt durch eine leitende \^erbindung zwischen dem Füllgut oder »Elektrolyten« 13, der Dichtung 11 und dem Metall 14 der Verschlußkapsel auf. Der Elektrolyt kommt mit der Verschlußkapsel und der Dichtung auf verschiedene Weise in Berührung, und zwar durch direkten Kontakt, durch Benetzung der Oberfläche des organischen Überzuges und der Dichtung und dadurch, daß in dem Zwischenraum zwischen Verschluß und dem Füllgut gesättigte Dämpfe enthalten sind. Der Stromübergang vom Elektrolyten zum Eisen wird durch die Öffnung 17 und von der Dichtung zum Eisen durch die Bruchstellen 18 und mikroskopisch kleine öffnungen in dieser Zone ermöglicht. Wenn die rohe Kante 19 der Metallkapsel in die Dichtung hineingebogen ist, kann der Stromübergang von der Dichtung zum Eisen auch an dieser Stelle erfolgen. Ferner kann der organische Überzug an einigen Stellen so dünn sein, daß er seine Isoliereigenschaften

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verliert, so daß der elektrolytische Stromkreis an diesen Stellen geschlossen sein kann. Bei dem dargestellten Verschluß berührt das überzogene Metall die Oberfläche des Glases" nicht. Aber auch andere Verschlüsse, welche die Oberkante des¹ Glases berühren, sind durch den gleichen elektrolytischen Vorgang der Korrosion unterworfen. Zu diesen Verschlüssen gehört auch diejenige bekannte Form, bei welcher zwecks besserer Abdichtung in den Kapsel-

Erstens kann ein Dichtungsmaterial gewählt werden, das eine geringe Leitfähigkeit hat, um auf diese Weise die elektrolytische Wirkung zu verhindern, die die Korrosion herbeiführt. Im Falle von Dichtungs-5 materialien auf Gummigrundlage bedeutet dies die Wahl eines Materials, in welchem der Kohlenstoff überwiegend in schlecht leitender Form vorliegt, nämlich in Form isolierter Kügelchen, Zweitens können die Teilchen des Dichtungsmaterials, welche

die Dichtung in der oben beschriebenen Weise mit dem Isoliermaterial behandelt, wodurch die leitenden Teilchen isoliert werden.

Ein anderer Weg zur Verringerung oder Beseiti gung der Oberflächenleitfähigkeit besteht darin, daß man die Oberfläche der Dichtung abkratzt. Wahrscheinlich wird dabei die Oberfiächenleitfähigkeit beseitigt, indem alle Teilchen entfernt werden, welche

Verschluß ein Ceresinpapier eingelegt ist, das am io zur Leitfähigkeit der Dichtung beitragen, isoliert Rand zwischen Metallkapsel, und Dichtung ein- \ werden, indem man die Dichtung mit einem Isoliergeklemmt ist, beim Aufsetzen des Verschlusses auf ' rnaterial behandelt. Dies erfolgt vorzugsweise durch den Behälter straff auf der Behältermündung aufliegt Imprägnieren der Dichtung. Man muß hierzu ein und beim Aufdrücken des Verschlusses fast voll- Isoliermaterial verwenden, durch welches die Leitständig zwischen Metallkapsel und Verschluß heraus- 15 fähigkeit der Dichtung verringert oder vollständig gezogen wird. beseitigt wird, ohne daß aber die anderen physi-

Theoretisch können der elektrolytische Vorgang kaiischen Eigenschaften der Dichtung, wie die Feder- und die daraus entstehende Korrosion vollständig wirkung, beeinflußt oder zerstört werden, beseitigt werden, wenn man einen organischen Über- Es wurde weiter gefunden, daß in einigen Fällen

zug verwendet, der genügend dick ist und dessen 20 sogar dann eine Korrosion auftritt, wenn eine Dich-Isoliereigenschaften auch durch die Verschluß- tung aus einem Material von niedriger Leitfähigkeit herstellung nicht beeinträchtigt werden. Aus prak- verwendet wird. Es wurde gefunden, daß dies auf der tischen Gründen ist dies aber nicht möglich, und der Oberflächenleitfähigkeit der Dichtung beruht, welche Ü1>erzug weist stets die dünnen Stellen oder mikro- zu einer elektrolytischen Wirkung auf einem Stromskopisch kleinen öffnungen auf, durch welche der 25 _weg längs der Dichtungsoberfläche führt. Diese Oberelektrolytische Stromkreis geschlossen wird. Durch flächenleitfähigkeit kann beseitigt werden, wenn man die erfindungsgemäße Ausbildung der Dichtung wird
ein Schließen dieses die Korrosion verursachenden
elektrolytischen Stromkreises verhindert.

Es wird angenommen, daß die Kathodeneigenschaft 30 des Dichtungsmaterials, welche zur Elektrolyse führt, in Beziehung zu der Leitfähigkeit des Dichtungsmaterials gesetzt werden kann. Dies wird bei Betrachtung von Stoffen auf Gummigrundlage besser

verständlich, die in großem Ausmaße für Dichtungen 35 durch die Behandlung leitend geworden sind, welcher von Verschlüssen verwendet werden. Derartige Dich- das Material bei der Herstellung ausgesetzt ist. Zum tungsmaterialien enthalten gewöhnlich als Grundlage Beispiel wird bei der Herstellung von Dichtungen auf einen natürlichen oder synthetischen Gummi sowie Gummigrundlage das Dichtungsmaterial in rohrandere Bestandteile, wie Schwefel, einen Beschleu- förmiger Form stranggepreßt und ferner auf Dornen niger, Zinkoxyd, Stearinsäure und Kohlenstoff, um _φ0 wärmebehandelt. Selbst wenn der Kohlenstoff in dem ihnen die erwünschten Eigenschaften zu geben, wie Material in Form isolierter Kügelchen von niedriger Federwirkung, Elastizität u. dgl. Derartige Gemische Leitfähigkeit vorliegt, besteht doch eine gewisse Mögauf Gummigrundlage werden gewöhnlich als nicht- lichkeit, daß er durch Wärme und Druck auf den leitend angesehen; es wurde jedoch gefunden, daß Oberflächen des Dichtungsmaterials langkettige Strukdies bei ihrer Verwendung zu Dichtungen nicht un- 45 türen von hoher Leitfähigkeit bildet. Durch Abkratzen bedingt der Fall ist. des Materials werden diese gut leitenden Teilchen

Versuche haben ergeben, daß Dichtungen, welche entfernt, so daß die Diditungsoberfläche dann nur aus einem Material auf der Grundlage von synthe- Stoffe von geringer Leitfähigkeit enthält, tischem Gummi bestehen, leitend und gegen das Es wurde gefunden, daß die Korrosion am wirk-

Kapselmetall negativ geladen sind. Es wurde weiter ₅₀ samsten vermieden werden kann, wenn man nicht gefunden, daß die Struktur des Kohlenstoffs, der in nur ein Dichtungsmaterial von niedriger Leitfähigkeit der Gummimischung in elementarer Form enthalten verwendet, sondern das Dichtungsmaterial auch mit ist, in erster Linie die Leitfähigkeit und kathodische Isolierstoffen behandelt.

Natur des Dichtungsmaterials und andererseits das Die Isolierstoffe müssen so gewählt werden, daß

Ausmaß und die Schnelligkeit des elektrolytischen ₅₅ die leitenden Teilchen in dem Dichtungsmaterial Vorganges, der dadurch entsteht, bestimmt. Wenn wirksam isoliert werden und die elektrolytische Wirder Kohlenstoff vorwiegend in Form langer Ketten kung beseitigt wird, ohne daß die anderen physivorliegt. so hat das Dichtungsmaterial eine hohe kaiischen Eigenschaften der Dichtung beeinträchtigt Leitfähigkeit bzw. ist die Korrosion hoch. Diese _und die Sterilität, der Geruch und der Geschmack Kettenstruktur hängt mit dem Weg zusammen, den 60 des Füllgutes l>eeinflußt werden. Darüber hinaus darf der Strom bei Durchfließen des Dichtungsmaterials durch die Isolierstoffe die Beschaffenheit der Dichtung nicht verschlechtert werden. Die Dichtung darf an anderen Dichtungen oder Metallflächen nicht hängenbleiben und nach der Behandlung nicht 65 schlüpfrig sein oder sich auf andere Weise schwierig handhaben lassen. Die Isolierstoffe können auf die

nimmt. Wenn der Kohlenstoff vorwiegend in Form isolierter Kügelchen vorliegt, so ist die Leitfähigkeit gering bzw. die Korrosion sehr schwach, oder es tritt ül>erhaupt keine Korrosion auf.

Die Erfindung besteht allgemein in der Vermeidung der Korrosion durch Verringerung der Leitfähigkeit des Dichtungsmaterials, wodurch ein Schließen des elektrolytischen Stromkreises vermieden wird. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden.

Dichtungen auf jede geeignete Weise aufgebracht werden, wie durch Tauchüberziehen oder Aufsprühen.

Es wurde gefunden, daß man vorzugsweise eine

bestimmte Menge Isolierstoff auf die Dichtungen auf-

sprüht und diese danach erhitzt. Man erhitzt auf eine genügend hohe Temperatur und genügend lange, daß die Isolierstoffe auf eine bestimmte Tiefe in die Dichtungen eindringen. Das Erhitzen dient ferner zur Verdampfung der überschüssigen Isolierstoffe. Zweckmäßig werden die Dichtungen während des Erhitzens geschüttelt oder bewegt, um eine übermäßige Ansammlung des Isolierstoffes auf einer der Flächen der Dichtung zu vermeiden. Das Erhitzen wird fortgesetzt, bis die überschüssigen Isolierstoffe verdampft sind. Danach werden die Dichtungen unter fortgesetzter Bewegung gekühlt, bis sie leicht gehandhabt werden können, ohne daß sie aneinander oder an Metallflächen ankleben.

•Wie oben angegeben, müssen die Isolierstoffe solche Eigenschaften haben, daß sie die leitfähigen Teilchen in dem Dichtungsmaterial wirksam isolieren, ohne die anderen physikalischen Eigenschaften der Dichtung zu verschlechtern. Es wurde gefunden, daß Wachse und Öle bei der Verhinderung von Korrosion zufriedenstellende Ergebnisse liefern. Geeignet sind z. B. Wachse, wie Paraffinwachs und mikrokristallines Wachs, und öle, wie Mineralöl, Sojabohnenöl und Baumwollsamenöl, ferner noch andere Wachse und Öle, wie Bienenwachs, Carnaubawachs, Spermaceti, Palmwachs, Ozokerit, Montanwachs, Ceresinwachs, Lignitwachs, Kokosnußöl, Leinsamenöl, Rizinusöl, Olivenöl, Palmöl u. dgl. Diese Stoffe können gesondert oder im Gemisch verwendet werden. Es wurde ferner gefunden, daß Gemische von, Wachsen und ölen in allen Mengenverhältnissen einen zufriedenstellenden Korrosionsschutz ergeben und daß die Anteile nur so gewählt werden, müssen, daß sie die gewünschte Beschaffenheit erhalten und in der gewünschten Weise gehandhabt werden können.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß Wachse allein eine brauchbare Isolierwirkung ergeben, aber vom Standpunkt der Handhabung und der Beschaffenheit der Dichtung aus nicht völlig zufriedenstellend sind und zu zahlreichen Problemen führen,. Zum Beispiel neigen die Wachse dazu, auf der Dichtungsoberfläche auszuschwitzen, wodurch die Dichtungen außerordentlich schwierig zu handhaben sind. Auf der anderen Seite haben die Öle allein eine brauchbare Isolierwirkung, neigen aber dazu, die Dichtungen übermäßig weich zu machen und ein, Hängenbleiben der Dichtungen an Metallflächen zu bewirken. Infolgedessen wird vorzugsweise ein Gemisch von Wachs und Öl in solchen Anteilen verwendet, daß die Dichtungen gehörig imprägniert werden und gleichzeitig leicht gehandhabt werden können und ihre Beschaffenheit nicht verschlechtert wird. Das Wachs-Öl-Gemisch muß so eingestellt werden, daß man die gewünschten Ergebnisse erhält; ein Wachs Überschuß führt zum Ausschwitzen, ein, ölüberschuß macht die Dichtungen weich und bewirkt ihr Hängenbleiben an Metallflächen,.

Ein Wachs-Öl-Gemisch, das gute Ergebnisse liefert, hat beispielsweise folgende Zusammensetzung:

Paraffinwachs 20%

Mineralöl, 190 Saybolt (bei 37,8° C) 80%

Dieses Gemisch wird auf die Dichtungen in flüssiger Form aufgebracht, z. B. durch Aufsprühen bei etwa 100° C. Die Dichtungen werden dann erhitzt, bis das Gemisch in die Dichtung eingedrungen und der Überschuß verdampft ist. Bei dem obigen Gemisch erhitzt man vorzugsweise auf 135 bis 166° C. Während des Erhitzens werden die Dichtungen ständig bewegt, um eine Ansammlung des Isoliermaterials auf den Dichtungsflächen zu verhindern.

Zusammenfassend wird die Korrosion von Metallverschlüssen gemäß der Erfindung verhindert, indem die Leitfähigkeit der Dichtung herabgesetzt wird. Dies kann erreicht werden, wenn man ein Dichtungsmaterial von niedriger Leitfähigkeit wählt und indem man das Dichtungsmaterial in der oben beschriebenen Weise mit entsprechenden Isolierstoffen behandelt.

Im Rahmen der Erfindung sind weitere Abänderungen möglich.

Claims (11)

Pa tentansprcche:

1. Korrosionsfester Metallkapselverschluß, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die mit Metall in Kontakt kommenden Flächen seiner Dichtung mit einem elektrischen Isoliermaterial bedeckt sind.

2. Metallkapselverschluß nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial ein Gemisch von öl und Wachs, insbesondere Paraffinwachs ist.

3. Metallkapselverschluß nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial ein mikrokristallines Wachs ist.

4. Verfahren, zum Herstellen einer mit Isoliermaterial bedeckten Dichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dichtung mit dem auf sie aufgebrachten elektrischen Isoliermaterial erhitzt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung während der Wärmebehandlung bewegt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung nach der Wärmebehandlung so lange getrocknet wird, bis ihre Oberfläche nicht mehr klebt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung während, des Trocknens bewegt wird.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Isoliermaterial auf die Dichtung aufgesprüht wird.

9. Verfahren zum Herstellen einer mit Isoliermaterial bedeckten Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einer zu einem Strang gepreßten Gummimischung hergestellt wird, in welcher ein elektrisch leitendes Material verteilt ist, und daß man die Oberfläche der Dichtung vor Aufbringen des elektrischen Isoliermaterials abkratzt.

10. Dichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Dichtung verteilte elektrisch leitende Material aus freiem Kohlenstoff besteht.

11. Metallkapsel Verschluß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Innenseite der aus Eisenblech bestehenden Kappe mit einem Zinnbelag versehen ist, der einen Überzug eines elektrischen Isoliermaterials aufweist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 484 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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