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Dichtungsmasse zum Verdeckeln von Dosen, unter Verwendung
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dieser Dichtungsmasse hergestellte Metallbehälter und Verfahren zur
erstellung solcher Metallbehälter Die Erfindung betrifft eine Dichtungsmasse, die
sich am Befestigen von Dosendeckeln an Dosenkörpern bei der Herstellung von beispielsweise
Konservendosen für Getränke, Obst und Gemüse, Aerosoldosen und Dosen für die verschiedensten
Handelsprodukte, wie Lacke und selbsttreibende Spezialitäten, eignet. Das Befestigen
von Endstücken bzw.
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Deckeln an Dosenkörpern entweder bei gezogenen, aus zwei Stücken bestehenden
Dosen oder bei aus drei Stücken bestehenden Dosen, bei denen die Endstücke bzw.
Deckel an jedem Ende eines Zylinders angebracht werden, ist auf dem einschlägigen
Fachgebiet als "Doppelfalzen" bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine bestimmte
Menge Dichtungsmasse in die Rinne oder Ausnehmung eines Dosenendstücks eingebracht
und an dem Dosenendstück befestigt, indem das Endstück unter einer die flüssige
Dichtungsmasse abgebenden, feststehenden Düse kreisen gelassen wird. Bevor
die
Endstücke oder Deckel verwendet werden, d.h. an dem zylindrischen Dosenkörper befestigt
werden können, muß die Dichtungsmasse, bei der es sich um eine flüssige Masse handelt,
erstarren gelassen werden. Dies erfolgt entweder durch Temperaturänderung oder durch
Entfernen der flüchtigen Bestandteile aus der Dichtungsmasse.
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In der Regel hängt die Wahl der jeweiligen Dichtungsmasse von der
Art des zu verpackenden Produkts ab. Hauptsächlich werden jedoch Dichtungsmasse
auf der Grundlage von Kautschukdispersionen gewählt. Letztere sind daraufhin abgestellt,
daß man auf Hochgeschwindigkeitsmaschinen arbeiten kann. In der Regel werden Dichtungsmassen
für Dosenendstücke oder Deckel in zwei Gruppen, nämlich 1. in Dispersionen auf wäßriger
Grundlage und 2. Kautschukdispersionen in flüchtigen organischen Lösungsmitteln,
eingeteilt. Letztere werden oftmals in a) wasserbeständige Dispersionen, die zum
Verpacken von Obst, Gemüsen, Getränken und bestimmten Tierfuttern geeignet sind,
und b) ölbeständige Dispersionen, die sich zum Verpacken von Fisch, Geflügel, Suppen
und sonstigen Fleischprodukten eignen, unterteilt.
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Mit einer Dichtungsmasse in Form einer wäßrigen Kautschukdispersion
versehene Dosenendstücke oder -deckel erfordern in der Regel zur Entfernung des
Wassers eine getrennte Trocknungsstufe. Mit einer Dichtungsmasse in Form einer Kautschukdispersion
in flüchtigen organischen Lösungsmitteln versehene Dosenendstücke oder -deckel trocknen
in der Regel von selbst durch Verdampfen der flüchtigen Lösungsmittel bei der Lagerung
im Herstellungsbetrieb oder in einem Warenhaus vor Gebrauch.
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Die mit einer Dichtungsmasse in Form einer Kautschu1ispersion in flüchtigen
organischen Lösungsmitteln versehenen Dosenendstücke oder -deckel sind mit einer
Dichtungsmasse auf wäßriger Grundlage versehenen Dosenendstücken oder -deckeln darin
überlegen, daß sie keine getrennte Trocknungsstufe erfordern. Ungeachtet dessen
sind Dichtungsmassen auf der Basis flüchtiger organischer Lösungsmittel deshalb
von Nachteil, de durch die Verdampfung größerer Volumina an flüchtigen organischen
Lösungsmitteln in bewohnten Gebieten, in denen in der Regel Dosenherstellungsbetriebe
liegen, eine Umweltverschmutzung und eine Brandgefahr sowie eine Gefährdung der
Gesundheit hervorgerufen werden. So werden beispielsweise bei einer typischen Tagesproduktion
etwa 600 Tonnen eines Fassungsvermögens von etwa 208 1 an solchen Dichtungsmassen
auf der Grundlage flüchtiger organischer Lösungsmittel bei einem durchschnittlichen
Lösungsmittelgehalt von etwa 60P/y verwendet.
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Eine weit verbreitet verwendete Dichtungsmasse in Form einer Kautschukdispersion
in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel ist eine mit inerten Füllstoffen,
Farbstoffen, Alterungsstabilisatoren, Viskositätsstabilisatoren und auf dem Nahrungsmittelgebiet
zulässigen Antioxidationsmitteln verschnittene Dispersion eines Styrol Butadien-Kautschuks
und/oder Butylkautschuks in Hexan.
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Der Gesamtfeststoffgehalt einer solchen Dichtungsmasse beträgt etwa
40%, der Rest besteht aus flüchtigem organischem Lösungsmittel.
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Bei Verwendung dieser speziellen Dichtungsmasse werden pro Tag etwa
75000 1, pro Jahr (bei 250 Arbeitstagen) etwa 19 Millionen 1 an flüchtigem organischem
Lösungsmittel in die Umgebung verdampft. Es dürfte somit selbstverständlich sein,
daß åede nennenswerte Verminderung der Emission solcher organischer Lösungsmittel
in die Umgebung höchst vmnschenswert ist.
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Erfindungsgemäß wurde nun eine Dichtungsmasse des beschriebenen Typs
geschaffen, die weder brennbar ist noch schädliche Lösungsmittel an die Umgebung
abgibt und darüber hinaus auch keine Ofentrocknung erfordert. Grundsätzlich handelt
es sich bei der Dichtungsmasse gemäß der Erfindung um eine Mischung auf Wasserbasis,
deren Feststoffgehalt hoch genug ist, um eine Lufttrocknung in entsprechender Zeit,
wie sie normalerweise bei auf Lösungsmitteln basierenden Systemen erforderlich ist,
zu ermöglichen. Diese Dichtungsmasse kombiniert folglich die besten Merkmale beider
Arten von Sytemen, ohne daß deren Nachteile zum Tragen kommen. Der gummiartige Kautschukrest
in der getrockneten Dichtungsmasse hält in der Tat alles in durch Doppelfalzung
verschlossenen Metalldosen verpackt, wobei gleichzeitig weder eine Vulkanisation
noch der Zusatz eines die Zähigkeit erhöhenden Mittels erforderlich sind. Ein wesentliches
Merkmal der Dichtungsmasse gemäß der Erfindung besteht in der Wahl des darin enthaltenen
Kautschuks.
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Bei der in einer Dichtungsmasse gemäß der Erfindung verwendeten Kautschukkomponente
handelt es sich um ein Mischpolymerisat aus Styrol und Butadien in Emulsions- oder
Latexform.
Die Polymerisation erfolgt nach dem Kaltverfahren, d.h.
bei einer Temperatur von 4,40 bis 7,2°C, so daß ein Molekulargewicht im hohen Polymerisatbereich,
wie es für Dichtungsmassen gemäß der Erfindung erforderlich ist, erreicht wird.
Je nach den Meßmethoden gibt es Unterschiede hinsichtlich des genauen Molekulargewichts
von Polymerisaten hohen Molekulargewichts. Erfindungsgemäß wird diese Eigenschaft
als Funktion der Mooney-Viskosität (großer Hotor) des festen Polymerisats, gemessen
bei einer Temperatur von 100°C, definiert. Bei dieser Meßmethode handelt es sich
um eine Standardmethode, die dem Fachmann bekannt ist und zur Untersuchung der verschiedensten
Arten trockener Kautschuke angewandt wird. Eine detaillierte Beschreibung von Styrol/Butadien-Kautschuken
einschließlic7l deren physikalischer und chemischer Eigenschaften findet sich in
"Encyclopedia of Polymer Science & Technology", Band 5, Seiten 406 bis 426.
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An der Luft trocknende und praktisch oder vollständig unbrennbare
und von schädlichen organischen Lösungsmitteln freie Dichtungsmassen gemäß der Erfindung
enthalten (in Gewichtsteilen, sofern nichts anderes angegeben) folgende Bestandteile:
a) Etwa 17,5 bis 24,5 Teile eines Styrol/Butadien-Kautschuk-Latex einer Mooney-Viskosität
von 100 bis 150, vorzugsweise etwa 140, und mit einem gebundenen Styrolgehalt in
der Größenordnung von 20 bis 30, vorzugsweise etwa 23%; b) ein Netzmittel in einer
solchen Menge und von einer solchen Art, daß die fertige Masse auf geschmierten
Metalloberflächen
einen praktisch ebenen Verlauf nimmt. Bevorzugt werden ionische Netzmittel in Form
von Alkylarylsulfaten und -sulfonaten (in typischer Weise die Natrium- oder Kaliumsalze)
mit einem Alkylrest mit 4 bis 30 Kohlenstoffatomen in einer langen Kette. Beispiele
hierfür sind Dodecylbenzolnatriumsulfonat, Octylnaphthalinnatriumsulfonat, Monobutylphenyl-pllenolnatriumsulfonat
und dergleichen. Weitere geeignete Netzmittel sind aus Spalte 4, Zeilen 8 bis 71,
der US-PS 2 629 698 bekann. Darüber hinaus finden sich noch zahlreiche andere brauchbare
Netzmittel in der Aufzählung in 'IMcCutcheonls Detergents and Emulsifiers", Jahresbericht
1970. Vorzugsweise sollen die verwendeten Netzmittel von der Food and Drug Administration
für die Berührung mit feuchten, trockenen oder öligen Nahrungsmitteln zugelassen
sein. Ein ganz besonders bevorzugtes Netzmittel ist erfindungsgemäß ein solches,
das 3 bis 5% einer 30%igen Lösung eines Natriumalkylarylsulfats darstellt.
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c) Füllstoff einer maximalen Teilchengröße bzw. eines maximalen Durchmessers
von etwa 2 Mikron. Geeignete Füllstoffe sind Aluminiumsilikat, Calciumcarbonat und
Magnesiumsilikat sowie gegebenenfalls wegen ihrer Färbeeigenschaften Titandioxid
und Lampenruß.
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Vorzugsweise sollte zumindest ein Hauptteil (beispielsweise 35 bis
65%) des Füllstoffanteils oder der gesamte Füllstoffanteil aus Aluminiumsilikat
bestehen. Dieses ist wegen seiner ebenen, plattenartigen Struktur von besonderem
Wert. Mit dem Styrol
Butsdien-Kautschuk reaktionsfähige Füllstoffe,
wie Magnesiumoxid oder Zinkoxid, werden nicht bevorzugt und sollten ir bestimmten
Fällen vollständig vermieden werden.
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d) Von der Food and Drug Administration zugelassene Antioxidationsmittel
(eines für Nahrungsmittelzwecke geeigneten Reinheitsgrads) für den Styrol/Butadien-Kautschuk
werden in einer eine geeignete Antioxidationswirkung entfaltenden Menge, in der
Regel in einer Menge von 0,1 bis 1% oder sogar bis zu 2% (je nach dem verwendeten
Styrol/Butadien-Kautschuk), zugesetzt. Bevorzugte Antioxidatlonsmittel sind butsrviertes
Hydroxytoluol, butyliertes Hydroxyanisol und styrolisiertes, butyliertes p-Kresol
sowie lTd schungen dieser Antioxidationsmittel.
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e) Die Dicke bzw. Zähigkeit der Masse wird mit einem Neutralsalz einer
Polyacrylsäure, z.B. Methacrylsäuremethylester, eingestellt. Das Neutralsalz der
Polyacrylsäure wird in einer Menge von 0,2 bis etwa 1,0% und in der Regel in Form
einer Dispersion, beispielsweise einer 40%igen Polyacrylsäuredispersion, zum Einsatz
gebracht.
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f) Erforderlichenfalls können der Dichtungsmasse gemäß der Erfindung
auch noch sonstige übliche Zusätze oder Hilfsmittel einverleibt werden. Solche Zusätze
oder Hilfsmittel sind Entschäumungsmittel, Farbstoffe oder Pigmente zu Identifizierungszwecken,
Emulsionsstabilisatoren und FlieEmittel. Diese Zusätze
oder Hilfsmittel
dienen einer optimalen Verarbeitbarkeit der Dichtungsmasse. Speizielle Zusätze oder
Hilfsmittel sind beispielsweise Methyllaurat (0,2 bis 1 ,0?/) als Entschäumungsmittel
oder ein oder mehrere Kohlenwasserstoffharz(e) (in typischer Diese in Form einer
Dispersion) mit einem Schmelzpunkt von 500 bis 1500C, vorzugsweise etwa 900 bis
100°C. Besonders gut geeignet ist ein Polyisopren eines Schmelzpunkts von etwa 100°C.
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Fiir Dichtungsmassen gemäß der Erfindung gibt es einige allgemeine
Erfordernisse. So muß das System beispielsweise derart stabil sein, daß es zu keiner
Ansammlung der Dichtungsmasse bei Applikation aus einer feststehenden Düse auf die
Dosendstücke oder -deckel mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 Endstücken oder Deckeln
n pro min komirit.
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Sofern möglich, sollten sämtliche Bestandteile der Dichtungsmasse
einen für Nahrungsmittelzwecke geeigneten Reinheitsgrad aufweisen und von der Food
and Drug Administration zur direkten Berührung mit feuchten, trockenen oder öligen
Nahrungsmitteln zugelassen sein. I)ies ermöglicht einen Austausch des Inhalts einer
derar-t gefüllten Dose, d.h. man kann beispielsweise ohne Ändern der Behälterzufuhrstrecke
oder des Dichtungamittels beim Füllen der Dosen von einem Nicht-Lebensmittel, z.B.
einem Lack oder einem Haarspray, zu einem Nahrungsmittel übergehen.
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Bei der Verarbeitung ist die durchschnittliche Trocknungsdauer der
neuen Dichtungsmasse gemäß der Erfindung in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren,
z.B. der speziellen
Rezeptur der Dichtungsmasse, der Feuchtigkeit,
den Luftströmen und Umgebungstemperaturen zum die Dosenendstücke oder -deckel vor
dem Verschließen und dergleichen, sehr verschieden. Bei Raumtemperaturen ist das
Trocknen, d.h. die Dauer, bis die Dichtungsmasse zur Fertigstellung der Dose und
zum Verschließen (derselben) genügend fest geworden bzw. erstarrt ist, in ecr Regel
in höchstens etwa zwei Tagen beendet. Wenn das Trocknen beschleunigt werden soll,
lffißt sich durch Anwendung heizer Luftströme die Trocknungadauer auf 30 sec oder
weniger, zweckmäßigerweise 15 bis 20 sec, verringern. Selbstverständlich wird die
durchschnittliche Trocknungsdauer oder Erstarrungszeit auf den Bedarf des Verbrauchers
der Dichtungsmasse abgestellt.
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Der pH-Wert der fertigen Masse liegt in der egel auf der basischen
Seite, üblicherweise im Bereich von ,0 bis 10,0.
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Dieser Wert läßt sich durch Zusatz einer bestimmten Menge Säure oder
Base, in der Regel einer Base, gewährleisten.
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Eine gut geeignete Base stellt Diäthylamin, in der Regel in einer
Menge von etwa 0,3 bis 0,7%, dar.
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Die fertige Masse stellt eine einen hohen Feststoffgehalt aufweisende
Mischung auf wäßriger Grundlage dar, die sich insbesondere als Endstückdichtung
für Aerosole von Nahrungsmittel- und Nicht-Nahrungsmittelprodukten auf öliger oder
wäßriger Grundlage eignen. Durch Wahl eines geeignete ten Styrol/Butadien-Kautschuks
sehr hoher Mooney-Viskosität liefert das erhaltene Produkt eine nicht-vernetzte,
gummiartige Kautschukdichtung.
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Eine typische Dichtungsmasse gemäß der Erfindung besitzt folgende
physikalische Eigenschaften: Lösungsmittel: Wasser Aussehen in nasser Form: dunkelgrau
Aussehen in trockener Form: dunkelgrau Feststoffgehalt in Ge.-: 65,0 f 1,0 AschegehaCt
in Gew.-%: 46,55 snezifisches Gewicht in nasser Form: 1,306 spezifisches Gewicht
in trokkener Form: (berechnet) 1,474 Viskosität, ermittelt mit einem Brookfield-Viskosimeter
LVF bei 30 Upm: 3320 cps Nr. m Spindel (typisch) mit 12 Uptn 6500 cps Der Ausdruck
"Umgebungstemperatur" bedeutet im vorliegenden Fall Temperaturen in der Größenordnung
von 18,30 bis T"5,00C. Dabei handelt es sich um Temperaturen, bei denen Dichtungsmassen
gemäß der Erfindung während des Auftrags und bis zu einigen Tagen nach Applikation
auf das Dosenendstück oder den Dosendeckel bis zum merklichen Verfestigen ausgesetzt
werden können.
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Sofern überhaupt vorhanden, ist jeder Bestandteil der Dichtungsmasse
gemäß der Erfindung in einer Menge von mindestens etwa 0,1% vorhanden.
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Ein typisches Beispiel für eine Dichtungsmasse gemäß der Erfindung
besitzt folgende Zusammensetzung:
Gewichtsteile Styrol Butadien-Kautschuk-Latex
(70% Feststoffe 28,00 Wasser 24,40 Tetrakaliumpyrophosphat 0,10 Methyllaurat 0,50
Aluminiumsilikat (Kaolin) 36,00 Titandioxid (Rutil) 4,10 Lampenruß 0,35 Calciumcarbonat
16,00 45% Kaliumhydroxid 0,15 15%ige Lösung von Ammonillmkasein 2,50 Diäthylamin
0,40 butyliertes, atyrolisiertes p-Kresol 0,20 Kohlenwasserstoffharzemulsion (50
Feststoffgehalt) 5,00 gemischte Natriumarylalkylsulfate (30%) 3,00 Polymethylmethacrylatharz
säure 0,50 Insgesamt 115,20 Bei der Fertigstellung einer Dose wird eine ausreichende
Menge der erfindungsgemäßen Dichtungsmasse auf wäßriger Grundlage in die Rinne bzw.
Ausnehmung eines Dosenendstücks bzw. -deckels eingebracht und darin sich verfestigen
oder trocknen gelassen. Wie bereits erwähnt, ist (sind) zum Trocknen bei Umgebungstemperatur
ein Tag (zwei Tage) erforderlich. Während des Trocknungsvorgangs verdampft der wäßrige
Träger der Dichtungsmasse praktisch vollständig.
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Mit der (erstarrten bzw. trockenen) Dichtungsmasse versehene Dosenendstücke
oder -deckel können eine Zeit lang gelagert und dann in der gewünschten Weise bei
der Fertigstellung
der Dosen verwendet werden. Hierbei wird das
Dosenendstück bzw. der Metallendverschluß mit der darauf befindlichen festen Dichtungsmesse
an dem in typischer zeine zylindrischen Metallkörper der Dose befestigt und die
beiden stücke miteinander durch einen Doppelfalz verbunden. Hierbei ist die Dichtungsmasse
zwischen den beiden Metallstücken eingeschlossen. Bei aus drei Stücken bestehenden
Dosen wird die Doppelfalzung wiederholt, wobei zur Sicherung des anderen Endstücks
des Metallkörpers eine mit der Dichtungsmasse beaufschlagte Enddichtung verwendet
wird.
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Aus Bequemlichkeitsgründen sind (in den Patentansprüchen) die Mengen
an den einzelnen Bestandteilen der Dichtungsmasse gemäß der Erfindung in auf Trockengewicht
bezogenen "Gewichtsteilen" angegeben. Bei der Zubereitung einer Dichtungsmasse gemäß
der Erfindung kann man jedoch hndelsübliche wäßrige Lösungen oder Dispersionen der
einzelnen Bestanzteile verwenden.