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Die Erfindung betrifft die Dekoration
von kappenartigen Stöpseln,
die durch das Formen von Kunststoffen erhalten werden, wie zum Beispiel
auf Flaschen aufgeschraubte Kappenstöpsel, die ebenfalls aus Kunststoff
bestehen, für
Nahrungsmittel oder Mineralwasser, Getränke oder Ähnliches.
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Die Erfindung betrifft insbesondere
durch Heißpressformen
erhaltene, kappenartige Stöpsel.
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In der
US
5,947,311 ist ein Kunststoffverschluss und ein Verfahren
zur Herstellung eines solchen Kunststoffverschlusses für einen
Behälter
offenbart, der eine Mündung
mit einem oberen Flächenabschnitt,
einem zylindrischen Außenflächenabschnitt
und einem gekrümmten
Abschnitt an der Verbindungsstelle des oberen Flächenabschnittes und des Außenflächenabschnittes
aufweist. Der Verschluss weist eine Grundwand, einen Umfangsrand mit
einer Innenfläche,
und ein Gewinde auf der Innenfläche
des Randes auf, um den Behälter
in Eingriff zu nehmen. Die Grundwand weist eine ebene In nenfläche auf,
wobei eine formgepresste Deckschicht auf die ebene Oberfläche des
Kunststoffverschlusses formgepresst, und mit ihr verbunden wird. Der
Umfangsabschnitt der Deckschicht weist eine ringförmige, geneigte
Außenfläche auf.
Die geneigte Fläche
verjüngt
sich weg von der Grundwand des Verschlusses radial nach innen und
ist so positioniert, dass sie den oberen Flächenabschnitt des Abschlusses
und die Innenfläche
des Behälters
in Eingriff nimmt, und nicht mit der Außenfläche der Mündung des Behälters in
Eingriff steht.
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Diese Stöpsel müssen im Allgemeinen auf ihrem
flachen Oberteil mittels Siebdruck oder anderen bekannten Systemen
dekoriert werden. Das Aufbringen dieser im All-gemeinen aus dem Warenzeichen des Herstellers
oder anderen Aufschriften, welche die Eigenschaft des in der Flasche
enthaltenen Produktes erklären,
bestehenden Dekorationen ist ein durch die tatsächliche Form des Stöpsels verkomplizierter
Vorgang, was einen wesentlichen Einfluss auf dessen Endkosten ausübt.
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Die auf diese Weise aufgebrachten
Dekorationen sind auch von außen
einwirkenden Stoffen oder Stößen und
Abrieb ausgesetzt, und werden mit der Zeit oft unleserlich.
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Im Falle von mittels eines Einspritzvorgangs erhaltenen
Kappen wurde zur Beseitigung der zuvor erwähnten Nachteile vorgeschlagen,
eine Abdeckscheibe direkt in die Form einzuführen, in der die Kappen durch
den Einspritzvorgang geformt werden.
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Ein Beispiel für dieses Verfahren ist in der Europäischen Patentanmeldung
336269 in dem Namen von ALPLAST veranschaulicht.
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Beim Stand der Technik sind jedoch
Begrenzungen sowohl bei der Konstruktion als auch bei der Ausführung vorhanden,
die dessen Realisierung beträchtlich
begrenzen, wenn nicht sogar unmöglich machen.
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Zunächst ist das bekannte Verfahren
nur bei Spritzgießverfahren
anwendbar und in keinster Weise mit modernen Heißpressformverfahren kompatibel,
bei welchen der Formkern nach und nach überdeckt wird.
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Schließlich muss bei dem bekannten
Verfahren, wenn die Scheibe mehr als eine Werkstoffschicht aufweist,
diese vorher und separat vor ihrem Einführen in die Form ausgebildet
werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht
in dem Dekorieren des Oberteils der Verschlusskappe mittels eines
Pressverfahrens auf eine wirtschaftliche und sichere Art und Weise
bei verringerten Kosten.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung
besteht in dem Aufbringen der Dekoration, die gegen von außen einwirkende
Stoffe geschützt
ist, und somit über die
Zeit stabil bleibt.
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Eine weitere, aber nicht weniger
bedeutende Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass gleichzeitig
mit der Ausbildung der Dekoration oder davon getrennt eine Sperrschicht
ausgebildet wird, die sowohl gegen in der Atmosphäre vorhandene,
unerwünschte Stoffe,
als auch gegen in dem Behälter
vorhandene Gase, zum Beispiel O2, wirkt,
um deren Wanderung über
die Kappe nach außen
zu verhindern.
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Offenbarung
der Erfindung
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Diese Aufgaben werden gemäß der Erfindung
durch eine vorherige Anordnung der Dekoration auf einem geeigneten
Träger
in Form einer einschichtigen Scheibe gelöst, die in die den Stöpsel formende
Form, d. h. entweder in das Matrizenteil oder in das Patrizenteil
eingeführt
wird, wobei das Verfahren danach auf die gewöhnliche Art und Weise fortgeführt wird.
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Die die Dekoration tragende Scheibe
kann mit Schichten verbunden werden, die die Sperrschicht bilden,
und kann innerhalb der Form so positioniert werden, dass sie in
das Oberteil der Kappe eingebunden werden kann.
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Die mittels des Verfahrens der Erfindung
aufzubringenden, verschiedenen Schichten können auch unabhängig von
der Scheibe auf die Kappe aufgebracht werden, ohne dass eine mehrschichtige Scheibe
vorkonstruiert werden muss.
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Bei dem Werkstoff des Trägers, aus
dem die Scheibe besteht, handelt es sich vorzugsweise um denselben
wie bei dem Werkstoff, aus dem der Stöpsel besteht, oder um einen
damit kompatiblen Werkstoff.
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Ein geeigneter Klebstoff oder Bindehilfsmittel kann
auf der Seite des Trägers
vorgesehen sein, die mit dem Oberteil des Stöpsels in Kontakt kommen soll.
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Gemäß der Erfindung können eine
oder mehrere der mit der Scheibe verbundenen Schichten durch Beschichten
ausgebildet werden.
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Die Erfindung wird anhand der zusammenfassenden
Beschreibung des Formpressverfahrens offensichtlicher.
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Bei diesem Verfahren wird ein Teil
des Kunststoffes, wie zum Beispiel Propylenhomopolymer oder Copolymere
desselben, Polyethylen mit hoher Dichte, oder dgl. in verformbarem
Zustand in den Hohlraum einer passend temperaturgeregelten Form
eingespeist.
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Durch das Einführen des Stempels wird der Werkstoff
gezwungen, in den zwischen dem Stempel und dem Hohlraum erzeugten
Zwischenraum zu fließen,
bis dieser gefüllt
ist. Die Form des Hohlraumes und des Stempels ergänzen einander,
um jeweils die äußere und
innere Form der Kappe zu erzeugen.
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Beim Öffnen der Form bleibt die Kappe
auf dem Stempel, von dem sie auf verschiedene Arten abgestoßen werden
kann, die alle bekannt sind.
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Das beim Formpressen verwendete Verfahren
und die Einrichtungen sind einem Fachmann auf diesem Gebiet gut
bekannt, weshalb sie nicht weiter beschrieben werden.
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Gemäß der Erfindung wird ein dekorierter Träger in die
Basis des Formhohlraumes eingeführt, bevor
der Teil des Kunststoffes eingeleitet wird, der die Kappe bilden
soll.
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Praktischerweise liegt die Dekoration
dem Inneren des Hohlraumes gegenüber.
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Bei dem Werkstoff der Dekorationsträgerscheibe
handelt es sich praktischerweise um denselben wie bei dem Werkstoff
der Kappe, wobei jedoch Lösungen
mit Verwendung unterschiedlicher Werkstoffe anvisiert werden können, wobei
der Werkstoff durchsichtig, und somit die Dekoration nach der Formung
der Kappe sichtbar, jedoch gegen von außen einwirkende Stoffe geschützt ist.
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Die Dekoration kann mittels bekannter
Verfahren wie zum Beispiel Siebdruck, Offsetdruck oder anderer Verfahren
auf den Träger
aufgebracht werden.
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Die Erfindung stellt auch das Aufbringen
eines aus mehr als einer Schicht ausgebildeten Trägers bereit, wobei
in diesem Fall dieselben vollkommen aneinander haften, selbst wenn
die Dekoration auf ihrer Grenzfläche
vorhanden ist.
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Wenn die Kappe gegen flüchtige Stoffe
wie zum Beispiel CO2 enthaltende Flüssigkeiten
abdichten soll, umfasst die Erfindung eine Schicht, normalerweise
eine Zwischenschicht, die eine Sperrschicht gegen diese Gase oder
mögliche
andere Gase organischer Art bildet.
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Bei der gasundurchlässigen Schicht
handelt es sich um einen aus PVDC (Polyvinylidenchlorid); PA (Polyamid);
EVOH bzw. EVON (Polyvinylalkohol); PET (Polyethylenterephthalat);
PEN (Polyethylnaphthenat); Aluminium in Blechform oder vor Ort metallisiertem
oder auf einem Träger
metallisiertem Aluminium (zum Beispiel auf einem Polypropylenträger); oder
Polypropylenträgern
mit einer Schicht aus Siliziumoxiden ausgewählten Werkstoff.
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Zur Ausbildung der Sperrschicht sind
jedoch auch viele andere Werkstoffe geeignet. Die undurchlässige Schicht
kann vor Ort aufgetragen werden oder, was ziemlich häufig der
Fall ist, auf einem Träger
oder innerhalb dieses Trägers
vorhanden sein.
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Da die Werkstoffe, aus welchen die
undurchlässige
Schicht besteht, oftmals inkompatibel mit dem Werkstoff der Kappe
sind, wird oftmals eine Schicht bereitgestellt, die die Haftung
zwischen der undurchlässigen
Schicht und der daran angrenzenden Oberfläche des Werkstoffes der Kappe
ermöglicht,
wobei diese Schicht allgemein als Verbindungsschicht bekannt ist.
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Die Haftschicht besteht im Allgemeinen
aus speziellen Copolymeren mit chemischen Merkmalen, die zwischen
den zwei Schichten liegen, und deren Art von den Schichten selbst
abhängig
ist. In einigen Fällen
ist zum Beispiel eine Siliziumschicht auf einem PP-Träger, eine
Haftschicht zwischen dem Träger und
dem Oxid nicht notwendig.
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In dieser Hinsicht sind Verfahren
bekannt, (wie zum Beispiel in diesem Fall die Ablagerung durch Plasmabehandlung),
wobei die Oberfläche
des Trägers
verändert
wird (durch diese Behandlung), woraufhin eine Ablagerung von Siliziumoxid
folgt.
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In diesen Fällen muss eine Haftschicht
eingefügt
werden, wenn eine direkte Haftung des Siliziumoxids auf der Kappe
erforderlich ist.
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Es ist interessant zu bemerken, dass
bei einem mit Siliziumoxid bedeckten (oder metallisierten) Polypropylensubstrat
die Haftschicht entbehrlich ist, wenn der Polyproylenteil dem Kunststoff
direkt gegenüberliegt.
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Wenn die Scheibe auf der Außenseite
der Kappe positioniert wird, durchläuft der die Sperrschicht kennzeichnende
Teil einen Abriebvorgang, wobei dies ein negativer Faktor ist. Wenn
die Scheibe jedoch im Inneren der Kappe positioniert wird, ist das Haftungsproblem
be seitigt. Hygroskopische Werkstoffe wie zum Beispiel EVOH, die
ihre Sperrschichtmerkmale dann zeigen, wenn sich die zurückgehaltene
Feuchtigkeit erhöht,
können
nicht als äußere Sperrschichtwerkstoffe
verwendet werden. Diese Werkstoffe zeigen ihre Funktion dann, wenn
sie innerhalb von Strukturen mit höheren Feuchtigkeitssperrschichteigenschaften
positioniert werden.
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Im Allgemeinen ist es jedoch vorteilhaft
für die
Grenzschichten, unabhängig
davon, ob sie hygroskopisch sind oder nicht, wenn sie zwischen den anderen
Schichten positioniert sind. Die Wahl der Art des Haftstoffes wird
stark von den zu behandelnden Substraten beeinflusst. Die Haftschicht
wird auch innerhalb des Substrates verwendet, um Haftung zwischen
den verschiedenen Substraten bereitzustellen.
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So kann zum Beispiel die Haftung
zwischen einer PPund einer EVOH-Schicht durch die Verwendung von
PPgMAH (mit Malein-Anhydrid gepfropftes Polypropylen), LDPEg-MAH (mit Malein-Anhydrid gepropftes
Polypropylen mit niedriger Dichte), oder LLDPEgMAH (mit Malein-Anhydrid
gepfropftes, lineares Polyethylen mit niedriger Dichte) erreicht
werden.
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Für
die äußerste Schicht
kann anstatt des Polypropylen- oder Coplymerfilmes ein Film verwendet
werden, der anstatt aus dem verwendeten PP aus einem anderen Kunststoff,
wie zum Beispiel PET, PEN usw., oder aus einer Lack- oder Lackfarbenschicht
besteht, die direkt auf die darunter liegende Schicht aus gasundurchlässigem Werkstoff
aufgebracht wird.
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Die Lack- oder Lackfarbe wird mittels
gewöhnlicher
Verfahren aufgebracht, zum Beispiel mittels Offset-, Siebdruck oder
mittels tampografischer Druckverfahren oder dgl. Was die innerste
Schicht betrifft, d. h. diejenige, die mit der Kappe in Kontakt kommen
soll, kann praktischerweise ein kompatibler Werkstoff anstatt des
Werkstoffes verwendet werden, der identisch mit demjenigen ist,
aus dem die Kappe geformt wird.
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Wenn der Kappenwerkstoff zum Beispiel
Polyproylen, SBS (Styrolbutatienstyrol), Gummi oder SEBS (Styrolethylenbutadienstyrol)
ist, kann das Gummi für
die innere Schicht verwendet werden.
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Für
die innerste Schicht kann ein auf ULDPE (Polyethylen mit sehr niedriger
Dichte) basierender Kunststoff verwendet werden. Hierbei ist die
Kompatibilität
des Werkstoffes der inneren Schicht mit dem Werkstoff der Kappe
von Bedeutung.
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In dieser Hinsicht ist dann, wenn
die zwei Werkstoffe kompatibel sind, Haftung zwischen denselben
durch Mikrofusion (wobei dies während
dem Formen der Kappe geschieht), und folglich eine Verbindung des
Oberteils der mit der Kappe in Kontakt befindlichen, inneren Schicht
möglich.
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Ein mehrschichtiger Dekorationsträger kann auch
aus einer Metallzwischenschicht, zum Beispiel Aluminium, mit einer
Dicke zwischen 0,01 mm und 0,1 mm ausgebildet werden, wobei dieser
die Dekoration in Form eines Lithografie-, eines Siebdruckes oder
dgl. tragen kann, und zwischen zwei mittels Lackieren oder Coextrusion
ausgebildeten Schichten liegt.
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Nachfolgend werden verschiedene Beispiele von
Kappen mittels eines nicht begrenzenden Beispiels beschrieben, die
in den Figuren der dazugehörigen
Zeichnungen veranschaulicht sind, die mittels des Verfahrens der
Erfindung konstruiert wurden, wobei:
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In 1A bis 1E eine erste Ausführung des Verfahrens
dargestellt ist.
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In 2A bis 2E eine zweite Ausführung des Verfahrens
dargestellt ist.
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In 3A bis 3E eine dritte Ausführung des Verfahrens
dargestellt ist.
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In 4A bis 4E eine vierte Ausführung des Verfahrens
dargestellt ist.
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In 5A bis 5E eine fünfte Ausführung des Verfahrens dargestellt
ist.
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6A ein
Diagramm ist, in dem das Haftvermögen des Trägers als eine Funktion der
Temperatur dargestellt ist.
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6B ein
Diagramm ist, in dem das Haftvermögen des Trägers als eine Funktion der
Kontaktzeit dargestellt ist.
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6C ein
Diagramm ist, in dem das Haftvermögen des Trägers als eine Funktion des
Druckes innerhalb der Form dargestellt ist.
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Unter Bezugnahme auf 1A bis 1E ist
in diesen eine Scheibe 1 aus durchsichtigem Monowerkstoff
dargestellt, wobei eine Seite derselben mit gewöhnlichen Mitteln wie zum Beispiel
Siebdruck, Tampografie oder Einfärbung
bedruckt wird.
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Die Scheibendicke liegt zwischen
0,01 mm und 0,4 mm, vorzugsweise mindestens 0,03 mm, um eine bessere
mechanische Beständigkeit
in Bezug auf deren Positionierung und Formung zu erhalten, und aus
Gründen
der Kostenbegrenzung nicht über 0,3
mm.
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Die Scheibe ruht mittels mechanischer
Einrichtungen auf der Basis des Formhohlraumes, wobei die Seite,
die den Aufdruck trägt
und mit dem Oberteil der Kappe in Kontakt kommen soll, dem Inneren
des Hohlraumes gegenüberliegt.
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Nachdem die Scheibe positioniert
wurde, wird eine Menge des synthetischen Werkstoffes 3, zum
Beispiel Polypropylen, in weichem Zustand in dem Hohlraum positioniert,
und dann der Stempel 4 abgesenkt (1B), um zu veranlassen, dass der synthetische
Werkstoff in den Zwischenraum zwischen dem Stempel und dem Hohlraum
läuft,
und die Kappe 5 bildet (1C).
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Die Scheibe 1 wird von einem
ununterbrochen dekorierten Film getrennt.
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Der Teil des Polyproylens, der die
Kappe bilden soll, weist im Allgemeinen eine Temperatur von mehr
als 165°C
auf, und befindet sich deshalb praktisch in geschmolzenem Zustand
und schmilzt den Film, aus dem der Träger besteht, oder zumindest
die Grenzfläche
zwischen dem Träger
und der Kappe, so dass die zwei Werkstoffe aneinander haften.
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Das Haftvermögen des Trägers an der Kappe erhöht sich
mit der Temperatur des Teils des geschmolzenen Polypropylens, welches
die Kappe bilden soll, und bleibt praktisch über einen Teil konstant und
nimmt dann langsam ab. Die Temperatur, bis zu der sich die Haftung
erhöht,
und die Temperatur, ab der die Haftung abnimmt, ist von der Art
des Werkstoffes, seiner Fluidität,
vorhandenen Zusätzen,
seiner thermischen Stabilität
und dem Werkstoff der Trägerscheibe
abhängig.
Das Haftvermögen
ist auch proportional zu dem Formungsdruck, der 10.000 bar erreichen
kann.
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Beim Erreichen eines zuvor festgelegten Druckes
bleibt das Haftvermögen
jedoch konstant. Dieser Druck ist hauptsächlich eine Funktion der Viskosität und der
Temperatur des Polypropylens.
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Die Zeitdauer, über welche der Druck aufrechterhalten
wird, beeinflusst das Haftvermögen ebenfalls
positiv, bis ein Wert erreicht ist, bei dessen Überschreiten dieser einflusslos
wird.
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Dieser Wert kann Indikativ zwischen
0,1 und 10 Sekunden liegen, wobei der Wert hauptsächlich von
dem Werkstoff, der Kappendicke und der Kappenabkühlrate abhängig ist.
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Bei der Steuerung des Verfahrens
wurde darauf geachtet, dass vor dem Absinken der Temperatur der
Form genügend
Haftung des Trägers
erreicht wird, um die zur Formung der Kappe notwendige Verfestigung
zu veranlassen.
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Die geformte Kappe weist ein dekoriertes Oberteil
auf, wobei zwischen ihr und dem Träger keinerlei Werkstoffunterbrechung
sichtbar ist.
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Wie anhand von 1D und 1E ersichtlich ist,
wird dann ein Teil 6 des Werkstoffes, der in der Lage ist,
eine Dichtung 7 zu erzeugen, in die bereits geformte Kappe
mit ihrer einen Aufdruck tragenden Scheibe 1 eingeführt, und
dann zwecks Formpressen der Einwirkung eines Stempels 8 ausgesetzt.
Manchmal wird eine eingefügte
Dichtung bevorzugt.
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Bei der in 2A bis 2E dargestellten
Ausführung
wird das gleiche Verfahren wie bei der Ausführung von 1A bis 1E durchgeführt, wobei
der einzige Unterschied darin besteht, dass die Scheibe auf die
Basis des Stempels 4 aufgebracht, und durch elektrostatische
oder pneumatische Mittel zurückgehalten
wird. In diesem Fall ist die Erfindung als ein hervorragender Träger für Preisangebots-Werbeaktionen
oder Wettbewerbe geeignet, wenn die Dichtung entweder eingefügt ist oder
nicht an der Scheibe haftet, da das Ergebnis einfach durch Entfernen
der Dichtung sofort erhalten wird.
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In 3A bis 3E ist eine Ausführung dargestellt,
bei der eine Scheibe 1 wie in den vorangegangenen Fällen in
eine bereits durch Formpressen geformte Kappe 5 eingeführt, dann
wie im vorangegangenen Fall mittels des Teils 6 eine Dichtung 7 geformt wird,
wobei deren Zweck darin besteht, die Scheibe 1 in ihrer
Position zu halten. In diesem Fall ist es nicht wesentlich, als
Scheibenwerkstoff ein Werkstoff kompatibles Polypropylen zu verwenden,
da der Zweck der Dichtung darin besteht, die Scheibe in ihrer Position
zu halten.
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In diesem Fall kann die Dichtung
sowohl auf der mit der Kappe in Kontakt befindlichen Seite, als auch
auf der gegenüberliegenden
Seite dekoriert werden.
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Wenn die Scheibe nur an der Dichtung
oder weder an der Dichtung, noch an der Kappe haftet, wird sie zu
einem möglichen
Träger
für Preisangebots-Werbeaktionen
und Wettbewerbe.
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Unter Bezugnahme auf 4A bis 4E wird das
gleiche Verfahren wie bei der Ausführung von 1A bis 1E durchgeführt, wobei
der Unterschied darin besteht, dass in den Formhohlraum 2 eine
zum Beispiel mittels Vorformen eines PVC-, PET-, PP- oder anderen
Filmes vorgeformte Kappe 9 eingefügt wurde, die am Ende des Verfahrens
einen Außenüberzug für die durch
Formpressen erhaltene Kappe 5 bildet.
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Der Zweck der vorgeformten Kappe
besteht nicht nur in der Bereitstellung einer komplexeren Dekoration,
sondern auch einer Kappe, die sich bei Berührung anders anfühlt.
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Bei der in 5A bis 5E dargestellten
Ausführung
wird das gleiche Verfahren wie bei der Ausführung von 1A bis 1E durchgeführt, wobei
der einzige Unterschied darin besteht, dass die Scheibe 10 anstatt
aus Polypropylen aus einer Schicht besteht, die durch direkt auf
der Innenseite oder Außenseite
des Kappenoberteils durchgeführte
Lackierungsvorgänge
erhalten wird.
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Wenn die mittels des Lackierungsvorgangs aufgetragene
Schicht auf der Innenseite des Kappenoberteils angeordnet ist, kann
sie auf einer Aluminiumschicht aufgetragen werden. Diese letztere
kann durch ein Metalli sierungsverfahren erhalten werden. Die Dekorationen
werden vor dem Lackieren auf der Metallschicht angeordnet.
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Diese Konzepte können auch für Kappen verwendet werden,
die aus anderen thermoplastischen Werkstoffen als Polypropylen,
wie zum Beispiel Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), Polyethylen
mit niedriger Dichte (LDPE), Polyethylenterephthalat (PETP, PET),
usw. hergestellt sind.
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Bei kompatiblen Trägern müssen diese
auf der Grundlage des Kappenwerkstoffes ausgewählt werden. Über verschiedene,
auf dem berücksichtigten
thermoplastischen Werkstoff basierende, kompatible Werkstoffe wird
in der Literatur berichtet.