EP4408931A1 - Dichtungsmaterial für gefässverschlüsse - Google Patents
Dichtungsmaterial für gefässverschlüsseInfo
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- EP4408931A1 EP4408931A1 EP21835963.6A EP21835963A EP4408931A1 EP 4408931 A1 EP4408931 A1 EP 4408931A1 EP 21835963 A EP21835963 A EP 21835963A EP 4408931 A1 EP4408931 A1 EP 4408931A1
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Classifications
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- C08L2205/03—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend
Definitions
- the invention relates to a PVC-free vessel closure seal according to the preamble of patent claim 1.
- the vascular occlusions affected here usually have an opening width of at least 35 mm, e.g. B. 38 mm or more, z. B. 82 mm and above.
- Cam closures may have 4, 5 or more than 5 cams.
- the prescribed examination method EN 1186 for evaluating migration postulates that this is complete after 10 days of storage at 40°C.
- analytical practice teaches that this is not the case in the case of plasticized PVC, so that under real conditions of storing glass jars within the best before date, the tolerated global migration of up to 60 mg per kg of food or the specific migration limit values
- PVC-containing compounds in packaging materials.
- halogenated plastics produce acidic gases which are harmful if released into the atmosphere.
- even small amounts of PVC interfere with the mechanical recycling of plastic waste.
- PVC-based sealing elements require the use of plasticizers, which are also of concern because of the unacceptable change in the food.
- plasticizers, additives and their decomposition products used in PVC seals examples are 2-ethylhexanoic acid, which often comes from stabilizers, and semicarbazide, which can be formed from exothermic blowing agents such as azodicarbonamide.
- a problem with polymer-based vessel closure seals is often the migration of seal components into the filling. Migration problems arise particularly frequently with filling goods containing fat or oil, since the migrating substances such as e.g. B. emollients and extenders are often fat-soluble.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The extent of any migration observed is measured using methods as defined in DIN EN 1186 in particular. Such methods also find application in the context of the present invention.
- PVC-free compounds are used.
- migration can be largely or completely avoided by dispensing with liquid components and/or by using polymers that are less susceptible to migration, as well as other measures.
- components that are liquid at the application temperature such as extenders and/or plasticizers (preferably white oil), are usually added to them.
- extenders and/or plasticizers preferably white oil
- lubricants and components that are liquid at 20°C are essentially dispensed with, since they can promote migration.
- the seal can be cut through during mechanical closing processes if the closing path is very short and the machine can only be adjusted to a limited extent.
- the processing time does not lead to sufficient heating of the cap, which in turn results in insufficient embedding of the glass finish in the sealant and thus poses a risk of leaking containers (vacuum loss after capping or in the further course of the after-treatment or during transport and storage of the sales container).
- the surface of the seal becomes sticky at relevant POE contents, which can lead to increased opening values.
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) e.g. B. It should be able to be used under pasteurization conditions and comply with the limits of migration in contact with fat.
- seals should have opening torques that are as low as possible to allow easy opening of rotary fasteners such as cam rotary fasteners, PT fasteners and other rotary fasteners. It must be ensured that the closure is not opened unintentionally, which is why the opening value cannot be too low.
- the opening torques of seals containing PVC are often in the range of 4.8 - 6.2 Nm (42-55 inch.lbs) or more.
- Sophisticated Orbit® closures (where 2010136414 A1), with PVC based seals designed to reduce the torque required to open, are less than 4Nm.
- typical opening values for Twist Off® closures are 4.3-5.1 Nm.
- a lower opening value would also be advantageous for PVC-free closures, in order to make it easier for older consumers in particular to open this type of packaging.
- the seal of the invention preferably comprises a polymer compound that is introduced into a closure blank made of metal or plastic in a thermally sufficiently flowable form and there is brought into the desired shape by stamping or the like, which it retains after cooling.
- the finished seal usually consists entirely of the polymer compound.
- Machines for the corresponding manufacturing processes are e.g. B. available from SACMI.
- the sealing element is designed in a similar manner, preferably as an insert in the form of a ring disk, over the entire surface of the inner surface of the vessel closure, as is also the case with known screw caps.
- vascular closure blank made of metal which has a suitable paint system on its inside. With a plastic vessel closure, this pre-treatment is not necessary.
- the paint system usually consists of a base coat and an adhesion coat, both of which can be based on an epoxy-phenolic resin system or (usually for regulatory reasons) polyesters.
- paint systems from ACTEGA Rhenania base paint TPE279 with adhesive paint TPE 1500 or ACTEcoat® TPE 515 with ACTEbond® TPE-655-MF are suitable for this purpose, to which the compounds most preferred according to the invention adhere particularly well.
- a suitable primer coating can be applied by lamination, lining or possibly also by co-extrusion.
- the polymer material that is to form the seal is applied to the inside of the pretreated blank in a form that has been rendered thermally flowable.
- Extrusion is particularly suitable for this purpose, in which the sealing compound is introduced in the temperature range between 100 °C and 260 °C.
- Extrusion can take place approximately in the middle of the inner surface of the blank if the sealing insert is to be designed in the shape of a circular disk.
- the polymer material for extrusion is metered by scraping off a defined amount of the polymer compound at a nozzle.
- the sealing element is then preferably made from the extruded, still flowable material
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) formed by appropriate stamping (similar to the well-known compression molding process).
- sealing element in the known bottle closures is usually designed as a circular disc on the inside of the jar closure
- the plant technology required for this is also commercially available.
- the sealing element can be formed outside of the closure or closure blank by stamping a suitable polymer material and then introduced into the closure or closure blank. This method is also known by SACMI as outshell molding.
- the material of the sealing insert comprises a polymeric component which comprises at least two different polymers, namely at least one OBC and at least one co-PP or comparable polyolefin.
- the properties of this main polymeric component can be suitably modified by admixing other components, for example other polymers.
- the invention thus departs from the concept known from EP 09 756 681, according to which the desired seal or the polymer compound of the seal must contain a POE.
- a POE is not necessarily and preferably not at all contained in the seal according to the invention.
- the seal does not contain any analytically detectable content of POEs.
- the polymer compound additionally comprises at least one polyolefin, specifically a co-PP and/or a relatively soft polyethylene or co-polyethylene, preferably with a hardness of less than Sh D 40.
- the polyolefin has the lowest possible degree of crystallinity, which we will discuss further below.
- the polyolefin can often be replaced by another polymer with similar physical properties.
- the polymer compound can optionally contain other polymers.
- the polymer compound does not contain any analytically detectable content of TPS, e.g. B. SEBS or SEEPS.
- TPS analytically detectable content
- the material of the sealing insert has only very low and particularly preferably no content of components that are liquid at the application temperature. This measure also reduces the tendency to migrate.
- the application temperature is usually the same as the ambient temperature, i.e. in the range of normal ambient temperatures outdoors or in heated rooms. Typically the application temperature is 20°C.
- the material of the sealing insert has only a small amount or preferably no content at all of liquid extenders such as white oil in particular.
- the material preferably contains no more than 10%, preferably no more than 7%, in particular no more than 4% and particularly preferably no more than 1% of lubricants, in particular those which, in a migration test at 40°C for 10 days, are limited in pass over the greasy filling.
- the material contains no components at all that are liquid at 20° C. and also no common plasticizers within the analytical limits of determination given at the time of application.
- Polymer compounds according to the invention generally have a Shore A hardness at 70° C. of between 30 and 85, more specifically between 40 and 75, particularly preferably between 45 and 65. The lower the hardness, the easier it is to apply the closures. When used on steam vacuum capping machines there is an increased risk of cuts if the hardness is below Shore A 30 at 70°C. Above Shore A 85 there is an increased risk that sealing will not succeed.
- a valuable technique for characterizing the mechanical properties of elastic polymeric materials is the anisothermal stress relaxation test (AISR method).
- AISR method anisothermal stress relaxation test
- VENNEMANN e.g. in the article "Practical Testing of TPEs”
- T90 50% introduced stress
- the thermal stability of the tested material is greater, the higher the determined limit temperature T90 is.
- the "TSSR-Meter” from Brabender Messtechnik is suitable for carrying out the measuring method. This method serves as a replacement or supplement to
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) known (and standardized) determination of the compression set compression set and provides data that correlate with the elasticity of the polymer material.
- the T90 value shows the temperature at which the initial stress introduced by an elongation of 50% has decreased by 90%, i.e. at a certain temperature the sealant or compound only has 10% stress.
- All compounds according to the invention have T90 values of at least 80.degree.
- the T90 values can be used to determine whether there are no cuts during the capping process with the steam vacuum capping machine with low Shore A less than 40 at 70°C or TSSR initial forces at 10N and T90 at 80°C.
- the peak crystallization temperature and the total crystallization enthalpy related to the weight is determined by DSC measurement (dynamic scanning calorimetry) from the first cooling curve.
- DSC measurement dynamic scanning calorimetry
- the rules for this are described in the ISO 11357 standard and its sub-chapters (especially ISO11357-3).
- the sizes were measured using a DSC1 system from Mettler Toledo. For this evaluation, the practice-relevant temperature window of 10-180°C is considered.
- the invention prefers the use of polymers that have low degrees of crystallinity, while particularly crystalline polymers such as homo-PP, LLDPE, LDPE and HDPE are preferably not used at all or only to a reduced extent.
- Preferred polymer compounds have a specific total crystallization enthalpy above room temperature of less than 50 J/g, particularly preferably at most 40 J/g, more preferably at most 30 J/g. Total crystallization enthalpies of less than 15 J/g are achievable, especially when corresponding co-PPs are used.
- the OBCs used according to the invention are preferably polyethylene/polyoctene OBCs with an MFI (2.16 kg/190° C.) of at most 15, preferably at most 2 g/10 min and the highest melting points of less than 130°C.
- the Shore A hardness is preferably between 50 and 75.
- the amount of (total) OBC used in the compound is preferably generally 20%-70%, preferably 30% to 65%, particularly preferably 35% to 60%.
- the specific enthalpy of fusion of the OBC is preferably at most 30, particularly preferably at most 25 J/g.
- Preferred OBCs are available under the tradename INFUSE® from Dow.
- Preferred co-PPs have a Shore D hardness of less than 55, preferably below 45, particularly preferably below 40.
- the Shore D hardness is preferably greater than 15, better greater than 20, particularly preferably greater than 30.
- co-PPs with an MFR (2.16kg/230°C) of at least 0.1, more especially at least 0.3 and even more especially at least 0.5, and at most 15, more especially at most 12 and even more especially at most 10 g/10min.
- the melting point of the co-PP is preferably below 165°C, more preferably below 160°C, most preferably below 150°C.
- the amount of co-PP used in the compound is preferably generally 5% by weight to 65% by weight. Higher levels are possible.
- the co-PP preferably has low crystallinity with a relatively high melting point.
- Preferred co-PPs have a total crystallization enthalpy of less than 50 J/g, with melting points above 135°C, or even above 160°C.
- the co-PP can be replaced in whole or in part by other polymers, for example by LLDPE or ethylene-alkylene copolymers such as Stamylex from Borealis, especially those having a melting point higher than 100°C.
- Products such as Stamylex can be distinguished from "classic" POEs or POPs by their density. According to this, it is only a POE within the meaning of the invention if the density is below 0.9 g/cm 3. Ethylene copolymers, In particular, ethylene-octene copolymers with a density of 0.9 g/cm 3 and more are not POEs in the context of this invention and can therefore be used in formulations according to the claims.
- Such copolymers which can be used according to the invention are also distinguished by melting points above 100° C., determined using DSC according to ISO 11357-3
- the sealing materials according to the invention can withstand pasteurization of up to 100°C for up to 60 minutes, starting from a hot filling of at least 60°C in a maximum of 10 minutes and at least 1 minute.
- the hot filling, starting from 60°C can in Steps of 5° up to 100°C in 60 min.
- pigments can also be added to the formulations of the compounds.
- Inorganic pigments are preferably chosen in order to preclude pigment migration. It has also been shown that the
- SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
- additives such as (unsaturated) fatty acid amides, waxes, silicones and other customary additives can be added to polymer compounds, for example to improve processing and performance properties.
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Abstract
Gefässverschlussdichtung, insbesondere für fetthaltige Füllgüter, umfassend ein Polymercompound, aus dem die Dichtung im Wesentlichen oder ganz besteht, wobei das Polymercompound PVC-frei ist und wenigstens ein OBC sowie wenigstens ein co-PP umfasst, aber im Wesentlichen kein POE und kein homo-PP umfasst, und das Polymercompound eine Shore A – Härte bei 70°C zwischen 30 und 85 und einen MFI (5kg/190°C) von weniger als 20g/10 min. aufweist sowie eine spezifische Schmelzenthalpie bestimmt gemäss ISO 11357-3 von maximal 50 J/g aufweist.
Description
Dichtungsmaterial für Gefässverschlüsse
Patentbeschreibung
Die Erfindung betrifft eine PVC-freie Gefässverschlussdichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Größere Gefässverschlüsse der hier betrachteten Art sind insbesondere Nockendrehverschlüsse, die typischerweise zum Verschluss von Schraubdeckelgläsern für Nahrungsmittel oder Getränke verwendet werden. Bei diesen Nahrungsmitteln handelt es sich oft um fetthaltige Produkte wie z.B. Fertignahrung, Saucen, Feinkost, Fisch in Öl, Antipasti, Gewürzpasten und dergleichen, deren Gehalt an Fetten bzw. Ölen die Gefahr erhöht, dass fettlösliche Bestandteile des Verpackungsmaterials sich im Nahrungsmittel lösen.
Besonders relevant sind diese Anforderungen auch bei Babynahrung, die typischerweise in Gläsern mit Press-On Twist-Off-® - Verschlüssen (hier auch als PT-Verschlüsse oder PT-Kappen bezeichnet) verkauft wird.
Die hier betroffenen Gefässverschlüsse haben meist eine Öffnungsweite von mindestens 35 mm, z. B. 38 mm oder mehr, z. B. 82 mm und darüber. Nockendrehverschlüsse haben dabei ggf. 4, 5 oder mehr als 5 Nocken.
Herkömmliche Gefässverschlüsse auf PVC-Basis zeigen günstige Dichtungseigenschaften. Auf Basis der Weich-PVC-Technologie lassen sich dabei auch migrationsärmere Dichtungsmassen formulieren, die häufig Polyadipate einsetzen. Diese neigen aufgrund ihres Molekulargewichts weniger zur Migration.
Die vorgeschriebene Untersuchungsmethode EN 1186 zur Bewertung der Migration postuliert, dass diese nach 10 Tagen Lagerung bei 40°C abgeschlossen ist. Die analytische Praxis lehrt jedoch, dass dies im Falle von weichgemachtem PVC nicht der Fall ist, so dass unter realen Bedingungen der Aufbewahrung von Glaskonserven innerhalb der Mindesthaltbarkeit die tolerierte Globalmigration von bis zu 60 mg je kg Lebensmittel bzw. die spezifischen Migrationsgrenzwerte
ERSATZBLATT (REGEL 26)
von Weichmachern in vornehmlich ölhaltige Lebensmittel zum Teil deutlich überschritten wird.
Weiterhin ist es unerwünscht, PVC-haltige Compounds in Verpackungsmaterialien einzusetzen. Bei der üblichen Verbrennung von Haushaltsabfall entstehen aus Halogenkunststoffen säurehaltige Gase, deren Entweichen in die Atmosphäre schädlich ist. Zudem stören schon geringe Mengen PVC das werkstoffliche Recycling von Kunststoffabfällen. Außerdem erfordern solche PVC-basierenden Dichtungselemente den Einsatz von Weichmachern, die aus Gründen der unvertretbaren Veränderung des Lebensmittels ebenfalls bedenklich sind. Weiterhin hat es in den letzten Jahren eine öffentliche Diskussion um in PVC-Dichtungen eingesetzte Weichmacher, Additive und deren Zersetzungsprodukte gegeben. Beispiele sind hierfür die 2- Ethylhexansäure, die häufig aus Stabilisatoren stammt und Semicarbazid, dass aus exothermen Treibmitteln wie Azodicarbonamid gebildet werden kann. Diese Substanzen wurden auch in Füllgütern bei amtlichen Kontrollen gefunden und deren Gegenwart beanstandet.
Es besteht daher Bedarf für PVC-freie Gefässverschlussdichtungen, die den günstigen Eigenschaften der bekannten PVC-haltigen Dichtungen möglichst nahekommen.
Ein Problem bei Gefässverschlussdichtungen auf Polymerbasis ist oft die Migration von Dichtungsbestandteilen in das Füllgut. Migrationsprobleme ergeben sich besonders häufig bei fett- oder ölhaltigen Füllgütern, da die migrierenden Stoffe wie z. B. Weichmacher und Streckmittel oft fettlöslich sind.
Die Migration von Bestandteilen der Verpackung (zu der gegebenenfalls auch die Dichtungseinlage des Gefässverschlusses gehört) in das Nahrungsmittel ist nicht nur generell unerwünscht, sondern auch durch gesetzliche Bestimmungen scharf reglementiert. Beispiele solcher Bestimmungen sind die EG-Verordnungen 1935/2004, 2023/2006, (EU) 10/2011, einschließlich der Ergänzungen (EU) 321/2011, (EU) 1282/2011, (EU) 1183/2012, (EU) 202/2014, (EU) 174/2015, (EU) 2016/1416, (EU) 2017/752, (EU) 2018/79, (EU) 2018/213, (EU) 2018/831, (EU) 2019/37 und (EU) 2019/1338. Zurzeit sind Höchstmengen von maximal 60 ppm an migrierenden Bestandteilen zugelassen.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Die Messung des Ausmaßes der gegebenenfalls beobachteten Migration erfolgt mittels Verfahren, wie sie insbesondere in der DIN EN 1186 definiert sind. Solche Verfahren finden auch im Kontext der vorliegenden Erfindung Anwendung.
Es ist kein triviales Problem, Gefässverschlüsse der hier betrachteten Art mit PVC-freien Dichtungseinlagen zu versehen, wenn diese Verschlüsse den genannten Bestimmungen hinsichtlich der eventuellen Migration ihrer chemischen Bestandteile entsprechen müssen. Ebenso muss die Dichtungsfunktion unter Abfüllbedingungen gewährleistet sein.
Erfindungsgemäß werden PVC-freie Compounds verwendet. In dem erfindungsgemäßen Produkt kann die Migration durch den Verzicht auf flüssige Bestandteile und/oder durch den Einsatz weniger migrationsanfälliger Polymere sowie weitere Maßnahmen weitgehend oder völlig vermieden werden.
Dabei sind die Anforderungen an die Dichtungs-Materialien bei Gefässverschlüssen für größere Innendurchmesser (von wenigstens 35 mm) der Gefässöffnung schon wegen der relativ größeren Materialmengen in der Dichtung anspruchsvoller. Für solche Einsatzzwecke kommt es besonders darauf an, eine ausreichende Fließfähigkeit des Polymermaterials bei der Herstellung des Dichtungselementes zu verbinden mit ausreichenden Dichtungseigenschaften im verschlossenen Zustand; hierzu gehört auch die heute erforderliche Dichtigkeit gegenüber dem Eindringen bzw. dem Entweichen von Gasen, gegebenenfalls kombiniert mit einer Überdruckventilwirkung, die das Platzen des Gefässes beim Erwärmen oder bei der Entwicklung von Überdruck im Gefäss aus anderen Gründen verhindert. Zudem wird aber gerade für die typischen Einsatzzwecke von Gefässen mit größeren Öffnungsdurchmessern (beispielsweise Konserven) verlangt, dass das Dichtungselement auch unter Pasteurisierung- und ggf. sogar Sterilisierungsbedingungen einsetzbar ist.
Ein sehr relevantes Problem gerade bei Gefässverschlüssen mit großen Durchmessern ist zudem der Widerstand, den der Verschluss (besonders unter Vakuum) dem Öffnen entgegensetzt. Dieser Widerstand sollte möglichst klein sein, ohne aber die Sicherheit der Dichtung zu kompromittieren.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Bei all diesen Charakteristika müssen die Dichtungen auch den oben genannten Anforderungen hinsichtlich der eventuellen Migration chemischer Bestandteile entsprechen.
Eine inzwischen erfolgreich eingeführte Lösung dieser Probleme ist in unserer Anmeldung EP 09 756 681, jetzt Patent EP 2 470 435, offenbart. Die dort beschriebene Dichtung ist PVC-frei und basiert auf einer Kombination von wenigstens einem Olefin-Block-Copolymer (OBC) mit wenigstens einem Polyolefin-Elastomer (POE), High Density Polyethylen (HDPE) oder Polypropylen bzw. Propylen-Copolymer ((co-)PP). Sie soll kein TPS enthalten. Die Shore A - Härte liegt zwischen 45 und 95, der DVR liegt zwischen 30% und 90%.
Um die Verarbeitung herkömmlicher Compounds zu erleichtern, werden diesen üblicherweise bei Anwendungstemperatur flüssige Komponenten wie Streckmittel und/oder Weichmacher (vorzugsweise Weissöl) zugesetzt. Auf Gleitmittel und bei 20°C flüssige Bestandteile wird bei der bekannten Rezeptur jedoch im Wesentlichen verzichtet, da sie die Migration befördern können.
Dieses bekannte Produkt eignet sich hervorragend für viele Anwendungen, ist aber für einige Verwendungen noch verbesserungsfähig. So kann es bei maschinellen Verschließvorgängen zu Durchschneidungen der Dichtung kommen, wenn der Schließweg sehr kurz und die Maschine nur beschränkt einstellbar ist. Im anderen Extrem kann es bei sehr schnell laufenden Verschließanlagen gelegentlich vorkommen, dass die Verarbeitungszeit nicht zum ausreichenden Aufwärmen des Verschlusses führt, was wiederum eine unzureichende Einbettung der Glasmündung in der Dichtungsmasse zur Folge hat und damit ein Risiko für undichte Gebinde darstellt (Vakuumverlust nach dem Verschließen oder im weiteren Verlauf der Nachbehandlung oder bei Transport und Lagerung der Verkaufsgebinde).
Zudem wird die Oberfläche der Dichtung bei relevanten POE-Gehalten klebrig, was zu erhöhten Öffnungswerten führen kann.
Es wäre daher wünschenswert, über eine Dichtung zu verfügen, die thermisch stabil und dabei weicher ist als die aus EP 09 756 681 bekannten Dichtungen, und die zu weniger Durchschneidungen führt. Diese Dichtung soll dabei möglichst die vorteilhaften Eigenschaften der bekannten Dichtung aufweisen,
ERSATZBLATT (REGEL 26)
z. B. sollte sie sich unter Pasteurisierungsbedingungen einsetzen lassen und die Grenzwerte der Migration im Fettkontakt einhalten.
Auch sollten solche Dichtungen über Öffnungsdrehmomente verfügen, die möglichst niedrig sind, damit sich Drehverschlüsse wie Nockendrehverschlüsse, PT-Verschlüsse und andere Drehverschlüsse leicht öffnen lassen. Dabei muss gewährleistet bleiben, dass der Verschluss nicht unbeabsichtigt geöffnet wird, weshalb der Öffnungswert nicht zu niedrig sein kann.
Bei üblichen 82 mm Twist Off®-Verschlüssen liegen die Öffnungsdrehmomente PVC-haltiger Dichtungen oft im Bereich von 4.8 - 6.2 Nm (42-55 inch.lbs) oder darüber. Technisch aufwändige Orbit® - Verschlüsse (wo 2010136414 A1), mit Dichtungen auf PVC-Basis, die zur Senkung der zum Öffnen benötigten Drehmomente entwickelt wurden, liegen bei weniger als 4 Nm. Bei der bekannten Dichtung gemäß EP 09 756 681 liegen typische Öffnungswerte für Twist Off® -Verschlüsse bei 4,3-5, 1 Nm. Ein niedrigerer Öffnungswert wäre auch bei PVC-freien Verschlüssen von Vorteil, um insbesondere älteren Konsumenten das Öffnen dieser Verpackungsart zu erleichtern.
(Vgl. Fig. 2).
Die Schaffung einer solchen Dichtung ist eine wesentliche Aufgabe der Erfindung.
Grundsätzlich löst die Erfindung diese und andere Aufgaben mittels der in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalskombinationen.
Wie schon bei der Lösung gemäß EP 09 756 681, deren Offenbarung wir vollständig durch Bezugnahme in die Offenbarung dieser Anmeldung einbeziehen, umfasst die Dichtung der Erfindung vorzugsweise ein Polymercompound, dass in thermisch ausreichend fließfähig gemachter Form in einen Verschlussrohling aus Metall oder Kunststoff eingebracht und dort durch Stempelung oder dgl. in die gewünschte Form gebracht wird, die es nach Erkalten beibehält. In diesen Fällen besteht die fertige Dichtung meist völlig aus dem Polymercompound. Maschinen für entsprechende Herstellungsverfahren sind z. B. von SACMI erhältlich.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Die Begriffe „Dichtung", Dichtungseinlage" und „Dichtungselement" sind im Kontext dieser Beschreibung synonym.
Bei den erfindungsgemäßen Gefässverschlüssen ist das Dichtungselement in ähnlicher Weise vorzugsweise als ringscheibenförmige Einlage vollflächig auf der Innenfläche des Gefässverschlusses ausgebildet, wie dies bei bekannten Schraubkappen auch der Fall ist.
Grundsätzlich wird gemäß dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren von einem Gefässverschluss-Rohling aus Metall ausgegangen, der auf seiner Innenseite ein geeignetes Lacksystem trägt. Bei einem Kunststoff- Gefässverschluss ist diese Vorbehandlung nicht nötig.
Für gewöhnlich besteht das Lacksystem aus einem Grundlack und einem Haftlack, die beide auf einem Epoxy-Phenolharzsystem oder aber (meist aus regulatorischen Gründen) Polyestern basiert sein können.
Insbesondere eignet sich hierfür Lacksysteme der Firma ACTEGA Rhenania (Grundlack TPE279 mit Haftlack TPE 1500 bzw. ACTEcoat® TPE 515 mit ACTEbond® TPE-655-MF), auf dem die erfindungsgemäß am meisten bevorzugten Compounds besonders gut haften.
Alternativ dazu kann man eine geeignete Primerbeschichtung durch Laminierung, Kaschierung oder eventuell auch durch Co-Extrusion aufbringen.
Auf den so vorbehandelten Rohling wird in bevorzugten Ausführungsformen innenseitig das Polymermaterial, das die Dichtung bilden soll, in thermisch fließfähig gemachter Form aufgetragen. Insbesondere eignet sich hierfür eine Extrusion, bei welcher das Dichtungscompound im Temperaturbereich zwischen 100 °C und 260 °C vorgelegt wird.
Die Extrusion kann etwa in die Mitte der Rohling-Innenfläche erfolgen, wenn die Dichtungseinlage kreisscheibenförmig ausgebildet sein soll. Die Dosierung des Polymermaterials für die Extrusion erfolgt über das Abstreifen einer definierten Menge des Polymercompounds an einer Düse. Nachfolgend wird das Dichtungselement vorzugsweise aus dem extrudierten, noch fließfähigen Material
ERSATZBLATT (REGEL 26)
durch entsprechende Stempelung (analog dem bekannten compression moulding-Verfahren) geformt.
Während man den bekannten Flaschenverschlüssen (Kronkorken und dergleichen) das Dichtungselement meist als Kreisscheibe auf der Innenseite des Gefässverschlusses ausbildet, kann es bei größeren Gefässverschlüssen wie gemäß der Erfindung vorteilhaft sein, stattdessen nur einen Ring aus Polymermaterial auszubilden, der im verschlossenen Zustand des Gefässes an der Gefässwand im Öffnungsbereich anliegt. Die dafür notwendige Anlagentechnologie ist ebenfalls kommerziell verfügbar.
In abgewandelter Form kann das Dichtungselement außerhalb des Verschlusses oder Verschlussrohlings durch Verstempelung eines geeigneten Polymermaterials geformt und anschließend in den Verschluss oder Rohling eingebracht werden. Dieses Verfahren ist ebenfalls durch SACMI als outshell-moulding bekannt.
Als Hauptbestandteil oder einzigen Bestandteil umfasst das Material der Dichtungseinlage eine polymere Komponente, die wenigstens zwei verschiedene Polymere, nämlich wenigstens ein OBC und wenigstens ein co-PP oder vergleichbares Polyolefin, umfasst. Die Eigenschaften dieser hauptsächlichen polymeren Komponente können durch die Beimischung weiterer Komponenten, beispielsweise weiterer Polymere, geeignet modifiziert werden.
Die Erfindung löst sich damit von dem aus EP 09 756 681 bekannten Konzept, demzufolge die gewünschte Dichtung bzw. das Polymercompound der Dichtung ein POE enthalten muss. Ein POE ist nicht zwangsläufig und vorzugsweise gar nicht in der erfindungsgemäßen Dichtung enthalten.
Es hat sich überraschend gezeigt, dass sich POEs in der bekannten Dichtung jedenfalls weitgehend durch andere Polymere ersetzen lassen.
Dieser Verzicht auf POEs hilft bei der Lösung eines bei den bekannten Dichtungen gelegentlich auftretenden Problems: Glasbehälter werden üblicherweise endvergütet, zum Beispiel durch Beschichtung mit PE-Wachsen. Dichtungen mit POE-Gehalt können beim Einsatz mit solchen Gläsern eine störende Interaktion zeigen, die den Öffnungswert des Verschlusses in unerwünschter Weise erhöht.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung enthält die Dichtung keinen analytisch nachweisbaren Gehalt an POEs. In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann ein geringer Gehalt an wenigstens einem POE vorliegen, der aber so gering gehalten wird, dass sich der Öffnungswert der Dichtung im Vergleich mit einer gleichen Dichtung ohne POE-Gehalt nicht relevant ändert.
Erfindungsgemäß umfasst das Polymercompound zusätzlich wenigstens ein Polyolefin, speziell ein co-PP und/oder oder ein relativ weiches Polyethylen oder co-Polyethylen, vorzugsweise mit einer Härte geringer als Sh D 40.
Das Polyolefin hat einen möglichst geringen Kristallinitätsgrad, worauf wir weiter unten noch eingehen. Das Polyolefin lässt sich in der Kombination mit co-PP oft durch ein anderes Polymer mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften ersetzen.
Das Polymercompound kann gegebenenfalls weitere Polymere enthalten. Jedoch enthält das Polymercompound erfindungsgemäß keinen analytisch nachweisbaren Gehalt an TPS, z. B. SEBS oder SEEPS. In anderen bevorzugten Ausführungsformen kann ein geringer Gehalt an wenigstens einem TPS vorliegen, der aber so geringgehalten wird, dass sich die Eigenschaften der Dichtung im Vergleich mit einer gleichen Dichtung ohne TPS-Gehalt nicht relevant ändern. Dies betrifft insbesondere die schon genannte Migrationsproblematik, da TPS-Anteile die Lipophilie des Polymercompounds erhöhen können.
Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Material der Dichtungseinlage nur sehr geringe und besonders bevorzugt gar keine Gehalte von Bestandteilen aufweist, die bei Anwendungstemperatur flüssig sind. Auch diese Massnahme verringert die Migrationsneigung.
Die Anwendungstemperatur ist üblicherweise gleich der Umgebungstemperatur, also im Bereich üblicher Umgebungstemperaturen im Freien bzw. in beheizten Räumen. Typischerweise ist die Anwendungstemperatur 20°C.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Vorzugsweise werden daher dem Material der Dichtungseinlage nur geringe oder vorzugsweise gar keine Gehalte an flüssigen Streckmitteln wie insbesondere Weissöl zugesetzt.
Vorzugsweise enthält das Material nicht mehr als 10 %, vorzugsweise nicht mehr als 7 %, insbesondere nicht mehr als 4 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 1 % von Gleitmitteln, insbesondere solche, die bei einem Migrationstest bei 40°C für 10 Tage beschränkt in das fetthaltige Füllgut übergehen.
Prozentangaben sind in dieser Anmeldung stets Gewichtsprozente, bezogen auf das Gesamtgewicht des Compounds in der Dichtung, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben wird.
Es ist gegenwärtig am meisten bevorzugt, dass das Material innerhalb der zum Anmeldungszeitpunkt gegebenen analytischen Bestimmungsgrenzen überhaupt keine bei 20°C flüssigen Bestandteile und auch keine üblichen Weichmacher enthält.
Erfindungsgemäße Polymercompounds haben generell eine Shore A-Härte bei 70°C zwischen 30 und 85, spezieller zwischen 40 und 75, besonders bevorzugt zwischen 45 und 65. Je geringer die Härte, desto leichter lassen sich die Verschlüsse aufbringen. Bei Verwendung auf Dampfvakuumverschließmaschinen besteht erhöhte Gefahr von Durchschneidungen, wenn die Härte unter Shore A 30 bei 70°C liegt. Oberhalb Shore A 85 besteht erhöhte Gefahr, dass das Verschliessen nicht gelingt.
Ein wertvolles Verfahren zur Charakterisierung der mechanischen Eigenschaften von elastischen Polymermaterialien ist die anisotherme Spannungsrelaxationsprüfung (AISR-Methode). Nach VENNEMANN (z.B. in dem Aufsatz „PRAXISGERECHTE PRÜFUNG VON TPE") lassen sich mit dieser Methode thermische Einsatzgrenzen für TPEs ermitteln. Als wesentlicher Parameter wird aus der Prüfung die Grenztemperatur ermittelt, bei der 90% der anfangs durch eine Dehnung eines S2-Prüfkörpers bei Raumtemperatur um 50% eingebrachten Spannung abgebaut sind (T90). Die thermische Stabilität des geprüften Materials ist umso größer, je höher die ermittelte Grenztemperatur T90 ist. Zur Durchführung des Messverfahrens eignet sich das „TSSR-Meter" der Firma Brabender Messtechnik. Diese Methode dient als Ersatz bzw. Ergänzung zur
ERSATZBLATT (REGEL 26)
bekannten (und genormten) Bestimmung des Druckverformungsrests DVR und liefert Daten, die mit der Elastizität des Polymermaterials korrelieren.
Der T90-Wert zeigt, bei welcher Temperatur die durch eine Elongation um 50% eingebrachte Anfangsspannung um 90% abgenommen hat, d.h. bei bestimmter Temperatur hat die Dichtungsmasse bzw. Compound nur noch 10% Spannung. Erfahrungsgemäß liegen alle erfindungsgemäßen Compounds bei T90-Werten von wenigstens 80°C. Mittels der T90 Werte kann man herauslesen, ob beim Verschließprozess mit der Dampfvakuumverschließmaschine mit niedrigen Shore A kleiner als 40 bei 70°C bzw. TSSR Anfangskräfte bei 10N und T90 bei 80°C keine Durchschneidungen entsteht.
Nach dem Verschließen, während und nach dem Abkühlungsprozess und oft auch noch bei der Lagerung des verschlossenen Behälters kommt es bei PVC-freien Compounds zu Kristallisierungsvorgängen im Polymercompound. Diese beeinflussen die Härte und Elastizität der Dichtung, und damit die bei der Abkühlung nach dem Verschließvorgang entstehende Spannung zwischen Verschluss und Behälter. Je langsamer die Kristallisation verläuft, desto kleiner ist die sich aufbauende Spannung, die das Öffnungsdrehmoment negativ beeinflusst.
Die Peakkristallisationstemperatur und die auf die Einwaage bezogene Gesamtkristallisationsenthalpie wird per DSC Messung (Dynamic scanning calorimetry) aus der ersten Abkühlkurve bestimmt. Die Regeln dazu sind in der Norm ISO 11357 bzw. ihren Unterkapiteln (insbesondere die ISO11357-3) beschrieben. Gemessen wurden die Größen mittels eines DSC1 Systems von Mettler Toledo. Betrachtet wird für diese Auswertung das praxisrelevante Temperaturfenster von 10-180°C.
Fig. 1 zeigt ein Beispiel einer solchen DSC-Kurve.
Es hat sich als hilfreich für die Beschreibung der Eignung eines Dichtungsmaterials für Vakuumdrehverschlüsse erwiesen, Polymercompounds so auszugestalten, dass die Temperatur des exothermen Peaks höher liegt als die voraussichtliche maximale Einsatztemperatur des Gefäßverschlusses. Diese exotherme Peaktemperatur aus dem Kristallisationsvorgang liegt z.T. deutlich unter der Temperatur des endothermen Schmelzpeaks.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Grundsätzlich bevorzugt die Erfindung die Verwendung solcher Polymere, die niedrige Kristallinitätsgrade aufweisen, während besonders kristalline Polymere wie homo-PP, LLDPE, LDPE und HDPE vorzugsweise gar nicht oder nur in reduziertem Umfang verwendet werden.
Bevorzugte Polymercompounds haben eine spezifische Gesamtkristallisationsenthalpie oberhalb Raumtemperatur von weniger als 50 J/g, besonders bevorzugt maximal 40 J/g, mehr bevorzugt maximal 30 J/g. Gesamtkristallisationsenthalpien von weniger als 15 J/g sind erreichbar, besonders wenn entsprechende co-PPs verwendet werden.
Die Erfindungsgemäß eingesetzten OBC sind vorzugsweise Polyethylen/Poly- octen OBCs mit MFI (2.16 kg/190°C) von maximal 15, vorzugsweise maximal 2 g/10min und höchsten Schmelzpunkten von weniger als 130°C. Die Shore A - Härte liegt vorzugsweise zwischen 50 und 75.
Die Einsatzmenge des (gesamten) OBC im Compound liegt vorzugsweise generell bei 20% - 70%, vorzugsweise bei 30% bis 65%, besonders bevorzugt bei 35% bis 60%.
Die spezifische Schmelzenthalpie des OBC liegt vorzugsweise bei maximal 30, besonders bevorzugt bei maximal 25 J/g.
Bevorzugte OBCs sind unter der Bezeichung INFUSE® von Dow erhältlich.
Bevorzugte co-PPs haben eine Shore D - Härte von weniger als 55, vorzugsweise unterhalb 45, besonders bevorzugt unterhalb 40. Die Shore D - Härte ist vorzugsweise größer als 15, besser größer als 20, besonders bevorzugt größer als 30.
Speziell bevorzugt werden co-PPs mit einer MFR (2.16kg/230°C) von wenigstens 0.1, spezieller wenigstens 0.3 und noch spezieller wenigstens 0.5, und maximal 15, spezieller maximal 12 und noch spezieller maximal 10 g/10min.
Der Schmelzpunkt des co-PP liegt bevorzugt bei unterhalb 165°C, mehr bevorzugt bei unterhalb 160°C, meist bevorzugt bei unterhalb 150°C.
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Die Einsatzmenge des co-PP im Compound liegt vorzugsweise generell bei 5 Gew% - 65 Gew%. Höhere Gehalte sind möglich.
Das co-PP hat vorzugsweise eine geringe Kristallinität bei relativ hohem Schmelzpunkt. Bevorzugte co-PPs haben eine Gesamtkristallisationsenthalpie von weniger als 50 J/g, bei Schmelzpunkten oberhalb 135°C, oder sogar oberhalb 160°C.
Besonders geeignete Produkte finden sich im Portfolio der LyondellBasell ADFLEX-Serie oder bei Mitsui Chemicals in den TAFMER-Serien. Geeignet sind auch VISTAMAXX-Typen von ExxonMobil.
In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann das co-PP ganz oder teilweise durch andere Polymere ersetzt werden, beispielsweise durch LLDPE oder Ethylen-Alkylen-Copolymere, wie etwa Stamylex von Borealis, insbesondere solche, die einen Schmelzpunkt von mehr als 100°C haben.
Von „klassischen" POEs bzw. POPs lassen sich solche Produkte wie etwa Stamylex mittels ihrer Dichte abgrenzen. Danach handelt es sich im Sinne der Erfindung nur dann um ein POE, wenn die Dichte unterhalb von 0.9g/cm3 liegt. Ethylen-Copolymere, insbes. Ethylen-Octen-Copolymere mit einer Dichte von 0.9g/cm3 und mehr sind keine POEs im Sinne dieser Erfindung, können also in anspruchsgemässen Rezepturen verwendet werden.
Solche erfindungsgemäss verwendbaren Copolymere zeichnen sich zudem durch Schmelzpunkte oberhalb 100 °C aus, bestimmt mit DSC nach ISO 11357-3
Die erfindungsgemäßen Dichtungsmaterialien können einer Pasteurisation von bis zu 100°C für bis zu 60 min. standhalten, ausgehend von einer Heissfüllung von mindestens 60°C in höchstens 10 min. und mindestens 1 min. Die Heissfüllung, ausgehend von 60°C, kann in Schritten von 5° bis hinauf zu 100°C in 60 min. vollzogen werden.
Wahlweise können den Rezepturen der Compounds auch Pigmente zugesetzt werden. Vorzugsweise werden anorganische Pigmente gewählt, um eine Pigment-Migration auszuschließen. Es hat sich außerdem gezeigt, dass den
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Polymercompounds andere Additive wie (ungesättigte) Fettsäureamide, Wachse, Silikone und andere übliche Additive zugesetzt werden können, um z.B. die Verarbeitung und die Gebrauchseigenschaften zu verbessern.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zusammensetzung der Polymercompounds beschrieben, aus denen die erfindungsgemäße Gefässverschlussdichtung wie oben angegeben geformt wurde:
Ausführunasbeisoiel 1 :
20% co-PP
20% co-PE
57% OBC
3% Gleitmittel/ Additive
MFI (5 kg/190°C) = 3.1 g/10min.
Shore A 70°C = 45 spezifische Schmelzenthalpie = 30 J/g
T90 = 95°C
Ausführunqsbeispiel 2:
57% co-PP
40% OBC
3% Gleitmittel/ Additive
MFI (5 kg/190°C) = 1.9 g/10 min.
Shore A 70°C = 54 spezifische Schmelzenthalpie = 19 J/g
T90 = 89°C
ERSATZBLATT (REGEL 26)
Claims
1. Gefässverschlussdichtung, insbesondere für fetthaltige Füllgüter, umfassend ein Polymercompound, aus dem die Dichtung im Wesentlichen oder ganz besteht, a) wobei das Polymercompound PVC-frei ist und wenigstens ein OBC sowie wenigstens ein co-PP umfasst, aber im Wesentlichen kein POE und kein homo-PP umfasst, b) und das Polymercompound eine Shore A - Härte bei 70°C zwischen 30 und 85 und einen MFI (5kg/190°C) von weniger als 20g/10 min. aufweist c) sowie eine spezifische Schmelzenthalpie bestimmt gemäss ISO 11357-3 von maximal 50 J/g aufweist.
2. Gefässverschlussdichtung nach Anspruch 1, bei der das Polymercompound eine spezifische Schmelzenthalpie von maximal 42 J/g aufweist.
3. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound eine Shore A - Härte bei 70°C zwischen 30 und 85, spezieller zwischen 40 und 75, besonders bevorzugt zwischen 45 und 65 aufweist.
4. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound ein Polyethylen/Polyocten-OBC mit MFI (2.16 kg/190°C) von maximal 15, vorzugsweise maximal 2 g/10min aufweist.
5. Gefässverschlussdichtung nach Anspruch 4, bei der der Anteil des OBC im Polymercompound zwischen 20% und 70%, vorzugsweise zwischen 30% und 65%, besonders bevorzugt zwischen 35% und 60%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymercompound, liegt.
6. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 4 oder 5, bei dem die spezifische Schmelzenthalpie des OBC bei maximal 30, bevorzugt bei maximal 25 J/g liegt.
7. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound ein co-PP mit MFI (2.16kg/230°C) von wenigstens 0.1, spezieller wenigstens 0.3 und noch spezieller wenigstens 0.5, und maximal 15, spezieller maximal 10 und noch spezieller maximal 5 g/10min umfasst.
8. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound ein co-PP mit einem Schmelzpunkt unterhalb 165C, mehr bevorzugt unterhalb 150°C umfasst.
9. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound zwischen 5% und 80%, vorzugsweise zwischen 5% und 65% co-PP, bezogen auf Gesamtgewicht Polymercompound, umfasst.
10. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound als anderes oder zusätzliches Polymer ein olefinisches Copolymer, insbes. ein Kohlenwasserstoff -(co-) Polyolefin umfasst.
11. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound nicht mehr als 10 %, vorzugsweise nicht mehr als 7 %, insbesondere nicht mehr als 4 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 1 % von Gleitmitteln enthält.
12. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der das Polymercompound nicht mehr als 10 %, vorzugsweise nicht mehr als 7 %, insbesondere nicht mehr als 4 % und besonders bevorzugt nicht mehr als 1 % von bei 20°C flüssigen Bestandteilen enthält.
13. Gefässverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die bei 98°C pasteurisierbar, vorzugsweise auch bei oberhalb 130°C, besonders bei 132°C sterilisierbar ist
14. Gefäßverschlussdichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die eine Vakuum-Gefäßverschlussdichtung ist.
15. Durch Verdrehen zu öffnender Vakuum-Gefäßverschluss (Standard- Verschluss 88 mm, nach 4 Wochen Lagerung bei 20°C), mit einer Dichtung
16 gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, mit einem Öffnungsdrehmoment von 2.8 bis 4.5 Nm (25 bis 40 inch.lbs).
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