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Die
vorliegende Erfindung betrifft Kunststoffverschlüsse für Getränke, Nahrungsmittel, Saft,
Arzneimittel und ähnliche
Anwendungen und spezieller ein verbessertes Verfahren zum Herstellen
von Verschlüssen,
die widerstandsfähig
gegenüber
dem Durchdringen von Gasen, Wasserdampf und/oder Aromastoffen (Aromaabzug)
sind.
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Hintergrund und Aufgaben
der Erfindung
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Es
ist herkömmliche
Praxis, einen Kunststoffverschluss für einen Behälter bereitzustellen, der eine
Basiswandung und eine Umfangsringwand mit inneren Mitteln wie beispielsweise
einem Innengewinde zum Befestigen des Verschlusses an einem Behälterende
umfasst. Ein Flansch oder eine Lippe kann sich von der Basiswandung
des Verschlusses aus zur abdichtenden Anlage an dem Behälterende nach
innen erstrecken, wie es beispielsweise in dem US-Patent 5,320,236
offenbart ist. Alternativ kann eine Einlage auf der Innenseite der
Basiswandung des Verschlusses zur abdichtenden Anlage an dem Behälterende
angeordnet sein. Beispielsweise offenbart US-Patent 4,984,703 einen Kunststoffverschluss mit
einer Dichtungseinlage, die auf die Innenseite der Kappenbasis an
Ort und Stelle formgepresst wird. Die Dichtungseinlage umfasst eine
Mischung aus Ethylenvinylacetat (EVA) und einem thermoplastischen
elastomeren Material wie beispielsweise Olefin oder Styol-Butadien-Styrole.
US-Patent 5,451,360 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Pressformen der Einlage an Ort und Stelle in den Verschlusskappen.
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Obgleich
die in den genannten Patenten offenbarten Verschlüsse und
Verfahren sich Problemen zuwenden, die zuvor auf diesem Gebiet auftraten,
bleiben weitere Verbesserungen wünschenswert.
Obgleich beispielsweise die Verschlusslippe oder die Einlage eine
gute Abdichtung an dem Behälterende
bereitstellen, wenn der Verschluss an dem Behälter befestigt wird, bieten
der Verschlusskörper und/oder
die Einlage nach dem Stand der Technik typischerweise keine akzeptable
Sperre gegen das Durchdringen von Gasen wie beispielsweise Sauerstoff
und Kohlendioxid, was einen schädlichen
Einfluss auf das Produkt in dem Behälter haben kann. Es ist früher bereits
vorgeschlagen worden, ein Barrierematerial wie etwa Ethylenvinylalkohol
(EVOH) als Durchlassbarrierematerial in der Einlage oder dem Verschlusskörper zu
verwenden. Materialien dieser Art sind jedoch tendenziell teuer
und spröde
und sind nicht gut dazu geeignet, als Dichtung zu fungieren. Darüber hinaus
sind Verfahren zum Einbau solcher Barrierematerialien in die Verschlüsse und/oder
Einlagen nach dem Stand der Technik tendenziell unangemessen teuer,
indem sie mehrere Prozessschritte und/oder Komponenten umfassen.
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Es
ist daher allgemein Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kunststoffverschluss
mit oder ohne Einlage zur Verfügung
zu stellen, bei welchem die Funktionen einer Dichtung zur Anlage
an der Behälterdichtungsfläche sowie
einer verbesserten Sperre oder Barriere gegen Gasdurchlass, Aromaverlust
(Aromaabzug) und/oder Wasserdampfdurchlässigkeit kombiniert sind. Eine
andere und speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, einen Verschluss der beschriebenen Gattung zur Verfügung zu
stellen, welcher eine einfach zu formende und kostengünstige Zusammensetzung aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen Verschlusses zur Verfügung zu
stellen. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Verschluss und ein Herstellungsverfahren zur Verfügung zu
stellen, bei denen sich ein dekoratives zufälliges Wirbelmuster oder ein
Wirbeleffekt in dem Verschlusskörper
ergibt, das aus unterschiedlichen Farben bestehen kann, um die dekorative
Wirkung zu verstärken.
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EP-A-0853096
offenbart einen Kunststoffverschluss der Art, wie er im Oberbegriff
des anhängenden
Anspruchs 1 ausgeführt
ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffverschlusses
der Art, wie es im Oberbegriff des anhängenden Anspruchs 20 ausgeführt ist.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
den vorstehend erwähnten
Aufgaben gerecht zu werden, wird ein Kunststoffverschluss zur Verfügung gestellt,
der einen Verschlusskörper
mit einer Basiswandung und einer Umfangsringwand mit Mitteln zum
Befestigen des Verschlusses an einem Behälter entsprechend Anspruch
1 umfasst, sowie ein Verfahren entsprechend Anspruch 20. Zumindest die
Basiswandung des Verschlusskörpers
besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl von Schichten aus einem
Matrixpolymermaterial abwechselnd mit einer Mehrzahl von Schichten
aus Barrierepolymermaterial, welches einen Widerstand gegenüber dem
Durchdringen von Gasen, Wasserdampf und Aromastoffen bietet.
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Weitere
Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis
19 ausgeführt.
Beispielsweise ist vorzugsweise ein Kompatibilisierer enthalten,
um die Haftbindung zwischen Materialien unterschiedlicher Polaritäten zu unterstützen. Ein Gleitmittel
kann ebenfalls enthalten sein, um ein gewünschtes Entfernungsdrehmoment
zu erzielen.
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Das "Matrix"polymermaterial ist
ein thermoplastisches Polymer. Typische thermoplastische Polymere,
die für
den Verschlusskörper
verwendet werden, sind solche, die als Polyolefine, Polyester, Polyamide
und Polymere auf Styrolbasis klassifiziert werden. Die beiden Hauptklassen
von Polyolefinpolymeren, die für
den Verschlusskörper
genutzt werden, sind Polyethylen und Polypropylen. Polyethylenpolymere
können
als Homopolymere mit hoher Dichte, mittlerer Dichte und niedriger
Dichte oder Copolymere mit hoher Dichte, mittlerer Dichte, niedriger
Dichte und lineare Copolymere mit niedrigerer Dichte klassifiziert
werden, wobei das Comonomer üblicherweise eins
oder mehrere aus der Familie der 1-Alken-Moleküle darstellt, wie etwa 1-Buten,
1-Hexen, 1-Okten oder ähnliche
lineare Alkene, oder zyklische Alkene wie etwa Norboren. Beispiele
für Polyethylene
sind das hochdichte Homopolymer AD60-007 von Paxon, das hochdichte
Copolymer MARLEX C590 von Phillips 66 mit Hexen-Comonomer oder das
hochdichte Copolymer MARLEX 5502BN von Phillips 66 mit Hexen-Comonomer. TOPAS
6007 von Ticona ist ein Copolymer aus Ethylen- und Norboren-Monomeren
und ist im Fachgebiet auch als zyklisches Olefin-Copolymer (COC)
bekannt. Mischungen der vorstehenden Klassen von Polyethylenen können ebenfalls
genutzt werden. Polypropylenpolymere, die für den Verschlusskörper genutzt
werden, können
solche sein, die als Homopolymere, Zufalls-Copolymere und impaktmodifizierte
Copolymere klassifiziert werden, oder es können Mischungen verschiedener
Klassen von Polypropylenen genutzt werden. Ethylen ist typischerweise
das Comonomer für
Zufalls-Polypropylen-Copolymere
und Polypropylen-Impakt-Copolymere, die üblicherweise eine feste, gummiartige,
disperse Phase wie etwa Ethylen-Propylen-Gummi aufweisen, die entweder
an Ort und Stelle polymerisiert werden kann, oder in einer Reihe
von Polymerisationsreaktoren, oder die physikalisch in einem Post-Reaktor-Verarbeitungsschritt
eingebaut werden kann. Beispiele von Polypropylenpolymeren sind
das Homopolymer MARLEX HGH020-06 oder HBL050-01 von Phillips-Sumika,
das statistische Copolymer EOD95-10 von Fina oder das statistische Copolymer
PRO-FAX SB-912 von Montell sowie das Impakt-Copolymer PRO-FAX 7523
von Montell. Mischungen der zuvor erwähnten Klassen von Polyethylenen
und Polypropylenen können
ebenfalls genutzt werden.
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Polyester,
die für
den Verschlusskörper
genutzt werden, können
entweder amorph oder semikristallin sein. Typische semikristalline
Polyester sind Poly(ethylenterephthalat) und Poly(butylenterephthalat).
Desgleichen können
Polyester mit Glykol modifiziert sein oder können andere Comonomere wie etwa
Cyclohexylendimethylol (CHDM) enthalten und können amorph gemacht werden.
Es gibt zwei allgemeine Klassen von Polyamiden, die für die Verschlusshülse genutzt
werden können:
solche, die durch Kondensation einer zweibasigen Säure und
eines Diamins polymerisiert werden, wie etwa Nylon 6,6 und Nylon
6,12, und solche, die durch Additionsreaktion von Ringverbindungen,
die sowohl Säure- als
auch Amingruppen an dem Monomer enthalten, polymerisiert werden,
wie etwa Nylon-6, Nylon-11 und Nylon-12. Die Polyamide können ebenfalls
entweder amorph oder semikristallin sein, jede dieser Klassen kann
für den
Verschlusskörper
genutzt werden. Typische Klassen von Polymeren auf Styrolbasis,
die für
den Verschlusskörper
genutzt werden können,
können
als Polystyrole charakterisiert werden, die verschiedene Comonomere
wie etwa Acrylnitril, Butadien, chloriertes Ethylen, Ethylen oder
Maleinsäureanhydrid
enthalten. Beispiele für
diese verschiedenen styrolischen Copolymere und Terpolymere sind:
ABS, ein Terpolymer aus Acrylnitril, Butadien und Styrol; ACS, ein
Terpolymer aus Acrylnitril, chloriertem Polyethylen und Styrol;
ASA, ein Terpolymer aus verschiedenen Acrylmonomeren, Styrol und Acrylnitril;
sowie SAN, ein Copolymer aus Styrol und Acrylnitril.
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Ein "Kompatibilisierer" ist ein thermoplastischer
Kunststoff, welcher zwei andere Thermoplaste durch eine reaktive
oder chemische (kovalente, Dipol-Dipol-, Ionen- oder Säure-Base-)
Bindung oder durch ein nichtreaktives (Verkettungs-) Mittel miteinander
verbindet. Beispiele sind mit Maleinsäureanhydrid gepfropfte Polymere
oder mit Ethylenvinylacetat gepfropfte Polymere wie etwa die Produktlinien
PLEXAR (Marke) von Quantum Chemical, ADMER (Marke) von Mitsui Petrochemical
und BYNEL (Marke) von DuPont, Ethylenmetylacrylat und Ionomere.
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Ein "Barrierepolymermaterial" ist ein thermoplastisches
Material, das eine geringe Durchlassrate für Gas und/oder Wasserdampf
sowie eine hohe Barrierewirkung gegenüber Aromastoffen und essentiellen Ölen zeigt.
Die Barriereeigenschaften können entweder
aktiv oder passiv oder beides sein. Passive Barrierestoffe sind:
EVOH (Ethylenvinylalkohol) wie etwa die Produktlinie SOARNOL von
Nippon Goshei und die Produktlinie EVAL von Evalca, Nylone wie etwa
die Produktlinien SELAR PA von DuPont, G21 von EMS und MXD6 von
Mitsubishi Gas, die Acrylnitril-Produktlinie BAREX von British Petroleum,
Mischungen aus EVOH und semikristallinem oder amorphem Nylon, Mischungen
aus EVOH und einem Ionomer wie etwa SURLYN (DuPont), Polypropylen/Butyl-Gummi wie etwa TREFSIN
(Advanced Elastomer Systems) und zyklische Olefin-Copolymere wie
etwa die von Ticona vermarkteten. Andere geeignete passive Barrierematerialien
sind Mischungen, wie sie in den US-Patenten 4,977,004 und 5,064,716
offenbart sind, Nanokomposite aus Montmorrillonit- (z.B. Smektit-)
Ton in EVOH und/oder amorphem oder semikristallinem Nylon (siehe
die US-Patente 4,472,538 und 5,552,469) sowie laminierte kristalline
Polymere wie etwa VECTRA von Ticona. Aktive Barrierematerialien
sind Polymere, die zur Sauerstoffsäuberung genutzt werden, wie
beispielsweise mit einem Kobaltsalz versetztes Nylon.
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Der
Verschluss der vorliegenden Erfindung kann ein einlagefreier oder
selbstabdichtender Verschluss sein, der integrale Mittel wie etwa
eine ringförmige
Lippe an der Basiswandung des Verschlusses oder der Ringwand zur
abdichtenden Anlage am Ende eines Behälters aufweist. Alternativ
kann der Verschluss eine von der Basiswandung des Verschlusses gehaltene
separate Einlage zur abdichtenden Anlage an dem Behälterende
umfassen. Es wird derzeit bevorzugt, dass das abdichtende Element,
d. h. entweder die integrale Abdichtlippe oder die abdichtende Einlage,
auch einen Zusatz zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten zwischen
dem Verschluss und der Dichtungsfläche des Behälters enthält. Reibungsvermindernde Zusätze sind
Metallstearate, mikrokristalline Wachse, Polyethylenglykole, Fettsäureester
und -amide. Diese sind im Fachgebiet als "Gleitmittel" bekannt. Das bevorzugte Gleitmittel ist
ein Fettsäureamidmaterial
mit niedrigem Molekulargewicht, welches beim Abkühlen aus dem Schmelzzustand
zu der exponierten Oberfläche
des Polymermaterials wandert, wodurch der Reibungskoeffizient zwischen
dem abdichtenden Element des Verschlusses und der Behälterdichtungsfläche reduziert
wird. Beispiele sind primäre
Amide mit der allgemeinen chemischen Struktur R-CO-NH2,
wobei R eine Alkylgruppe ist; sekundäre Amide mit der allgemeinen
chemischen Struktur R-CO-NH-R',
wobei R, R' Alkylgruppen
sind; sekundäre
Bisamide mit der allgemeinen chemischen Struktur R-CO-NH-A-NH-CO-R', wobei R, R' Alkylgruppen sind
und A eine Alkylengruppe ist; sowie Mischungen der vorstehenden
Stoffe wie etwa in US-Patent 5,306,542. Das Gleitmittel macht vorzugsweise
etwa 0,1 Gew.-% bis 1,5 Gew.% der Gesamtzusammensetzung des Verschlusses
oder der Einlage aus, am bevorzugtesten etwa 0,5 Gew.% Das Gleitmittel
wird vorzugsweise vom Materialhersteller dem Matrixpolymermaterial
zugesetzt (zusammen mit etwaig gewünschten Farbstoffen). Wenn
Gleitmittel und/oder Farbstoff in dem Verschluss enthalten sind,
ist die Menge dieser nicht in den Berechnungen der Zusammensetzungen
in der vorliegenden Anmeldung enthalten. Das Barrierematerial ist
in dem Verschluss vorzugsweise in einer Menge im Bereich von etwa
2 Gew.% bis 50 Gew.% enthalten. Das Barrierematerial ist am bevorzugtesten
in einer Menge im Bereich von etwa 6 Gew.% bis 35 Gew.% in dem Verschlusskörper enthalten,
das Kompatibilisierungsmaterial ist vorzugsweise im Bereich von
etwa 1 Gew.% bis 20 Gew.% enthalten, der Rest besteht aus dem Matrixpolymer.
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Weitere
Aspekte der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 21
bis 26 ausgeführt.
Beispielsweise werden die Schichten in dem Pellet bevorzugt aus
eingespeistem Barrierematerial, Matrixpolymer und Kompatibilisierer
koextrudiert. Diese Stoffe können
einzeln extrudiert werden oder der Kompatibilisierer kann vor der
Extrusion mit dem Barrierematerial, dem Matrixpolymer oder beiden
gemischt werden. Bei der bevorzugten Verwirklichung der Erfindung
werden die Schichten in dem Pellet aus einem ersten Einspeisematerial,
bestehend aus Barrierematerial, einem zweiten Einspeisematerial,
bestehend aus einem Matrixpolymer, und einem dritten Einspeisematerial,
bestehend aus einem Kompatibilisierungsmaterial, welches die Haftung
zwischen den Barriere- und Matrixschichten unterstützt, koextrudiert.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Erfindung wird zusammen mit ihren zusätzlichen Aufgaben, Merkmalen
und Vorteilen am besten anhand der folgenden Beschreibung, der anhängenden
Ansprüche
sowie der begleitenden Zeichnungen verständlich werden, in welchen:
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1 ein
funktionales Blockdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung von
Formpress-Chargenpellets entsprechend einer derzeit bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2 eine
Ansicht ähnlich
der aus 1 ist, die aber einen modifizierten
Prozess zeigt;
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3 ein
geschnittener Aufriss eines Kunststoffverschlusses in vergrößertem Maßstab ist,
der entsprechend den in den 1 und 2 gezeigten bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung hergestellt wurde;
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4 eine
vergrößerte Schnittansicht
des in dem Kreis 4 aus 3 enthaltenen
Abschnitts ist; die
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5, 6 und 7 Ansichten ähnlich der
aus 3 sind, die aber modifizierte Ausführungsformen
des Verschlusses zeigen, welche eine Dichtungseinlage enthalten;
und die
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8 und 9 fragmentarische
Ansichten ähnlich
der aus 4 sind, die aber modifizierte
Ausführungsformen
zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen
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1 stellt
ein System 10 entsprechend einer Verwirklichung der Erfindung
dar, das zwei Extruder 12, 14 umfasst, denen jeweils
ein Mischtrichter 13, 15 zugeordnet ist. Die Extruder 12, 14 leiten
das Extrudat als erstes und zweites Einspeisematerial zu einer Schichterzeugungsvorrichtung 16.
Die Schichterzeugungsvorrichtung 16 formt die jeweiligen
Einspeisematerialien zu diskreten, allgemein parallelen Schichten
und führt
die parallelen Schichten einer Schichtvervielfachungsvorrichtung 18 zu.
Das Ausgabematerial der Schichtvervielfachungsvorrichtung 18 ist
ein extrudierter Stab, von welchem einzelne Chargenpellets 20 bei 22 abgeschnitten
werden. Das Pellet 20 weist parallele (ebene, spiralförmige oder konzentrische),
im Wesentlichen diskrete, abwechselnde Schichten auf, wobei jede
Schicht aus einem der aus den Extrudern 12, 14 in
die Schichterzeugungsvorrichtung 16 eingespeisten Materialien
besteht. Die Anzahl der Lagen in dem Pellet 20 hängt von
der Anzahl der Verarbeitungsstufen und dem Aufbau jeder Stufe in
der Schichtvervielfachungsvorrichtung 18 ab. Bei einer
derzeit bevorzugten Realisierung der Erfindung sind die Schichterzeugungsvorrichtung 16 und
die Schichtvervielfachungsvorrichtung 18 wie in den US-Patenten
5,094,793 und 5,628,950 offenbart vorgesehen. Die Chargenpellets 20 werden
bei 24 an eine Formpressvorrichtung 26 abgegeben,
aus welcher fertige Verschlüsse 28 (1 und 3)
ausgegeben werden. Der Pelletschneider 22 und das Pelletabgabesystem 24 können wie
in den US-Patenten 5,603,964 und 5,286,971 offenbart vorgesehen
sein. Die Pressform 26 kann wie in den US-Patenten 5,451,360
und 5,554,327 offenbart vorgesehen sein.
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2 stellt
ein derzeit bevorzugtes System 10a dar, bei welchem das
Barrierepolymer, das Matrixpolymer und der Kompatibilisierer aus
zugeordneten separaten Extrudern 12, 14a, 14b in
eine herkömmliche
Koextrusionsvorrichtung 16a eingespeist werden. Das resultierende
Pellet 20a weist mehrere ebene, spiralförmige oder koaxiale Lagen auf.
Bei einer Systemkonfiguration mit drei Einspeisematerialien wie
in 2 sind die Schichten aus dem Kompatibilisierer
dünn und
sind jeweils zwischen aufeinanderfolgenden Schichten aus Barrierematerial
und Matrixpolymer angeordnet. Das System aus 2 wird derzeit
bevorzugt, weil weniger Kompatibilisierer verwendet wird. Geeignete
herkömmliche
Koextrusionsvorrichtungen 16a sind beispielsweise in US-Patent 4,522,775
sowie in der Hintergrunddiskussion des US-Patents 5,628,950 offenbart. Als weitere
Modifikation gegenüber
der Ausführungsform
aus 1 kann dem in den Extruder 14 eingespeisten
Matrixpolymer und Kompatibilisierer Barrierematerial zugesetzt werden.
Beispielsweise kann das Einspeisematerial für den Extruder 14 aus
10% EVOH, 10% Kompatibilisierer und 80% Matrixpolymer wie etwa PP,
jeweils in Gew-%, bestehen. Der Extruder 12 wird mit einer
niedrigeren Geschwindigkeit betrieben, sodass die Gesamtzusammensetzung
innerhalb der zuvor diskutierten Bereiche bleibt. Durch Einbringen
von etwas Barrierematerial in die thermoplastischen Elastomerschichten
werden die Barriereeigenschaften des Materials noch weiter verbessert. 2 zeigt
außerdem
eine Modifikation, bei der die Schichterzeugungsvorrichtung 16a direkt
den Pelletschneider 22 speist.
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Zur
Herstellung von Kunststoffverschlüssen entsprechend dem System
aus 1 besteht das Einspeisematerial für den Extruder 12 an
dem Fülltrichter 13 bevorzugt
aus einem oder mehreren Barrierepolymeren, während das Einspeisematerial
für den
Extruder 14 an dem Trichter 15 bevorzugt im Wesentlichen
aus einem oder mehreren Matrixpolymeren (z.B. PP) und einem Kompatibilisierungsmaterial besteht.
Dem Matrixpolymer werden vorzugsweise zuvor Gleitmittel und etwaig
gewünschte
Farbstoffe zugesetzt. Die Einspeisematerialien werden in dem Fülltrichter 15 sorgfältig vermengt
und gemischt. Das in den Extruder 12 eingespeiste Barrierepolymer stellt
vorzugsweise ein oder mehrere passive Kunststoffe mit hoher Barrierewirkung
gegenüber
Gas dar, die aus der Gruppe ausgewählt werden, welche aus EVOH,
Nylon, Acrylnitril-Copolymeren
wie etwa Styrol-Acrylnitril und Acrylnitril-Methylacrylat, Mischungen aus EVOH und
amorphem Nylon, Nanokompositen aus Ton in EVOH oder Nylon, Mischungen
aus EVOH und einem Ionomer, Acrylnitril, zyklischen Olefin-Copolymeren und Mischungen
dieser besteht. Alternativ oder zusätzlich zu dem passiven Barrierekunststoff
kann das Einspeisematerial für
den Extruder 12 ein aktives Sauerstoffsäuberungs-Barrierepolymer wie
etwa Nylon, versetzt mit einem Kobaltsalz, umfassen. Das in den
Extruder 14 eingespeiste Matrixpolymer wird vorzugsweise
aus der Gruppe ausgewählt,
die aus Polyolefinen, Polyestern, Polyamiden und Polymeren auf Styrol-Basis
besteht. Polypropylenkunststoffe werden besonders bevorzugt. Der
in den Extruder 14 eingespeiste Kompatibilisierer wird
vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus mit Maleinsäureanhydrid
gepfropften Polymeren, mit Ethylenvinylacetat gepfropften Polymeren,
Ethylenmetylacrylat, Ionomeren, mit Carboxylsäure gepfropften oder modifizierten
Polymeren und Mischungen dieser besteht. Wie vorstehend erwähnt, kann ein
Gleitmittel, das aus der Gruppe, bestehend aus Fettsäureestern,
Glykolen, Wachsen, primären
Amiden, sekundären
Amiden, sekundären
Bisamiden und Mischungen dieser ausgewählt wird, vorzugsweise zuvor
dem Matrixpolymer zugesetzt werden.
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Die
relativen prozentualen Anteile des Barrierepolymers, des Matrixpolymers
und des Kompatibilisierungsmaterials hängen von den Dicken der jeweiligen
in den Prozessstufen 16, 18 ausgebildeten Schichten
ab, welche wiederum von den Extrusionsdurchflussraten an den Extrudern 12, 14 abhängen. Das
gemischte Einspeisematerial für
den Extruder 14 sowie die relativen Extrusionsraten sind
vorzugsweise derart vorgesehen, dass das Barrierematerial in dem
endgültigen
Verschluss in einer Menge im Bereich von etwa 2 Gew.% bis 50 Gew.%
vorhanden ist. Am bevorzugtesten liegt der Anteil an Barrierepolymer
in dem letztendlichen Ausgabematerial 20 vorzugsweise im
Bereich von etwa 6 Gew.% bis 35 Gew.%, das Kompatibilisierungsmaterial
ist vorzugsweise im Bereich von etwa 1 Gew.% bis 20 Gew.% enthalten,
wobei der Rest aus dem Matrixpolymer besteht. Eine Erhöhung des
prozentualen Anteils an Barrierematerial erhöht die Kosten des resultierenden
Verschlusses. Die Menge an Kompatibilisierungsmaterial wird derart
gewählt,
dass ein erwünschter
Bindungswert zwischen den Schichten erzielt wird und die Viskosität des Matrixpolymers,
mit welchem der Kompatibilisierer vermischt wird, maßgeschneidert
wird. In dieser Hinsicht ist anzumerken, dass eine Vermischung des
Kompatibilisierers mit dem Matrixpolymer vor der Extrusion einen
dritten Extruder überflüssig macht,
der ansonsten erforderlich wäre,
und außerdem
gestattet, den Kompatibilisierer zum Maßschneidern der Viskosität des Matrixpolymers
anzuwenden. Es wird als wünschenswert erachtet,
dass die Schmelzflussgeschwindigkeiten der Extrudate, die in die
Schichterzeugungsstufe 16 eingegeben werden, so gut wie
möglich
abgeglichen sind. Die Schmelzflussgeschwindigkeiten für das Material
werden von den Materialherstellern veröffentlicht und können bei
der Auswahl geeigneter Materialien genutzt werden. Die Viskositäten der
einzelnen Einspeisestränge
müssen
geeignet abgeglichen werden, um eine gute Schichtbildung zu ermöglichen. Wie
in US-Patent 5,628,950 gelehrt wird, sollte der Unterschied der
Schmelzviskositäten
zwischen den Materialien der unterschiedlichen Schichten nicht größer als
ein Faktor fünf
sein, um eine gute Schichtbildung zu ermöglichen.
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3 stellt
einen Verschluss 28 dar, der eine Basiswandung 30 umfasst,
von welcher aus sich integral eine Umfangsringwand 32 erstreckt.
Die Ringwand 32 weist innere Mittel wie etwa ein Innengewinde 34 auf,
um den Verschluss 28 am Ende 36 eines Behälters 38 zu
befestigen. Der Verschluss 28 weist vorzugsweise außerdem ein
Originalitätselement 40 zur
Anzeige eines potentiellen unberechtigten Aufbruchs der aus dem
Verschluss 28 und dem Behälter 38 gebildeten
Verpackung auf. Das Originalitätselement 40 kann
ein Band umfassen, das zerreißbar
mit der Ringwand 32 verbunden ist und beim Entfernen des
Verschlusses 28 von dem Behälter 38 von dieser abtrennbar
ist, wie in US-Patent 5,755,347 oder Re33,265 offenbart ist. Alternativ
kann das Originalitätselement 40 derart
vorgesehen sein, dass es zerreißbar
mit dem Verschluss 28 verbunden ist, aber beim Entfernen
des Verschlusses von dem Behälter 38 mit
diesem verbunden bleibt, wie beispielsweise in US-Patent 5,295,600
dargestellt ist. Ein ringförmiger Rand
oder eine Rippe 42 ist integral mit der Basiswandung 30 ausgebildet,
und zwar an einer Stelle zur selbstabdichtenden Anlage am Innendurchmesser des
Behälterendes 36 zur
abdichtenden Anlage an diesem. Alternativ kann das abdichtende Element 42 von
einer Art sein, wie sie in US-Patent 5,320,236 dargestellt ist.
Der in 3 dargestellte Verschluss 28 umfasst
somit einen so genannten einlagefreien Verschluss.
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Wie
in 4 dargestellt ist, besteht zumindest die Basiswandung 30 des
Verschlusses 28 und vorzugsweise auch die Ringwand 32 im
Wesentlichen aus einer Mehrzahl von Schichten 43 aus Matrixpolymermaterial
abwechselnd mit einer Mehrzahl von Schichten 44 aus Barrierematerial,
um dem Durchdringen von Gasen, Wasserdampf und Aromastoffen durch
den Verschluss einen Widerstand entgegenzusetzen. Die oberste und
die unterste Schicht bestehen vorzugsweise aus Matrixmaterialschichten 43.
Es ist gezeigt worden, dass diese laminierte Morphologie bessere
Barriereeigenschaften als herkömmliche
Materialmischungen bietet. Die Technologie der vorliegenden Erfindung
kann auch genutzt werden, um zusätzlich
eine dekorative Wirkung zu erzielen, indem in jeder Schicht unterschiedliche
Farben verwendet werden. Beim Pressformen wird der Verschluss ein
zufällig
verwirbeltes Erscheinungsbild aufweisen, das nicht unter Anwendung
der herkömmlichen
Technologie erzielt werden kann. Die Anzahl der Schichten hängt von
dem Aufbau der Schichterzeugungsvorrichtung 16 und der
Schichtvervielfachungsvorrichtung 18 ab. Die Anzahl der Schichten
wird derart gewählt,
dass gewünschte
Barriere- und andere Eigenschaften erzielt werden. Die Anzahl der
Schichten beträgt
mindestens neun, bevorzugter mindestens dreiunddreißig und
am bevorzugtesten mindestens einhundertneunundzwanzig.
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Ein
besonders wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in
der Tatsache, dass die Barriereeigenschaften bezüglich der Durchwanderung von
Gasen durch den Verschluss erzielt werden können, ohne dass eine separate
Verschlusseinlage vorgesehen wird. Es wird jedoch entsprechend der vorliegenden
Erfindung auch in Erwägung
gezogen, dass eine Einlage auf der Innenseite der Basiswandung 30 des
Verschlusses bereitgestellt werden kann, und zwar zur abdichtenden
Anlage an dem Behälterende
und/oder für
verbesserte Barriereeigenschaften. 5 stellt
eine Einlage 46 dar, die einen verdickten Rand zur gegenüberliegenden
Anlage an der Dichtungsfläche
eines Behälters
aufweist, während 6 eine
Einlage 46a mit flacher Geometrie darstellt. 7 stellt
eine Einlage 46b mit einem flachen Rand und einem verdickten
Mittelteil zum Enthalten von zusätzlichem
Barrierematerial dar. Die Einlage 46, 46a oder 46b kann
an Ort und Stelle formgepresst werden, wie in den US-Patenten 3,674,393;
3,702,148; 3,877,497; 4,518,336 und 5,451,360 dargestellt ist. Alternativ,
aber weniger bevorzugt, kann die Einlage separat ausgebildet werden
und dann mechanisch oder mittels Klebstoff in dem Verschluss an
der Basiswandung befestigt werden. Die Einlage 46, 46a, 46b kann
wie in US-Patent 4,984,703 offenbart beschaffen sein oder kann wie
in den gleichzeitig anhängigen
europäischen
Patentanmeldungen EP-A-O 926 215 oder EP-A-O 926 078 offenbart beschaffen
sein, im Hinblick auf verbesserte Barriereeigenschaften.
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8 stellt
einen derzeit bevorzugten Verschlussaufbau dar, der unter Nutzung
des Systems aus 2 hergestellt wurde. Es sind
separate Matrix-, Kompatibilisierer- und Barrierepolymerschichten 50, 52, 54 vorhanden.
Die Abfolge 50, 52, 59, 52, 50 usw.
wiederholt sich über
die gesamte Dicke des Verschlusses hin. Aneinanderstoßende Matrixpolymerschichten 50 fließen tendenziell
zusammen und bilden eine Matrixschicht mit doppelter Dicke. Die Schichtdicken
sind in keiner der Figuren maßstabsgerecht
gezeigt. Die Kompatibilisiererschichten 52 wären typischerweise
viel dünner
als die Matrix- oder die Barriereschichten. Obgleich die 4 und 8 symmetrische
Schichtkonstruktionen darstellen, werden auch asymmetrische Konstruktionen
in Erwägung
gezogen.
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9 stellt
einen Aufbau dar, bei welchem nacheinander eine Matrixschicht 50,
eine Kompatibilisiererschicht 52, eine passive Barriereschicht 56, eine
Kompatibilisiererschicht 58 (welche die gleiche Zusammensetzung
wie die Schicht 52 aufweisen kann), eine aktive Barriereschicht 60,
eine Kompatibilisiererschicht 52 und eine Matrixschicht 50 vorgesehen
sind. Diese Abfolge wiederholt sich über die gesamte Dicke des Verschlusses
hin. Wiederum tendieren aneinanderstoßende oder einander zugewandte
Matrixschichten 50 dazu, zusammenzufließen. Die Verwendung von sowohl
aktiven als auch passiven Barriereschichten liefert verbesserte
Barriereeigenschaften. Es wird auch in Erwägung gezogen, dass die aktiven
und passiven Polymere in einer einzigen Schicht vermischt werden können, wie
etwa einer Mischung aus EVOH, Nylon und Kobaltsalz.
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Es
ist vorzuziehen, dass die mehreren Schichten, welche die vorliegende
Erfindung kennzeichnen, jeweils eine im Wesentlichen einheitliche Dicke
aufweisen, obgleich dies auf Grund der Vielzahl der Schichten nicht
kritisch ist. Es ist außerdem vorzuziehen,
dass jede Schicht eine einheitliche Zusammensetzung aufweist. Es
wird davon ausgegangen, dass bei bestimmten Anwendungen zusätzliche Schichten
aus anderen Materialien, die andere gewünschte Eigenschaften zeigen,
angewandt werden können.
Bei der Herstellung von Verschlüssen
mit einem mehrschichtigen Aufbau ist die Schichtausrichtung in dem
Chargenpellet nicht wesentlich. Es wird angenommen, dass dies auf
die Tatsache zurückzuführen ist,
dass die Hitze und der Druck des Formpressvorgangs ein Fließen des
laminierten Materials radial nach außen bewirken, sodass der laminierte Aufbau
des Pellets umkonfiguriert wird, auch wenn die Schichten anfangs
möglicherweise
in einem Winkel zu der Basiswandung des endgültigen Verschlusses angeordnet
waren. Es wird angenommen, dass, solange eine ausreichende Anzahl
von Schichten in dem extrudierten Pellet und dem endgültigen Verschluss
vorhanden ist, die Barriereschichten des Verschlusses ungeachtet
der Ausrichtung der Schichten vor der Formung erzielt werden.
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Es
wurde somit ein Verschluss sowie ein Herstellungsverfahren offenbart,
die vollständig
den zuvor angeführten
Aufgaben und Zielen gerecht werden. Der Verschluss lässt sich
auf einfache Weise aus ansonsten herkömmlichen Materialien und unter Anwendung
ansonsten herkömmlicher
Verfahren und Ausrüstung
herstellen. Der Verschluss bietet eine verbesserte Wirksamkeit,
was das Verhältnis von
Menge an verwendetem Barrierematerial zu Durchlässigkeit und Durchlassgrad
für Gase
wie etwa Sauerstoff und Kohlendioxid, Wasserdampf sowie essentielle
Aromaöle
(Aromaabzug) betrifft. Es wurden spezielle Matrix/Barriere-Kombinationen
offenbart. Andere Kombinationen werden für andere Anwendungen in Betracht
gezogen und werden sich für
Fachleute auf diesem Gebiet auf Grundlage der vorliegend diskutierten
Prinzipien und Parameter von selbst ergeben.