DE1479302C - Verfahren zum Herstellen einer Dichtung in einem Behälterverschluß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Dichtung in einem Behälterverschluß, bei dem , ein Vinylharzplastisol auf den Verschluß aufgebracht, . zum Gelieren erhitzt und anschließend abgekühlt wird.

Bei Verwendung von Pasten aus synthetischen Harzen, wie Vinylchlorid-Plastisolen, als Dichtungsmasse kann man eine dosierte Menge der Paste auf den horizontal gehaltenen Verschluß aufbringen und durch Zentrifugalkraft über die Innenfläche des Verschlusses verteilen. Nach einem anderen Verfahren to kann die Paste als Tropfen oder Klüinpchen auf die Mitte des Verschlusses aufgebracht und dann durch einen Formstempel über die Fläche verteilt werden. Nach einem weiteren Verfahren kann man das Plastisol auch als Ring in den Verschleiß einbringen und dann gelatinieren, so daß nur ein geringer Teil des Plastisols nach dem Verschließen mit dem Flascheninhalt in Berührung kommt.

Es sind bereits Verfahren zum Herstellen von Dichtungen in Behälterverschlüssen bekannt, bei denen man ein Vinylharzplastisol auf den Verschluß aufbringt, zum Gelieren erhitzt und anschließend abkühlt. Dabei wird so vorgegangen, daß die an der Zuführdüse bereits auf eine Temperatur von etwa 44 bis 46° C vorerwärmte Masse in die Kapseln eingebracht wird, worauf die Verschlüsse mit der darin befindlichen Masse auf einer Heizplatte und mittels eines ebenfalls beheizten Preßstempels auf eine Temperatur von unterhalb 200⁰C erhitzt werden, so daß bei dieser Temperatur die Verformung und Gelierung stattfindet. Zur Durchführung dieses Verfahrens ist somit eine Vorrichtung erforderlich, welche drei beheizte Teile aufweist. Derartige Vorrichtungen sind kompliziert im Aufbau, ferner liegt der Energiebedarf ungewöhnlich hoch. Es kommt hinzu, daß nur eine begrenzte Taktgeschwindigkeit möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das mit einer einzigen Beheizungsvorrichtung auskommt und eine sehr schnelle Gelierung der Plastisolmasse ermöglicht.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das auf den Verschluß aufgebrachte Plastisol zum Gelieren mit kurzweiliger Infrarotstrahlung auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Plastisols liegende Temperatur erhitzt und dabei durch teilweises Verdampfen des Weichmachers eine den Sauerstoffzutritt verhindernde Schutzschicht erzeugt wird und daß anschließend das gelierte Plastisol auf eine unterhalb der Zersetzungstemperatur des Plastisols liegende Temperatur abgekühlt wird.

Es ist seit langem bekannt, daß sich Vinylhalogenidpolymere, wie z. B. Polyvinylchlorid, beim Erhitzen auf höhere Temperaturen zersetzen. Bei dieser Zersetzung wird zunächst Chlorwasserstoff abgespalten, so daß sich eine Polyenstruktur ausbildet, wobei die freigesetzte Säure die weitere Zersetzung katalysiert. Durch Luftsauerstoffoxydation der dabei entstehenden Doppelbindungen tritt eine unerwünschte Verfärbung der Masse ein. Das Plastisol wird bei einer derartigen Erhitzung schwarz und steif, was seine Verwendung als Dichtung ausschließt, da es hierbei gerade auf die elastischen Eigenschaften des gelierten Plastisols ankommt. Entgegen der allgemeinen Ansicht, daß deshalb ein Erhitzen des Plastisols über dessen Zersetzungstemperatur nicht in Frage kommt, hat der Erfinder nun überraschend gefunden, daß ein kurzzeitiges Erhitzen auf hohe Temperaturen möglich ist, wenn dabei der Zutritt von Luftsauerstoff verhindert wird. Dies wird erfindungsgemiiD dadurch erreicht, daß das Plastisol auf eine so hohe Temperatur erhitzt wird, daß ein Teil des darin enthaltenden Weichmachers verdampft und eine Schutzgasschicht bildet. Zur Erzielung derart hoher Temperaturen innerhalb von kürzester Zeit wird gemäß Erfindung Infrarotstrahlung angewendet, die beim Auftreffen auf das Plastisol praktisch vollständig absorbiert wird und dieses erhitzt. . .

Die Verschlußhülle oder -kappe wird aus einem mit einem Schutzüberzug versehenen Metallblech, wie z. B. Weißblech, hergestellt. Als Überzug kann ein aus Vinylharz allein oder aus einer Kombination von Vinylharz mit einem oder mehreren ölharz-, Epoxy- oder Phenolkomponenten bestehender Lack verwendet werden. Eine geeignete Überzugsmasse ist. ein Lack aus Polyvinylchlorid oder vorwiegend aus mit bis zu 20 Gewichtsprozent Vinylacetat, copolymerisierten Polyvinylchlorid in Kombination mit den genannten ölharz-, Epoxy- oder Phenolkomponenten. Derartige Lacke sind in der USA.-Patentschrift 2 380 456 beschrieben. Die Strahlung und die Dicke der anschließend aufgebrachten Plastisolschicht werden so eingestellt, daß die Strahlungsenergie den temperaturempfindlichen Schutzlack in dem Verschluß nicht beschädigen kann. Nach dem Überziehen mit dem Schutzlack werden die Metallbleche zu einzelnen Verschlußkappen gestanzt.

Nach Herstellung der Kappen wird die flüssige Dichtungsmasse auf die ebene Innenlläche der Kappe aufgebracht. Hierfür sind Vinylharz-Plastisole wie plastifizierte Vinylchloridharzmassen besonders geeignet, jedoch können auch andere säurebeständige thermoplastische Harzmassen verwendet werden, wie z. B. Polyvinylacetat, Polyvinylbutyral, Copolymere aus Vinylchlorid und Vinylacetat, Polyvinylalkohol, Polyvinylidenchlorid und Copolymere aus Vinylidenchlorid und einer vinylaromatischen Verbindung, wie Styrol. Grundsätzlich bestehen die Piastisole, aus der Dispersion eines Vinylharzes in einem Weichmacher, in dem das Harz bei Raumtemperatur unlöslich ist, der es jedoch bei erhöhter Temperatur solvatisieren kann. Das Plastisol kann außerdem andere gebräuchliche Stoffe, wie Blähmittel, Gleitmittel, Füllstoffe, Stabilisierungsmittel und Pigmente, enthalten.

Als Weichmacher kann jeder bekannte Weichmacher für Vinylharze, welcher das Harz bei erhöhter Temperatur solvatisiert, verwendet werden. Hierzu gehören primäre Weichmacher, wie Dioctylphthalat, Diisooctylphthalat, Didecylphthalat, Di-(n-octyl, n-decyl)-phthalat, Acetyltributylcitrat, Dioctylsebacat, Dihexyladipat, Dioctyladipat, 2-Äthylhexyldiphenylphosphat und Trikresylphosphat. Es könnsn auch polymere Weichmacher, z. B. von dibasischen Säuren und Glykolen abgeleitete Polyester verwendet werden. Sekundäre Weichmacher, wie die allgemein als Plastifizierungsmittel oder Weichmacher für Kautschuk verwendeten Petroleumrückstandsprodukte, können in Ergänzung zu primären Weichmachern verwendet werden oder diese teilweise ersetzen. Die Auswahl spezieller Weichmacher hängt vom Verwendungszweck der Dichtung ab. So sind z. B. Trikresylphosphat und sekundäre Petroleumweichmacher bei Produkten ungeeignet, die für den menschlichen Gebrauch bestimmt sind. Der Weichmacher wird der Dichtungsmasse allgemein in Mengen von 30 bis 150 Teilen pro 100 Teile Vinylharz zugesetzt.
Neben den Weichmachern können noch ver-

schiedene andere Zusatzstoffe zur Modifizierung der Piastisole dienen. Hierzu gehören Füllstoffe, wie wasserfreies Calciumsulfat, Talk, Holzmehl, Diatomeenerde und Asbest, Stabilisierungsmittel, wie Tetranatriumpyrophosphat, dreibasisches Bleisilikat, CaI-ciumstearat, Zinkstearat, zweibasisches Bleistearat, organische Zinnkomplexe, Epoxyharze und epoxydierte Öle oder Fettsäuren, Pigmente, wie Ruß, Titandioxid und Aluminiumpulver, sowie Dispergiermittel, wie Zinkresinat, Lecithin, Glykolstearat, Propylenglykollaurat und Glyzerinmonooleat.

Die Plastisolmasse kann auf die lackierte Verschlußkappe auf verschiedene Weise aufgebracht werden^ Bei einem Verfahren wird eine kleine Menge Plastisol maschinell auf die Mitte der Verschlußkappe aufgegeben und diese dann zur Verteilung des Plastisols schnell rotiert.. Auf Grund der Zentrifugalkraft der Rotation wird der Randbereich der Fläche mit einer größeren Plastisolmenge versehen, was vorteilhaft ist, da dieser Teil besonders zur Abdichtung eines Behälters beiträgt. Nach Verteilung der Masse wird der Verschluß so lange durch Infrarotstrahlung erhitzt, bis die Masse gelatiniert ist. Bei Verwendung von Strahlern, die eine maximale Strahlungsdichte in der -Mitte des Spektrums aussenden, und bei einer Temperatur der Abstrahlfiäche von etwa 800⁰C kann die Masse innerhalb von 10 bis 15 Sekunden gelatiniert werden.

Die Bestrahlung wird vorzugsweise mit einer künstlichen Strahlungsquelle, wie z. B. einer elektrischen Wolframglühfadenlampe, durchgeführt, in welcher sich der Glühfaden in einer Röhre aus Quarzglas befindet. Das Plastisol wird dadurch gelatiniert, daß es dem Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums ausgesetzt wird. Das Infrarotwellenband ist willkürlich in drei Bereiche unterteilt: den »nahen«, den »mittleren« und den »fernen« Bereich. Die Gelatinierung wird vorzugsweise im »nahen« Bereich durchgeführt, der eine Wellenlänge von etwa 7500 bis '30 000 Ä hat. In einem Spitzenbereich von etwa 10 000 bis 18 000 Ä wird das Plastisol innerhalb von etwa 10 bis 15 Sekunden wirksam gelatiniert.

Kurzwellige Infrarotstrahlen passieren Luft ohne wesentlichen Energieverlust. Nur wenn die Strahlen auf ein Objekt treffen, das die Energie absorbiert, wird Wärme erzeugt. Im vorliegenden Fall wird durch die kurzwelligen Infrarotstrahlen die umgebende Luft nicht miterwärmt, sondern die meiste Wärme wird vom Plastisol absorbiert. Durch die Temperatur des Glühfadens läßt sich der Bereich der ausgestrahlten Wellenlänge regulieren; obgleich es wünschenswert ist, mit einer möglichst kurzen Wellenlänge zu arbeiten, setzen wirtschaftliche Faktoren der Glühfadentemperatur eine Höchstgrenze. Kurze Wellenlängen sind vorteilhaft, da die Strahlen um so besser eindringen, je kürzer die Wellen sind. Strahlungsmengs, Strahlungsintensität und Bestrahlungsdauer sind voneinander abhängig, da das Plastisol zum Gelatinieren entweder kurze Zeit mit hoher Temperatur oder längere Zeit mit niedriger Temperatur bestrahlt werden kann. In der Praxis ist die Maximaltemperatur durch die Zersetzungstemperatur des Weichmachers und des Vinylchloridpolymeren gegeben. Die Minimaltemperatur ist durch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens gegeben, da eine lange Gelatinierungsdauer (länger als einige Minuten) unzweckmäßig ist.

Die Entfernung der Lampe vom Plastisol hat keinen Einfluß, da kurzwellige Infrarotstrahlen nicht von der Luft absorbiert werden. Dicke der Plastisolschicht, Plastisolzusammensetzung und Farbe des Plastisols werden während des Verfahrens konstant gehalten, so daß die Intensität der Strahlung auf diese Faktoren eingestellt werden kann. Insbesondere hat die Farbe des Plastisols einen starken Einfluß auf das Ergebnis, weil verschiedene Farben die Infrarotstrahlen verschieden stark absorbieren. Die folgende Übersicht gibt die Absorptionsfaktoren für verschiedene Farben ίο wieder. Der Absorptionsfaktor ist dabei das Verhältnis von Intensitätsverlust durch Absorption zur gesamten ursprünglichen Strahlungsintensität. ~

Farbe _ ;	Absorptiohs- : faktor
Weiß	0,35 . - 0,45
Creme .;..	0,50 0,55 0,55 0,60 0,60 0,65 0,65 0,70 0,75 0,80
Gelb ...........
Rot
Grün
Blau, helle Töne Braun
Grau
Rot
Grün;dunkleTöne. Blau
Braun .-.....■

Die folgenden Beispiele geben einige typische Zusammensetzungen für die Plastisolmassen zur Herstellung der Dichtungen (in Gewichtsteilen):

Polyvinylchlorid .

Diisooctylphthalat..

Dioctyladipat

Azodicarbönamid ..

Titandioxyd .......

Zinkstearat ........

JSiliconöl ....

Epoxydiertes Sojaöl
Calciumstearat ....

;Calciumzinkstearat ;

Mikrowachs .,

Vermahlenes -... r V-

Calciumcarbonat
Dispersion von Titandioxyd und Ruß
in Dioctylphthalat

	Beispiel	100
A	... B	• 53 ■-"
100	56,0
65	41,5
5,6	——	'
1,40	■ +—. ■
0,23	— ■	■ r-r- --
0,45	■.- —-	—
-1,0	1,5	•0,7
1,54	— ■■ ■	■-:■. 3,5 L
; — ;:■■	1,0
l· ' I I	—

100

— 10

Das in den Beispielen A und D verwendete Blähmittel Azodicarbönamid verleiht dem Plastisol eine Zellstruktur, wodurch die Elastizität der Dichtung verbessert und ihr Gewicht verringert wird. Weitere für diesen Zweck geeignete Blähmittal sind 3,3-Disuifonhydrazid-diphenylsulfon, Dinitrosopentamethylentetramin, Diazoaminobenzol und p,p'-Oxybis-(benzolsuifonylhydrazid). Das Blähmittel kann in Mengen von 0,2 bis 5,0 Gewichtsprozent, bezogen auf das Harz, verwendet werden. Mit 0,4 bis 2,0% Blähmittel in dar Plastisolmasse wird eins gute Zellstruktur, verbunden mit einer geschlossenen Oberfläche, erhalten. Mit der Plastisolmasse nach Beispiel D wurde eine graugefärbte Dichtung erhalten, während die Dichtungen nach den Beispielen B und C klar waren.

Nach der Aufgabe der Dichtungsmasse in die Verschlüsse und Verteilung der Masse gelangen die Verschlüsse in eine umlaufende Gelatinierungsstation. Über dem äußeren Rand der Gelatinierungsstation ist eine Anzahl von Infrarotlampen im Abstand voneinander angeordnet. Diese Lampen bestehen z. B. aus einem Wolframglühfaden in einer klaren Quarzröhre. Die Röhre ist an der Innenfläche eines Metallreflektors angebracht, der außen mit einem Paar beweglicher, die Lampen über der umlaufenden Gelatinierungsstation haltenden Verbindungsstücke versehen ist. Mittels der Reflektoren werden die Strahlen von der Lampe direkt auf die Verschlüsse mit der Plastisolmasse gerichtet. Von jeder Lampe werden Strahlen im »nahen« Bereich des Infrarotspektrums ausgesandt, in dem die Wellenlänge etwa 7500 bis 30 000 Ä beträgt.

Die normalerweise langen Gelatinierungszeiten können durch Einstellen der Umlaufgeschwindigkeit der Gelatinierungsstation bei einer gegebenen konstanten Strahlungsenergie verkürzt werden. Bei Verwendung von Lampen mit einer maximalen Strahlungsintensität in der Mitte des Spektrums, d. h. mit einer Wellenlänge von etwa 15 000 Ä und einer Temperatur der bestrahlten Fläche von etwa 800⁰C für eine klare Plastisolmasse, wie z. B. die Masse nach Beispiel B, können Gelatinierungszeiten von 10 bis 14 Sekunden erzielt werden. Diese außerordentlich kurzen Gelatinierungszeiten sind möglich, weil die große Dichte der kurzwelligen Wärmeenergie pro Quadratzentimeter Oberfläche dem Plastisol eine hohe Gelatinierungsenergie zuführt. Außerdem kann das Eindringen der Wärmestrahlen je nach Dicke der Plastisolschicht eingestellt werden.

Die Temperatur der Plastisoloberfläche liegt über der Zersetzungstemperatur des Plastisols. Durch die intensive Energiezufuhr wird der Weichmacher teilweise verdampft und bildet direkt über der Oberfläche des Plastisols eine Gaszone. Da der Druck der Gaszone höher als der Außendruck ist, kann sich die Zer-Setzungstemperatur nicht auswirken, weil kein Luftsauerstoff zugegen ist. Die durch die kurze Wellenlänge der Heizquelle bedingte hohe Temperatur ermöglicht außerdem eine kurze Gelatinierungszeit, wobei eine schnelle und gleichmäßige Gelatinierung ohne Beeinträchtigung des hitzeempfindlichen Schutzlackes auf dem Verschluß erzielt wird.

Nach dem Gelatinieren werden die Verschlüsse einer umlaufenden Kühl- und Formstation zugeführt. Die Formstempel werden nicht durch äußere Wärmezufuhr erhitzt, sondern nehmen Wärme aus den Dichtungen auf, die sie aus dem Plastisol formen, und haben eine Temperatur von etwa 80 bis 90⁰C. Die Stempel werden in die Verschlüsse eingesenkt und formen die gelatinierte Masse in der Wärme von innen nach außen, so daß eine Dichtung mit einem dicken äußeren Ring und einem dünnen Mittelteil entsteht. Dabei kühlt der kalte Stempel das Plastisol unter seine Zersetzungstemperatur ab, wobei es gleichzeitig gegen den Luftsauerstoff abgeschlossen wird, so daß auch zu diesem Zeitpunkt keine Oxydation erfolgen kann. Durch Verwendung eines Kühlstempels werden unvollständig gelatinierte Anteile im Inneren der Plastisolmasse durch die Druckwärme nachgelatiniert und so eine Beeinträchtigung des Flascheninhalts durch Ausschwitzen von Weichmacher vermieden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen einer Dichtung in einem Behälterverschluß, bei dem ein Vinylharzplastisol auf den Verschluß aufgebracht, zum Gelieren erhitzt und anschließend abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das auf den Verschluß aufgebrachte Plastisol zum Gelieren mit kurzwelliger Infrarotstrahlung auf eine oberhalb der Zersetzungstemperatur des Plastisols liegende Temperatur erhitzt und dabei durch teilweises Verdampfen des Weichmachers eine den Sauerstoffzutritt verhindernde Schutzschicht erzeugt wird und daß anschließend das gelierte Plastisol auf eine unterhalb der Zersetzungstemperatur des Plastisols liegende Temperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gelierte Plastisol während des Abkühlens gleichzeitig verformt wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Plastisol durch eine Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von etwa 7500 bis 30 000 Ä erhitzt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das, ein chemisches Blähmittel enthaltende Plastisol etwa 10 bis 15 Sekunden lang durch eine Infrarotstrahlung mit einer Wellenlänge von 10 000 bis 18 000 Ä erhitzt wird.