DE1066686B - Dichtungsmasse auf der Grundlage eines Polyvinylchloridharzes zur Herstellung eines Dichtungsringes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft verbesserte Abdichtungsmassen in Form dauerhafter kautschukartiger Gele zur Herstellung einer Dichtungsmasse, die sich aus Polyvinylchloridharzen aufbaut und zur Herstellung eines Dichtungsringes z. B. an Schraubdeckeln verwendet werden soll, so daß nach dem dichten Verschließen von Glasbehältern mit denselben zum öffnen ein bestimmt einstellbares Drehmoment erforderlich ist. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Erzeugung eines schmierenden Überzuges oder Films auf der Abdichtungsfläche des auf der Innenseite des Verschlußdeckels befindlichen Dichtungsringes oder Auskleidungsmaterials. Dieser Überzug oder Film dient zur Herabsetzung des Reibungskoeffizienten zwischen dem Dichtungsring und demjenigen Teil des Behälters, mit welchem dieser in Berührung steht. Die Schmierfähigkeit eines solchen Überzuges bestimmt die Größe des Drehmomentes, das zum Lockern und Abnehmen des Deckels von dem Behälter erforderlich ist, und verhindert das Festhaften der Dichtungsmasse an der Oberfläche des Behälters nach dem mit Hilfe an sich bekannter, selbsttätiger Verschlußmaschinen erfolgten, Aufsetzen des Deckels auf den Behälter.

Die erfindungsgemäße Dichtungsmasse findet z. B. Anwendung bei aufschraubbaren Verschlußdeckeln, deren Innenseite mit Dichtungsmasse versehen ist. Die Dichtungsmasse kann in Form einer ringförmigen Seitendichtung oder in Form von Eckendichtungsringen verwendet werden, oder sie kann die Form eines dünnen, gleichmäßigen Belages haben, der sich über die ganze Innenseite des Deckels erstreckt.

Die der erfindungsgemäßen Verbesserung zugänglichen, aus Polymerisaten oder Mischpolymerisaten des Vinylchlorides bestehenden Dichtungsmassen gehören verschiedenen, an sich bekannten Arten an, die auch bisher schon zur Erzielung einer Abdichtung zwischen Deckeln und Behältern gedient haben. Mischpolymerisate dieser Art sind z. B. Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-Harze und Vinylchlorid-Vinylacetat Harze. Aus diesen Mischpolymerisaten lassen sich Dichtungsmassen nach verschiedenen, an sich bekannten Verfahren herstellen. Die erfindungsgemäßen Massen können stranggepreßt, gegossene und kalandrierte sowie auch Organisole sein. Die gegenwärtig verwendeten derartigen Dichtungsmassen werden aus pastenbildenden Gemischen von Harz und Weichmacher hergestellt, die vorzugsweise auch noch ein Füllmittel enthalten.

Dieselben weisen jedoch Nachteile dahingehend auf, daß die Masse bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Elastizität besitzt. Weiterhin geben Massen dieser Art sogar in der Kälte unter Druck nach. Diese beiden, solchen Dichtungsmassen eigenen physikalischen Eigenschaften machen es technisch Dichtungsmasse auf der Grundlage

eines Polyvinylchloridharzes
zur Herstellung eines Dichtungsringes

Anmelder:

Continental Can Company, Inc.,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. L. Hirmer, Patentanwalt,
Berlin-Halensee, Katharinenstr. 21

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 1. April 1957

Donald Henry Zipper, Elmhurst, 111.,
und Harold William Unger, Mt. Prospect, 111.

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

schwierig, wenn nicht überhaupt undurchführbar, Glasbehälter mit Deckeln zu versehen, die mit diesen gewöhnlichen Dichtungen ausgestattet sind, ohne die Deckel entweder zu lose, so daß sie nicht dicht schließen, oder zu fest aufzusetzen, so daß sie gewissermaßen ankleben und nur durch Anwendung eines übermäßig großen Drehmomentes abgenommen werden können.

Um eine hermetische oder sonstige Abdichtung zu erzielen, muß eine ausreichende Reibung vorhanden sein, sie verhindert, daß der drehbare Verschlußdeckel sich bei der gewöhnlichen Handhabung dreht oder lockert.

Es hat sich herausgestellt, daß die durch Haftenbleiben entwickelte Reibung zwischen Dichtungsmassen bekannter Art und Glasoberflächen im Laufe der Zeit beim Stehen erheblich zunimmt. Infolgedessen kann dann ein um ein Mehrfaches größeres Drehmoment erforderlich sein, um den abdichtenden Verschluß zwischen dem Deckel und dem Behälter aufzuheben. Bei bestimmten Deckeln waren innerhalb von 5 bis 10 Sekunden nach dem Abschließen bereits Drehmomente von 3,5 bis 32,25 cmkg zum öffnen erforderlich. Schon nach 1 Stunde beträgt das zum öffnen erforderliche Drehmoment mitunter bis zu 92 cmkg. Nach noch längeren Zeiten braucht man zum Öffnen Drehmomente von 115 cmkg oder darüber hinaus. Wie sich aus diesen Messungen ergeben hat,

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waren die Werte der¹., nach dem Verschließen zum tung zwischen Deckel und Behälter herzustellen und

öffnen erforderlichen Drehmomente äußerst schwan- aufrechtzuerhalten.

kend und schwer oder gar nicht unter Kontrolle zu Ein weiterer Erfindungszweck ist die Schaffung bringen. Für den durchschnittlichen Verbraucher soll einer verbesserten Dichtungsmasse von der Art der an das ideale, zum öffnen eines derartigen Schraubver- 5 sich bekannten pastenbildenden Gemische von Harz Schlusses erforderliche Drehmoment unabhängig" von und Weichmacher mit einem darin enthaltenden, aus der nach dem Verschließen des Behälters verstrichenen Einzelteilchen bestehenden Füllmittel, wobei die VerZeitspanne in einem Bereich wesentlich unterhalb besserung im Zusatz eines Schmiermittels besteht, 115 cmkg liegen. Die Größe^: des Deckels beeinflußt die welches sich bei dem nach dem Plastifizieren und AbGröße des zum öffnen erforderlichen. Drehmoments, io kühlen des Gemisches entstehenden kautschukartigen und bei größeren Deckeln gewinnt die richtige Ein- Gel oder nach der Überführung des Gemisches in ein regelung des zum öffnen erforderlichen Drehmoments dauerhaftes kautschukartiges Gel durch Strangpressen an Bedeutung. Es wurden verschiedene Dichtungs- od. dgl. an der Oberfläche desselben befindet. Das massen, deren Zusammensetzungen weiter unten an- Schmiermittel bildet auf der Verschlußfläche der zu gegeben sind, im Rahmen der Erfindung hergestellt 15 einem Gel umgewandelten Dichtungsmasse einen Rei- und in große Deckel von 77 mm Durchmesser einge- bungsbelag, der nach dem Verschließen eines Glasgossen, die dann dicht auf Konservengläser auf ge- behälters mit dem mit der Dichtungsmasse versehenen schraubt wurden. Hierbei lagen auch nach langen Deckel das Abnehmen des Deckels unter Anwendung Lagerungszeiten die zum öffnen erforderlichen maxi- eines bestimmt einstellbaren Drehmoments gestattet, malen W^Terte für das Drehmoment erheblich unterhalb 20 Eine Dichtungsmasse aus Polyvinylchloridharz der 115 cmkg. oben beschriebenen Art befindet sich in der Form

Es hat sich bei. Anwendung dieser bekannten Dich- eines erstarrten, pastenbildenden Gemisches aus Harz tungsmassen als praktisch undurchführbar erwiesen, und Weichmacher, welches in gleichmäßiger Verteidie sich, zwischen dem Dichtungsring und dem Be- lung feinteilige Einzelteilchen eines Füllmittels und hälter infolge der plötzlichen Wiederkehr der Elasti- 25 feinteilige Einzelteilchen eines pastenbildenden Kunstzität des Plastisols beim Erkalten entwickelnde Rei- harzes in Suspension in einem nicht flüchtigen Weichbung unter Kontrolle zu halten. Bis in die jüngste macher für das Harz enthält. Bei einer Temperatur Zeit war kein Verfahren oder keine Dichtungsmasse unterhalb der Plastifizierungstemperatur der Harzzum derartigen Verschließen, von Behältern mit Weichmacherkomponente bildet das Harz mit dem Deckeln bekannt, daß die Deckel sich von den Behäl- 30 Weichmacher eine Paste, während es beim Erhitzen tern durch Einwirkung von Drehmomenten inner- auf die Plastifizierungstemperatur in dem Weichhalb des angegebenen, verhältnismäßig beschränkten macher in Lösung geht. Eine Masse dieser Art ver-Größenbereichs abschrauben lassen. Die Haftfestigkeit wandelt sich bei der Plastifizierungstemperatur für beginnt bereits in der ersten Minute nach dem Ver- das Harzweichmachergemisch in ein dauerhaftes Gel, schließen in der Hitze sich zu entwickeln, während die 35 welches beim darauffolgenden Erkalten elastisch und Zeitdauer beim Verschließen in der Kälte etwas kautschukartig wird,
langer ist. . Setzt man nun diesen Dichtungsmassen des Standes

Es ist das Ziel, der Erfindung, verbesserte Dich- der Technik gewisse schmiermittelbildende Bestandtungsmassen in Vorschlag zu bringen, die nach dem teile zu, so ist bei der Bildung des Gels nach dem Aufbringen auf die Innenseite eines Verschlußdeckels 40 Plastifizieren des Gemisches auf der Dichtungsfläche in bekannter Art und nach dem Aufschrauben des ■■. der Masse ein Schmiermittel vorhanden, und dieser Deckels auf einen Behälter mit Hilfe der ebenfalls be- Schmiermittelbelag ist imstande, die Reibungsdichkannten selbsttätigen- Verschließvorrichtungen zwi- tung zwischen dem Dichtungsring und der Glasoberschen dem Werkstoff des Dichtungsringes und dem fläche oder der sonstigen Verschlußfläche zu schmieren. 'Behälter eine Reibungsdichtung von gesteuerter 45 Das Ausmaß dieser Schmierung ist derart, daß einer-Größenordnung entstehen lassen, welche sich nach seits die zur Verhinderung der Lockerung oder Abdem Verschließen ohne Rücksicht auf die auf den lösung des Deckels nach dem Verschließen erforder-Dichtungsring gegen die Dichtungsfläche ausgeübten liehe Haftfestigkeit vorhanden ist, andererseits aber Kompressionskräfte jederzeit durch Anwendung eines die zwischen dem Dichtungsring und der abgedichinnerhalb eines zuvor bestimmten, verhältnismäßig eng 50 teten Fläche vorhandenen Reibungskräfte bei Anwenbegrenzten und annehmbaren Größenbereiches liegen- dung eines Drehmoments von verhältnismäßig niedden Drehmoments überwinden läßt. Weiterhin ist es riger Größenordnung leicht überwunden werden das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Dichtungs- können. Das Schmiermittel bildet eine Zwischenmasse aus Polyvinylchloridharzmassen vorzuschlagen, schicht, welche nach der vollen Rückbildung der die bei der an sich bekannten Verwendung zum Ver- 55 Elastizität und der dadurch auf den Polyvinylchloridschließen eines Behälters eine Haftfestigkeit von regel- harzdichtungsring ausgeübten Kompressionskraft zwi-■barer Stärke aufweist, wobei die sich zwischen Deckel sehen der Dichtungsmasse und dem Behälter bestehen- und Behälter entwickelnde Reibung derart vorher- bleibt. Um den Deckel von dem Behälter abzuschraubestimmbar ist, daß sich^: der Deckel jederzeit nach ben, braucht man nur ein Drehmoment auszuüben, ■dem Verschließen durch Anwendung eines innerhalb 60 welches ausreicht, eine innere Abscherung in der eines verhältnismäßig begrenzten und praktisch vor- Schmiermittelzwischenschicht zu bewirken und die ■teilhaften Größenbereiches liegenden Drehmoments Reibung zwischen den Führungsrippen des Deckels abschrauben läßt, welches von dem Vorhandensein und den Gewindegängen des Behälters zu überwinden, einer schmierend wirkenden Zwischenschicht zwischen Zur Herstellung der Dichtungsmasse verwendet der Dichtungsmasse und.dem Behälter herrührt, die 65 man ein Polyvinylchloridharz. Dieses Harz kann jeeinerseits fähig ist, die Größe des sich zwischen doch auch mit einem anderen Stoff, wie Polyvinyl-Deckel und Behälter entwickelnden Reibungswider- idenchlorid oder Polyvinylacetat, modifiziert sein. Standes unter Kontrolle zu halten, andererseits aber Polyvinylchloridharz in Kombination mit einem harzdie Ausbildung eines Reibungswiderstandes von ge- artigen Mischpolymerisat von Vinylchlorid und nügender Größe gestattet,.-um'eine wirksame Abdich- 70 Vinylidenchlorid bildet einen wirksamen Grund-

■werkstoff, wie er nachstehend beschrieben ist. Das Harz bildet mit dem Weichmacher eine Paste und wird zu demselben in Form feinteiliger Einzelteilchen zugesetzt, die sich gleichmäßig als Suspension in dem Weichmacher verteilen. Man kann jeden Weichmacher verwenden unter der Voraussetzung, daß er nicht flüchtig ist. Ein Polyesterepoxyd und Acetyltributylcitrat haben sich als geeignete Weichmacher erwiesen. Ein Füllmittel kann in Form feinteiliger Einzelteilchen zugesetzt werden, die sich gleichmäßig in dem Gemisch verteilen. Ein Füllmittel, wie Bariumsulfat verleiht dem Gemisch eine vorteilhafte Fließfähigkeit. Das Harz soll in dem jeweils verwendeten Weichmacher bei Raumtemperatur praktisch unlöslich, bei den höheren Temperaturen, bei denen die Plastifizieruhg erfolgt, jedoch löslich sein.

Auf je 100 Gewichtsteile Harz verwendet man vorzugsweise 50 bis 250 Gewichtsteile Weichmacher. Das Füllmittel wird vorzugsweise in Mengen von 0 bis 250 Gewichtsteilen zugesetzt. Zu dem Gemisch aus Harz und Weichmacher, welches in an sich bekannter Weise zusammengesetzt sein kann, wird das Schmiermittel in einer Menge zugesetzt, die sich sowohl nach dem jeweils verwendeten Schmiermittel als auch nach der Menge an Harz, Füllmittel oder Weichmacher richtet. Übermäßige Mengen an Schmiermittel können den Modul, die Härte und die Zugfestigkeit der Dichtungsmasse nachteilig beeinflussen. Infolgedessen hängt die obere Grenze des Schmiermittelzusatzes zu der Masse von dessen nachteiliger Einwirkung auf die physikalische Beschaffenheit der fertigen Dichtungsmasse ab.

Nach dem vollständigen Mischen des aus Harz und Weichmacher bestehenden Gemisches unter Zusatz des Schmiermittels läßt sich die pastenartige Masse leicht auf die Innenseite eines Deckelhohlkörpers zur Herstellung eines Dichtungsringes oder einer Dichtungsauskleidung aufbringen. Die besondere Art, wie ein derartiges pastenförmiges Gemisch auf den Deckel aufgebracht wird, ist an sich bekannt. Das Gemisch weist eine ausreichende Klebfähigkeit auf, um an der emaillierten Innenfläche des Deckels anzuhaften und bei der nachfolgenden Plastifizierung, durch welche das Gemisch in ein dauerhaftes kautschukartiges Gel übergeführt wird, in seiner Lage zu verharren. Die Plastifizierung des Gemisches aus Harz und Weichmacher ist beendet, wenn das Plastisol eine Temperatur von etwa 177° C erreicht, und auf der Oberfläche des auf dem Deckel befindlichen Dichtungsringes oder der Auskleidung befindet sich dann ein Schmiermittelbelag, der beim nachfolgenden Erkalten des fertigen Dichtungsringes und Deckels darauf verbleibt. Da der Schmiermittelüberzug oder -film zähflüssig ist, bleibt er auf der Oberfläche der Dichtungsmasse erhalten, und auch wenn der Deckel erst nach langer Lagerungsdauer schließlich zum Verschließen eines Behälters verwendet wird, ist die Schmierfähigkeit nicht merklich vermindert.

Eine Dichtungsmittelgrundmasse wurde in einer Reihe von Versuchen unter Anwendung von Schmiermittel verwendet, bei denen Schraubdeckel von 77 mm Durchmesser mit vier Führungsrippen mit den verschiedenen Plastisoldichtungsringen versehen und auf gleiche Glasbehälter mit schraubenförmigen Führungsrippen aufgesetzt wurden. In sämtlichen Fällen wurden die Glasbehälter mit Calciumchlorid beschickt, um etwa darin befindliche Feuchtigkeit zu absorbieren, welche den jeweiligen Versuch nachteilig beeinflussen könnte, und der zu prüfende Deckel wurde auf das betreffende Glas mit Hilfe einer Verschließmaschine bekannter Art unter Vakuum aufgeschraubt. Die mit den Deckeln versehenen Behälter wurden dann für bestimmte Zeiträume stehengelassen, und es wurden die Drehmomente in cmkg gemessen, die zum Abnehmen der Deckel von den Behältern erforderlich waren.

Grundmasse für das Dichtungsmittel Gewichtsteile

Polyvinylchlorid 55

Mischpolymerisat von etwa 94% Vinylchlorid und 6 % Vinylidenchlorid ... 45

Acetyltributylcitrat 50

Polyesterepoxyd 10

Stabilisierend wirkende Seife oder

!2 Calciumrizinolat 1

Bariumsulfat 50

Titandioxydpigment 1

212

Das erfindungsgemäß bevorzugte Schmiermittel enthält flüssiges Siliconharz bzw. flüssiges Siliconharz und ein Abdichtungswachs wie Paraffin. Vorteilhafte Ergebnisse erhält man aber auch wenn lediglich flüssiges Siliconharz angewandt wird. Diese Schmiermittel zeigen nicht nur die vorteilhafte Fähigkeit, die Reibung unter Kontrolle zu halten, sondern genügen auch vielen anderen Anforderungen, die an Werkstoffe zur Verwendung in Nahrungsmittelbehältern gestellt werden müssen. Sie sind z. B. nicht wärmehärtend, ungiftig und nicht trocknend.

Arbeitet man mit flüssigem Siliconharz, so verwendet man vorzugsweise Mengen im Bereich von etwa 0,5 bis 15 Gewichtsprozent der Masse. ..An Paraffin werden vorzugsweise Mengen von etwa Ibis 10% des Gesamtgewichts der Masse zugesetzt. Diese Anteile der Schmiermittel liefern unabhängig davon, ob sie gesondert oder zusammen zugesetzt werden, ein gut ausgeglichenes Schmiersystem für die Plastisolmasse. Das bevorzugte flüssige Siliconharz besitzt eine Viskosität von ungefähr 35OcSt; man kann jedoch der Polyvinylchloridmasse auch flüssige Siliconharze von anderen Viskositäten zusetzen, soweit sie fähig sind, die gewünschte Schmierwirkung hervorzubringen. Als wachsartiger Schmiermittelbestandteil wird vorzugsweise Paraffin verwendet; man kann jedoch auch mit anderen wachsartigen'Stoffen arbeiten. Beispiele für derartige Bestandteile sind langkettige Fettsäuren, wie Stearinsäure und Myristinsäure, Diglykolstearat, Bienenwachs, Polyamidwachs, Candelillawachs, Octadecenylamin, Polyäthylenglykol, Japanwachs, langkettige Alkohole, wie Stearyl- und Cetylalkohol, und gemischte Paraffine.

Die folgende Tabelle gibt die zum Abschrauben der verschiedenen Deckel von den Behältern unter Verwendung der erfindungsgemäßen Massen erforderlichen Drehmomente an. In allen Fällen wurde die gleiche Grundmasse verwendet; die neben den Buchstaben stehenden Ziffern geben für S die Gewichtsteile an flüssigem Siliconharz und für P die Gewichts- teile an Paraffin an.

Zum öffnen erforderliche Drehmomente, cmkg

Öffnungszeit nach dem Verschließen, Tage	S-2,5	P-4,4 S-2,5
5 28 65 90	84,3 92,3 94,6 100,5	65,8 73,8 88,8 90

Jeder der obigen Werte stellt einen Mittelwert von drei ■ üffnungsversuchen dar. Die verschiedenen zu untersuchenden Mischungen wurden unter Zusatz der angegebenen Mengen an Schmiermitteln hergestellt, und die so erhaltene Masse wurde in Form eines Dichtungsringes in einen Deckel eingegossen und plastifiziert, worauf der betreffende Behälter mit dem jeweiligen Deckel verschlossen wurde.

Aus den obigen Ergebnissen ersieht man, daß die zum öffnen erforderlichen Drehmomente sämtlich unterhalb 115 cmkg lagen. Ohne Zusatz eines Schmiermittels oder Schmiermittelgemisches zu der Grundmasse beträgt das zum Abschrauben des Deckels von dem Behälter erforderliche Drehmoment mehr als 115 cmkg. Die Ergebnisse bedeuten also eine beträchtliche Verbesserung, da die zum öffnen erforderlichen Drehmomente herabgesetzt werden und trotzdem eine wirksame Abdichtung zwischen Deckel und Behälter erzielt wird. Das bei den Versuchen verwendete Paraffin war ein im Händel befindliches Paraffin. Das flüssige Siliconharz besaß eine Viskosität von 350 cSt.

Die ausschließliche Anwendung von Paraffin ist nicht empfehlenswert, da dieses Wachs an der Oberfläche der Dichtungsmasse nach dem Aufschrauben des Deckels auf den Behälter an der Berührungsfläche zu einem festen Körper erstarrt, der ein zu hohes Drehmoment zum Abscheren erfordert, wenn man den Deckel von dem Glas abschrauben will. Der Zusatz von Paraffin ermöglicht jedoch ein leichteres Aufschrauben des Deckels auf den Behälter. Daher enthält das bevorzugte Schmiermittelgemisch eine gewisse Menge Paraffin in Kombination mit flüssigem Siliconharz.

Bei Untersuchungen, die mit verschiedenen Polyvinylchloridharzmassen nach der Erfindung durchgeführt wurden, hat sich herausgestellt, daß es zweckmäßig ist, die Menge an Schmiermitteln zu erhöhen, wenn das Verhältnis von Weichmacher zu Harz und bzw. öder das Verhältnis von Weichmacher zu Füllmittel vergrößert wird. Es ist daher zweckmäßig, daß mit einer prozentual etwa gleichbleibenden Menge an Schmiermittel, bezogen auf die Gesamtmenge der ίο Polyvinylchloridharzmasse, gearbeitet wird. Allgemein muß man bei Erhöhung der Weichmacher- und bzw. oder Füllmittelmenge auch die Menge des Schmiermittels entsprechend vergrößern.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Dichtungsmasse auf der Grundlage eines Polyvinylchloridharzes zur Herstellung eines Dichtungsringes, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine so große Menge flüssiges Siliconharz enthält, daß es sich als Schmiermittel nach der Herstellung eines Dichtungsringes an seiner Oberfläche befindet.

2. Dichtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie neben flüssigem Siliconharz auch Paraffin enthält.

3. Dichtungsmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,5 bis 15 Gewichtsprozent flüssiges Siliconharz enthält.

4. Dichtungsmasse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa 0,5 bis 15 Gewichtsprozent flüssiges Siliconharz und etwa 1 bis 10 Gewichtsprozent Paraffin enthält.

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