WO1999019234A1 - Joint d'etancheite pour une valve ou pompe - Google Patents

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WO1999019234A1
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André TCHEREVATCHENKOFF
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Valois S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to a valve or pump seal and more particularly to a neck seal intended to produce the sealed interface between said valve or pump and the neck of the container on which the valve or pump is mounted.
  • a seal according to the invention can also be used as a valve seal in a valve.
  • the invention applies to any seal intended to come into contact with a fluid product such as a propellant capable of extracting compounds included in said seal.
  • the invention will therefore find a preferred application in the field of packaging of certain pharmaceutical products in the form of sprayers, in which the pharmaceutical product must not be polluted by polluting components extracted from the valve or pump seals by the propellant.
  • valve or pump seal must meet several requirements. First, it must ensure a good seal to the propellant contained in the container with the fluid to be dispensed. Then, it must ensure a good seal against the water vapor coming from the atmosphere and which penetrates into the container. In order to avoid agglomeration and / or hydrolysis of the active particles, the rate of water vapor in the propellant should be kept below 300 ppm for a propellant such as HFA (hydro-fluoro-alkane ) with or without ethanol. Finally, the pump or valve seal must not release too many compounds which it contains and which are known under the term of "extractables".
  • HFA hydro-fluoro-alkane
  • extractables are compounds extracted from the joint by the propellant which contaminate or pollute the fluid product to be distributed.
  • these extractables there are two categories: first, toxins such as nitrosamines, aromatic polymorphonuclear, but also monomers. These toxics are generally in small quantities: nitrosamine (ppb), aromatic polymorphonuclear (ppm), monomers (ppb). They are therefore rare. But there are especially so-called majority products that are found in higher concentration. Among these majority products, there are antioxidants, emulsifiers, oligomers and sometimes plasticizers. Oligomers are made up of low molecular weights and are found mainly in TPE elastomeric thermoplastics.
  • TPE valve or pump neck seals.
  • This type of material can be used to form strips in which the joints are punched. Because of their texture, the joints are very sticky and adhere to each other. For this, it is necessary to deposit a film of silicone oil on the strips to reduce their coefficient of friction in order to favor the cutting and the distribution of the joints.
  • the seals made of TPE are capable of releasing a lot of extractables (oligomers, plasticizers, soaps, etc.) when they are in contact with a propellant such as an HFA.
  • Document GB-2 246 605 discloses a multilayer capsule seal which comprises a rigid central layer so as not to be deformed during assembly, and two flexible external layers forming a seal. This type of seal has all the above drawbacks, since it is the external layers which incorporate the extractable polluting compounds.
  • the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art by defining a seal which is easy to cut and distribute and which only releases very few pollutants such as oligomers, or even plasticizers.
  • the present invention provides a valve or pump seal intended to come into contact with a product such as a propellant in a valve or a solution of the water / ethanol type in a pump capable of extracting compounds included in said joint, said joint comprising a matrix containing polluting compounds, characterized in that said matrix is made of flexible material forming a joint, and is coated with a layer which forms a barrier preventing or at least limiting the extraction of the polluting compounds contained in the matrix by said propellant.
  • the matrix is made of elastomeric thermoplastic (TPE) and the barrier layer of polyethylene (PE) preferably low density.
  • Polyethylene forms a good barrier against extraction by a propellant such as HFA and moreover has a low coefficient of friction which makes the joints easier to cut and distribute.
  • a matrix produced from a butyl-polyethylene mixture imparts excellent sealing qualities both to water vapor and to propellants. With a ratio of about 1: 1, the qualities have been optimal.
  • neck seals consisting solely of this butyl-polyethylene mixture.
  • the matrix is made of elastomeric thermoplastic (TPE) and the barrier layer of thermoplastic based on PVDC (polyvinylidene chloride) or EVOH (ethylene vinyl alcohol copolymer).
  • the matrix is made of nitrile rubber and the barrier layer of PFA (per-fluoro-alkoxy).
  • the matrix has a treated surface so as to improve the adhesion of said barrier layer.
  • the layer barrier has a surface treated so as to improve its adhesion to said matrix.
  • TPE elastomeric thermoplastics from the family of physical blends such as a butyl / low density polyethylene blend, butyl / polypropylene blend, EPDM / polypropylene blend or from the block copolymer family such as SEBS (styrene ethylene butylene styrene). It is of course possible to use any material suitable for such a use, such as, for example, nitrile, butyl, polychloroprene and EPDM rubbers (ethylene propylene diene monomer).
  • TPE strips are obtained by extrusion through an extruder which pushes the molten TPE through an elongated slot-shaped die. At the exit, the unfinished strip is laminated between rolling rollers to give it the desired thickness.
  • a layer of a material capable of forming a barrier which prevents or at least very greatly reduces the extraction of the polluting compounds contained in the matrix by a propellant such as HFA is applied to both sides of the plate of TPE. It is also possible to cover only one side of the plate, but this would then require determining the orientation of the joint. This is why an application of such a barrier material on both sides of the plate is preferred.
  • a polyethylene film can be used as the barrier layer. It is also possible to use a film based on PVDC or EVOH.
  • a PFA film can be used for a nitrile rubber, polychloroprene, butyl and EPDM matrix.
  • polyethylene as a barrier film without any limiting intention.
  • the polyethylene film can advantageously be applied to the matrix strip directly at the outlet of the extruder while the strip is still hot. This results in immediate adhesion of the polyethylene film by partial melting. It is then impossible to remove the polyethylene film from the TPE matrix.
  • Polyethylene has good barrier effect characteristics to the extraction of polluting compounds contained in the matrix. In addition, it has a low coefficient of friction, which facilitates the cutting of the strip thus coated and the distribution of the joints thus cut.
  • seals can be used as a neck seal forming the sealed interface between the valve or the pump and the neck of the container on which it is mounted. It is also possible to use seals thus produced as a valve seal in valves.
  • Thermoplastic elastomer (physical butyl / PE bd mixture) (thickness: 1.5 mm)
  • HFC 134a hydro - fluorinated carbon (1,1,1,2-tetrafluoroethane) 2: HFC 134a + 20% ETOH (20% ethanol by volume).
  • the test was carried out on seals with an outside diameter of 20 mm and an inside diameter of 8 mm.
  • the matrix A of the joint C is coated with the material B on the upper and lower faces.
  • the slices are not coated. Consequently, the percentage of overlap of joint C is of the order of 78%.
  • the two materials A and B generate extractables.
  • joint C the amount of extractable film (1/10 mm) in LDPE is very low.
  • Joint C generates dry extract rates lower than those of control A.
  • Joint C generates dry extract rates equivalent to or even lower than that of control B. If the LDPE film did not screen the extractables of the matrix A, the levels of dry extracts of joint C should be higher than those of B as far as the recovery rate of joint C is not 100%.
  • the LDPE film therefore exerts a real barrier effect to the extractables from the matrix.
  • the tests were carried out at ambient temperature and pressure for a period of two weeks.

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Abstract

Joint de valve ou de pompe destiné à venir en contact avec un produit, tel qu'un propulseur ou une solution du type eau/éthanol, susceptible d'extraire des composés inclus dans ledit joint, ledit joint comprenant une matrice renfermant des composés polluants, caractérisé en ce que ladite matrice est réalisée en matériau souple formant joint, et est revêtue d'une couche qui forme une barrière empêchant ou au moins limitant l'extraction des composés polluants contenus dans la matrice par ledit propulseur.

Description

JOINT D'ETANCHEITE POURUNE VALVE OU POMPE
La présente invention concerne un joint de valve ou de pompe et plus particulièrement un joint de col destiné à réaliser l'interface étanche entre ladite valve ou pompe et le col du récipient sur lequel la valve ou pompe est montée. On peut également utiliser un joint conforme à l'invention en tant que joint de soupape dans une valve. A vrai dire, l'invention s'applique à tout joint destiné à venir en contact avec un produit fluide tel qu'un propulseur apte à extraire des composés inclus dans ledit joint. L'invention trouvera donc une application privilégiée dans le domaine du conditionnement de certains produits pharmaceutiques sous forme de pulvérisateurs, dans lesquels le produit pharmaceutique ne doit pas être pollué par des composants polluants extraits des joints de la valve ou de la pompe par le propulseur.
En effet, un joint de valve ou de pompe, et en particulier le joint de col de la valve, doit satisfaire à plusieurs exigences. Premièrement, il doit assurer une bonne étanchéité au propulseur contenu dans le récipient avec le produit fluide à distribuer. Ensuite, il doit assurer une bonne étanchéité à la vapeur d'eau provenant de l'atmosphère et qui pénètre dans le récipient. Afin d'éviter l'agglomération et/ou l'hydrolyse des particules actives, le taux de vapeur d'eau dans le propulseur devrait être maintenu à une valeur inférieure à 300 ppm pour un propulseur tel que du HFA (hydro-fluoro-alcane) avec ou sans éthanol. Enfin, le joint de pompe ou de valve ne doit pas relarguer trop de composés qu'il contient et qui sont connus sous le terme d '" extractibles " . Ces extractibles sont des composés extraits du joint par le propulseur qui contaminent ou polluent le produit fluide à distribuer. Parmi ces extractibles, on distingue deux catégories : tout d'abord, des toxiques tels que des nitrosamines , des polynucléaires aromatiques, mais aussi des monomères. Ces toxiques sont en général en faibles quantités : nitrosamine (ppb) , polynucléaires aromatiques (ppm), monomères (ppb). Ils sont donc rares. Mais il y a surtout des produits dits majoritaires que l'on retrouve en plus forte concentration. Parmi ces produits majoritaires, on trouve des antioxydants, des émulsifiants, des oligomères et parfois des plastifiants. Les oligomères sont constitués de bas poids moléculaires et se trouvent surtout dans les thermoplastiques élastomères TPE.
Il est connu dans l'art antérieur d'utiliser des TPE pour faire des joints de col de valve ou de pompe. Ce type de matériau peut être utilisé pour former des bandes dans lesquelles les joints sont poinçonnés. Du fait de leur texture, les joints sont très collants et adhérent les uns aux autres. Pour cela, il est nécessaire de déposer une pellicule d'huile de silicone sur les bandes pour réduire leur coefficient de frottement afin de favoriser la découpe et la distribution des joints. De plus, comme susmentionné, les joints réalisés en TPE sont susceptibles de relarguer beaucoup d ' extractibles (oligomères, plastifiants, savons, etc.) lorsqu'ils sont en contact d'un propulseur tel qu'un HFA.
Le document GB-2 246 605 divulgue un joint de capsule multicouche qui comprend une couche centrale rigide pour ne pas être déformée lors du montage, et deux couches externes souples formant joint d ' étanchéité . Ce type de joint présente tous les inconvénients ci-dessus, puisque ce sont les couches externes qui incorporent les composés polluants extractibles.
Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients de l'art antérieur en définissant un joint facile à découper et à distribuer et qui ne relargue que très peu de polluants tels que des oligomères, voire des plastifiants .
Pour cela, la présente invention prévoit un joint de valve ou de pompe destiné à venir en contact avec un produit tel qu'un propulseur dans une valve ou une solution du type eau/éthanol dans une pompe susceptible d'extraire des composés inclus dans ledit joint, ledit joint comprenant une matrice renfermant des composés polluants, caractérisé en ce que ladite matrice est réalisée en matériau souple formant joint, et est revêtue d'une couche qui forme une barrière empêchant ou au moins limitant l'extraction des composés polluants contenus dans la matrice par ledit propulseur. De préférence, la matrice est en thermoplastique élastomère (TPE) et la couche barrière en polyethylene (PE) de préférence basse densité. Le polyethylene forme une bonne barrière contre l'extraction par un propulseur tel que du HFA et de plus présente un faible coefficient de frottement ce qui rend les joints plus faciles à découper et à distribuer. D'autre part, il a été constaté qu'une matrice réalisée à partir d'un mélange butyle-polyéthylène confère d'excellentes qualités d' étanchéité à la fois à la vapeur d'eau et aux propulseurs. Avec un rapport d'environ 1:1, les qualités se sont montrées optimales. D'ailleurs, il peut être envisagé de fabriquer des joints de col constitués uniquement de ce mélange butyle-polyéthylène.
En variante, la matrice est en thermoplastique élastomère (TPE) et la couche barrière en thermoplastique à base de PVDC (polychlorure de vinylidène) ou d ' EVOH (copolymère éthylène alcool vinylique) . Ou encore, la matrice est en caoutchouc nitrile et la couche barrière en PFA (per-fluoro-alkoxy) .
Avantageusement, la matrice présente une surface traitée de manière à améliorer l'adhérence de ladite couche barrière. En variante ou en plus, la couche barrière présente une surface traitée de manière à améliorer son adhérence sur ladite matrice.
L'invention sera maintenant décrite plus amplement en décrivant un procédé de fabrication complet de joints selon l'invention.
On commence par la fabrication de bandes d'une épaisseur de l'ordre de 1 à 2 mm en utilisant un matériau souple apte à former la matrice du joint. En tant que matériau préféré, on peut citer les thermoplastiques élastomères TPE de la famille des mélanges physiques tel qu'un mélange butyle/polyéthylène basse densité, mélange butyle/polypropylène, mélange EPDM/polypropylène ou de la famille des copolymères à blocs tel que du SEBS (styrène éthylène butylène styrène) . On peut bien entendu utiliser tous matériaux appropriés à un tel usage comme par exemple les caoutchoucs nitrile, butyle, polychloroprène , EPDM (éthylène propylène diène monomère) . Dans l'exemple suivant, il sera fait référence au TPE sans intention limitative. Les bandes de TPE sont obtenues par extrusion à travers une extrudeuse qui pousse le TPE en fusion à travers une filière en forme de fente allongée. A la sortie, la bande non finie est laminée entre des rouleaux de laminage pour lui conférer l'épaisseur voulue.
Selon l'invention, une couche d'un matériau apte à former une barrière qui empêche ou au moins réduit très fortement l'extraction des composés polluants contenus dans la matrice par un propulseur tel que du HFA est appliquée sur les deux faces de la plaque de TPE. Il est également envisageable de ne recouvrir qu'une seule face de la plaque mais cela obligerait ensuite à déterminer l'orientation du joint. C'est pourquoi, une application d'un tel matériau barrière sur les deux faces de la plaque est préférée. Pour des plaques de matrice en TPE, on peut utiliser en tant que couche barrière un film de polyethylene. Il est également possible d'utiliser un film à base de PVDC ou d'EVOH. Pour une matrice en caoutchouc nitrile, polychloroprène, butyle et EPDM, on peut utiliser un film de PFA. Dans l'exemple présent, il est fait référence au polyethylene en tant que film barrière sans intention limitative. Le film de polyethylene peut avantageusement être appliqué sur la bande de matrice directement à la sortie de 1 ' extrudeuse alors que la bande est encore chaude. Il s'ensuit une adhérence immédiate du film de polyethylene par fusion partielle. Il est ensuite impossible de retirer le film de polyethylene de la matrice en TPE. Il existe bien entendu d'autres techniques utilisables pour déposer le film sur la matrice tels que l'enduction, la co-extrusion ou le thermosoudage. Le polyethylene présente de bonnes caractéristiques d'effet barrière à l'extraction des composés polluants contenus dans la matrice. De plus, il possède un faible coefficient de frottement, ce qui facilite la découpe de la bande ainsi revêtue et la distribution des joints ainsi découpés . Avec d'autres matériaux en tant que matrice et couche barrière, il est parfois nécessaire de traiter mécaniquement, chimiquement ou thermiquement soit la surface de la plaque de matrice, soit la surface de la couche barrière à appliquer sur la matrice. De tels joints peuvent être utilisés en tant que joint de col formant 1 ' interface étanche entre le valve ou la pompe et le col du récipient sur lequel elle est montée. On peut également utiliser des joints ainsi fabriqués en tant que joint de soupape dans des valves.
TESTS COMPARATIFS.
Des tests comparatifs ont été réalisés en immergeant différentes échantillons de matériau dans un propulseur afin de voir la quantité d'extraits secs retirée du matériau par le propulseur. Les matériaux utilisés ont été les suivants :
- A : Thermoplastique élastomère (mélange physique butyle/PE bd) (épaisseur : 1,5 mm)
- B : Thermoplastique PE bd (épaisseur : 1 mm) - C : Tricouche [B (1/10 mm) / A (1, 5 mm) / B (1/10 mm).l.
Les propulseurs ont été les suivants : 1 : HFC 134a : hydro - f luoro - carbone (1,1,1,2- tetrafluoroéthane) 2 : HFC 134a + 20% ETOH (20% d'éthanol en volume).
Remarques :
Le test a été réalisé sur des joints présentant un diamètre extérieur de 20 mm et un diamètre intérieur de 8 mm. La matrice A du joint C est revêtue du matériau B sur les faces supérieure et inférieure. Les tranches ne sont pas revêtues. Par conséquent, le pourcentage de recouvrement du joint C est de l'ordre de 78%. Commentaires : Les deux matériaux A et B génèrent des extractibles. Dans le joint C, la quantité d' extractible du film (1/10 mm) en PEbd est très faible. Le joint C génère des taux d'extraits secs inférieurs à ceux du témoin A. Le joint C génère des taux d'extraits secs équivalents voire inférieurs à ceux du témoin B. Si le film en PEbd ne faisait pas écran aux extractibles de la matrice A, les taux d'extraits secs du joint C devraient être supérieurs à ceux de B d'autant que le taux de recouvrement du joint C n'est pas de 100%. Le film en PEbd exerce donc un réel effet barrière aux extractibles de la matrice. Les tests ont été effectués aux température et pression ambiantes pendant une durée de deux semaines.
Les résultats sont donnés dans le tableau ci-dessous en mg/g :
Figure imgf000009_0001

Claims

Revendications
1.- Joint de valve ou de pompe destiné à venir en contact avec un produit, tel qu'un propulseur ou une solution du type eau/éthanol, susceptible d'extraire des composés inclus dans ledit joint, ledit joint comprenant une matrice renfermant des composés polluants, caractérisé en ce que ladite matrice est réalisée en matériau souple formant joint, et est revêtue d'une couche qui forme une barrière empêchant ou au moins limitant l'extraction des composés polluants contenus dans la matrice par ledit propulseur.
2.- Joint selon la revendication 1, dans lequel la matrice est réalisée à partir d'un mélange butyle- polyéthylène, de préférence dans un rapport 1:1.
3.- Joint selon la revendication 1, dans lequel la matrice est en thermoplastique élastomère (TPE) et la couche barrière en polyethylene (PE), de préférence basse densité.
4.- Joint selon la revendication 1, dans lequel la matrice est en thermoplastique élastomère (TPE) et la couche barrière en PVDC ou en EVOH.
5.- Joint selon la revendication 1, dans lequel la matrice est en caoutchouc nitrile et la couche barrière en PFA.
6.- Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche barrière présente une épaisseur de l'ordre du dixième de millimètre.
7.- Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la matrice présente une surface traitée de manière à améliorer l'adhérence de ladite couche barrière.
8.- Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche barrière présente une surface traitée de manière à améliorer son adhérence sur ladite matrice.
9.- Joint selon l'une quelconque des revendications précédentes, utilisé en tant que joint de col formant interface étanche entre ladite valve ou pompe et le col du récipient sur lequel ladite valve ou pompe est montée.
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