DE69803825T2

DE69803825T2 - Verfahren zur Herstellung von einer Verschlusseinheit

Info

Publication number: DE69803825T2
Application number: DE69803825T
Authority: DE
Inventors: Chorng-Fure Robin Hwang; Frank E. Martin; Tim M. Sullivan; Joel L. Williams
Original assignee: Becton Dickinson and Co
Current assignee: Becton Dickinson and Co
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2018-11-21
Also published as: CA2255078A1; US5961911A; DE69803825D1; EP0920967B1; EP0920967A1; JPH11226978A

Description

Gebiet der Erfindung:

Diese Erfindung bezieht sich auf Formverfahren und bezieht sich insbesondere auf ein verbessertes Verfahren, mit dem mehrkomponentige Verschlüsse nach einem einfach durchzuführenden und kosteneffizienten Verfahren geformt werden können.

Hintergrund der Erfindung:

Mehrkomponentige Verschlüsse für Gefäße wie Flaschen, Gläschen, Röhrchen und dergleichen werden herkömmlicherweise durch Spritzguss oder Formpressen der einzelnen Komponenten und anschließendes Kombinieren der einzelnen Teile in einem oder mehreren getrennten Verfahren hergestellt. Bei der Herstellung von Röhrchenverschlüssen zum Beispiel wird ein Septum, das von einer Nadel durchdrungen werden soll, aus einer elastomeren Folie gestanzt und auf ein vorgeformtes Deckelteil geheftet. Dann können weitere Komponenten, wie eine Metallfolienauskleidung, hinzugefügt werden.
Solche Verfahren sind unter dem Aspekt der Verarbeitung ineffizient und führen außerdem bei jedem Schritt zu Materialverschwendung. Bei allen Spritzgussmaschinen verbleibt ein Teil des Polymers im Anguss, nachdem die Form geschlossen wird, so dass ein hervorstehendes Stück oder eine Nase zurückbleibt, welche entfernt werden muss, nachdem das Produkt aus der Form gedrückt wurde. Häufig werden die Nasen einfach verworfen, oder sie können aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auch zurückgewonnen und recycelt werden. In beiden Fällen führen die resultierende Ineffizienz und die Mehrkosten zu einer reduzierten Produktivität aus der Form.
Beim Formpressen wird eine Apparatur verwendet, die einem Waffeleisen ähnelt, wobei geschmolzenes Polymer alle Formhohlräume ausfüllt, ohne durch Angusssysteme und Angussverteiler zu treten. Wenn alle Hohlräume gefüllt sind, wird die Form geschlossen, und durch eine hydraulische Presse werden Wärme und Druck ausgeübt. Bei diesem Verfahren werden zwar Angusssysteme und Angussverteiler vermieden, es muss aber ein Überschuss an Polymer verwendet werden, um eine vollständige Füllung des Gesenks zu gewährleisten. Die Hitze und der Druck bewirken, dass das Polymer das Gesenk füllt, und bewirken ein Austreten in Überflussrinnen. Polymer in den Rinnen muss wie die Nasen beim Spritzgießen recycelt oder verworfen werden. Formpressen ist wie Spritzgießen inhärent ein diskontinuierliches Verfahren, ist jedoch weniger effizient als Spritzgießen, da eine getrennte Maschine erforderlich ist, um die einzelnen Artikel von der einzigen großen "Waffel" abzutrennen, die aus der Pressform kommt.
Rotationsformpressen ist eine neuere Entwicklung, bei der einzelne Formen auf der Führung einer sich ständig drehenden Plattform einzeln mit einer Schmelze aus thermoplastischem Material gefüllt werden. Durch das Pressen und Erhitzen des Thermoplasten in der Form mit einem Spritzkolben wird der gewünschte Artikel gebildet. Die Form-Spritzkolben-Einheit bewegt sich entlang der Führung nach vorne und wird geöffnet, wenn der Artikel erstarrt ist.
US-A-5,647,939 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Deckels mit offener Oberseite, bei der ein Septum aus Silikonkautschuk direkt mit dem Flansch eines Kunststoffdeckels mit offener Oberseite verbunden wird, indem man eine Oberfläche des Elastomers und eine Oberfläche des Kunststoffs getrennt ionisiert und dann die ionisierten Oberflächen sofort zusammenpresst, während man Druck und Wärme anwendet.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Bei einem Verfahren zur Herstellung einer Verschlussvorrichtung werden ein Verschlussdeckel mit einem offenen unteren Ende und eine obere Wandung, die eine Öffnung aufweist, mit der oberen Wandung nach unten in eine Pressform gebracht. Eine vorbestimmte Menge eines thermoplastischen Elastomers (TPE) wird zu dem Deckel gegeben und durch einen passenden Positiv-Formgeberstift in ein Septum gepresst, das die Öffnung abdeckt und an der Unterseite der oberen Wandung haftet. Dann kann eine durchlässigkeitssenkende Sperrschicht gegen das Septum gepresst werden. In einem bevorzugten Verfahren wird der Deckel in einer ersten Station einer Rotations-Formpressvorrichtung in das Gesenk eines Presswerkzeugs eingeführt, und anschließende Schritte des Verfahrens werden nacheinander in späteren Stationen durchgeführt.
Zu den herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Verschlussvorrichtungen gehört die Herstellung einer vorgeformten Folie aus elastomerem Material, das Laminieren eines Metallfolien-Sperrmaterials auf dieselbe, das Ausstanzen von Septum-Metallfolie-Einheiten aus der laminierten Folie und das Heften derselben auf spritzgegossene Deckel, häufig mit einem Kleber. Diese Verfahren sind zeitraubend, und bis zu 30% des Elastomers gehen während der Stanzoperation verloren und müssen verworfen oder recycelt werden. Die vorliegende Erfindung überwindet die verlorene Zeit und das verlorene Material herkömmlicher Verfahren, macht Klebstoffe überflüssig und ist dementsprechend viel effizienter.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Verschlussvorrichtung, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde;
Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht der Vorrichtung von Fig. 1 entlang der Linie 2-2; und
Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die Vorrichtung von Fig. 1.

Ausführliche Beschreibung

Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Verschlussvorrichtung (10), umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte des:
a) Anordnens eines Kunststoffdeckelteils (11) einer Verschlussvorrichtung (10) mit einer oberen, eine Öffnung (20) definierenden Wandung (12) im Gesenk eines Presswerkzeugs, wobei das Deckelteil so angeordnet wird, dass die obere Wandung (12) an die untere Wandung (16) des Formwerkzeugs angrenzt;
b) Eintragens eines thermoplastischen Elastomers in das Deckelteil (11);
c) Pressens des Elastomers in ein Septum (22), das gegenüber der oberen Wandung (12) abgedichtet ist und die Öffnung (20) abdeckt; und des
d) Anbringens einer durchlässigkeitssenkenden Sperrschicht (24) am Septum (22).
Bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Bei dem Verfahren der Erfindung wird eine mehrkomponentige Verschlussvorrichtung hergestellt, indem man ein durchstoßbares Septum durch Formpressen direkt über eine Öffnung in einem Deckelteil anbringt, und dann wird, ohne die Deckel-Septum-Einheit aus der Form zu entnehmen, eine durchlässigkeitssenkende Sperrschicht eingeführt und an das Septum geheftet.
Wir beziehen uns jetzt auf die Zeichnungen. Die Fig. 1-3 zeigen eine typische Röhrchenverschlussvorrichtung, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurde. Die Vorrichtung 10 umfasst ein Deckelteil 11 mit einer ringförmigen oberen Wandung 12 mit einem unteren Rand 13 und einer Seitenwandung 14, die ein offenes unteres Ende 16 definiert. Die Seitenwand 14 kann einen umlaufenden Vorsprung 18 umfassen, der über die Lippe eines Röhrchens (nicht gezeigt) gesteckt wird. Die obere Wandung 12 umfasst eine Öffnung 20, um eine Nadel aufzunehmen. Ein Septum 22 grenzt an den unteren Rand 13 des Deckelteils 11 an und ist an diesem befestigt. Eine durchlässigkeitssenkende Sperrschicht 24 grenzt an das Septum 22 und ist an diesem befestigt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist das Septum 22 durch die Öffnung 20 hindurch sichtbar, wenn man die Verschlussvorrichtung von oben betrachtet.
Das Deckelteil 11 der Vorrichtung kann nach jedem herkömmlichen Verfahren, wie Spritzgießen, hergestellt werden und aus jedem herkömmlichen Kunststoff bestehen, der mit dem für das Septum ausgewählten Material, wie es unten ausgeführt wird, verträglich ist und eine sichere Bindung zu diesem bildet. Bevorzugte Kunststoffe für den Deckel sind Polyolefine, wie Polyethylen oder Polypropylen, Polyethylenterephthalat (PET) und Polystyrol. Die Herstellung des Deckelteils ist kein Bestandteil dieser Erfindung. Das spritzgegossene Deckelteil kann mit der oberen Wandung 12 im Boden des Gesenks in das Gesenk eines Presswerkzeugs eingebracht werden, so dass das offene untere Ende 16 nach oben zeigt. Dann wird eine zur Bildung des Septums 22 vorbestimmte Menge an TPE-Schmelze vorzugsweise durch Extrusion in das Deckelteil in dem Gesenk eingeführt. Ein passender Positiv-Formgeberstift wird in das Gesenk eingeführt, um das Elastomer in die Form des Septums 22 zu zwingen, das dadurch gegen den unteren Rand 13 der oberen Deckelwandung 12 gepresst und mit diesem verbunden wird.
Jedes TPE, das eine sichere Bindung zum Deckel bildet, kann für das Septum verwendet werden. Geeignete Thermoplaste für Septen, die mit Polystyroldeckeln verwendet werden sollen, sind zum Beispiel Acrylnitril-Butadien-Styrol- oder Styrol-Butadien-Kautschuk. Für PET-Deckel wird ein Septum aus Polyester- TPE, wie HytrelTM (DuPont), bevorzugt.
Elastomere, die für Septen geeignet sind, welche mit Polyolefindeckeln verwendet werden sollen, sind thermoplastische Polyolefinkautschuke, die im allgemeinen als TPOs bezeichnet werden, zum Beispiel Ethylen-Propylen-Dien-Monomer- (EPDM)-Kautschuk in einer Polypropylenmatrix, der von AES (Advanced Elastomer Systems, Akron, Ohio) unter dem Handelsnamen SantopreneTM kommerziell erhältlich ist.
Ein bevorzugtes Elastomer für Septen, die mit Polyolefindeckeln verwendet werden sollen, ist die Klasse von Copolymeren, die in der Technik als Metallocen- Copolyolefine bekannt sind, d. h. Copolymere, die unter Verwendung von Metallocen-Katalysatoren hergestellt werden. Beispielhaft für solche Produkte sind Copolymere von Ethylen mit einem alpha-Olefin mit 3-20 Kohlenstoffatomen. Diese Produkte sind von Exxon unter dem Handelsnamen ExactTM oder von Dow unter dem Handelsnamen EngageTM kommerziell erhältlich.
Das am meisten bevorzugte Elastomer für ein Septum, das mit einem Polyolefindeckel verwendet werden soll, ist ein Metallocen-Copolymer der Exact- oder Engage-Reihe, das mit Silan gepfropft wurde, so dass es etwa 0,2-10 Gew.- Silan enthält. Silangepfropfte Metallocen-Polyolefin-Copolymere sind in der Technik wohlbekannt und werden in der Europäischen Patentanmeldung EP 0 702 032 A2 und in der Internationalen Anmeldung Nr. WO 95/29197 ausführlich beschrieben. Sie bilden außergewöhnlich starke Bindungen zu Polyolefindeckeln. Silane, die auf Polyolefine gepfropft werden können, werden von der Huls AG (Somerset, NJ) unter dem Handelsnamen DynasylanTM vertrieben. Ein bevorzugtes Pfropfmittel ist Vinyltrimethoxysilan.
Wenn gewünscht wird, dass das Septum gehärtet wird, kann die Deckel- Septum-Einheit im Formwerkzeug gegebenenfalls Feuchtigkeit ausgesetzt werden, um das Polymer des Septums über Siloxangruppen zu vernetzen. Die Vernetzung silangepfropfter Metallocen-Polyolefine ist in der Technik bekannt.
Ohne die Deckel-Septum-Einheit aus der Form zu entnehmen, wird eine durchlässigkeitssenkende Sperrschicht gegen das Septum gepresst und mit diesem verbunden. Die Sperrschicht besteht bevorzugt aus Metallfolie, am meisten bevorzugt Aluminiumfolie, obwohl auch jedes andere in der Technik bekannte Material verwendet werden kann. Wenn eine sicherere Bindung zwischen dem Septum und der Metallfoliensperrschicht gewünscht wird, kann die Folie auch mit einem geeigneten Kleber, wie ChemlokTM (Lord Corporation, Erie, PA), beschichtet werden. Die Sperrschicht kann etwa 0,3 bis 3 um dick sein.
Das bevorzugte Verfahren der Erfindung ist kontinuierlich. In dieser Ausführungsform der Erfindung bewegt sich eine Reihe von Presswerkzeuggesenken entlang einer Führung. Jedes Formwerkzeug kommt nacheinander an einer Reihe von Stationen vorbei, wo eine Operation im Verfahren stattfindet. So nimmt das Formwerkzeug an einer ersten Station entlang der Führung das spritzgegossene Deckelteil auf, wie es oben beschrieben ist. Das Formwerkzeug, das den Deckel enthält, bewegt sich vorwärts entlang der Führung zu einer zweiten Station, wo die vorbestimmte Menge an Elastomer in den Deckel in dem Werkzeug extrudiert wird. An dieser Station kann der passende Positiv-Formgeberstift eingeführt werden, um das Elastomer in die Form des Septums zu pressen, oder vorzugsweise kann das Werkzeug nach der Aufnahme des Elastomers zur nächstfolgenden Station vorbewegt werden, wo der Formgeberstift in das Werkzeug eintritt und das Elastomer in das Septum und gegen den unteren Rand der oberen Wandung des Deckels presst. Dann kann der Formgeberstift zurückgezogen werden, und die Metallfolie oder Metallfolie-Klebstoff-Einheit kann eingeführt und durch erneuten Eintritt des Formgeberstifts gegen das Septum gepresst werden.
Alternativ dazu kann auch das Werkzeug, das die Deckel-Septum-Einheit enthält, weiter vorbewegt werden, und die Metallfoliensperrschicht kann an einer nachfolgenden Station eingeführt werden. Eine Apparatur, die für das kontinuierliche Verfahren der Erfindung geeignet ist, ist ausführlich in US-A-4,314,799 beschrieben.
Bei jedem Verschluss ist es entscheidend, dass das Septum fest an den Deckel gebunden ist, so dass keine Abtrennung oder Leckbildung erfolgt. Zum Beispiel erkennt man leicht, dass ein Versagen der Septum-Deckel-Dichtung das Vakuum in einem evakuierten Blutsammelröhrchen beeinträchtigen und zu einer unvollständigen Probenentnahme führen würde. In der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, dass das elastomere Septum durch das Formpressen der Schmelze ausreichend fest gegen den Deckel gebunden wird, so dass kein Klebstoff erforderlich ist und keine Leckbildung auftritt. Die Festigkeit der Bindung zwischen Septum und Deckel in Verschlüssen, die nach dem Verfahren der Erfindung und des Standes der Technik hergestellt werden, können nach dem Verfahren des Beispiels qualitativ auf Leckbildung getestet werden.

Beispiel

Der auf Leckbildung zu testende Verschluss wurde in das offene Ende eines Kunststoffröhrchens von 16 · 100 mm eingeführt. Zehn ml Wasser wurden hinzugefügt (80% Füllung), und das Röhrchen wurde aus Höhen von 198,12 bzw. 99,06 cm (78 bzw. 39 in) auf einen Laborboden (simulierter Krankenhausboden) fallen gelassen. Dann wurden die Röhrchen visuell auf Leckbildung durch die Deckel-Septum-Dichtung hindurch untersucht. Bei den folgenden Verschlussvorrichtungen, die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wurden, wurde keine Abtrennung des Septums von dem Deckel beobachtet, und es wurde auch keine Leckbildung beobachtet.
1) Polystyrol-Deckel/Hytrel-Septum/Metallfoliensperrschicht
2) Polypropylen-Deckel/Santopren-Septum/Metallfoliensperrschicht
3) Polypropylen-Deckel/silangepfropftes EXACT-Septum/Metallfoliensperrschicht

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer Verschlussvorrichtung (10), umfassend die aufeinanderfolgenden Schritte des:

a) Anordnens eines Kunststoffdeckelteils (11) einer Verschlussvorrichtung (10) mit einer oberen, eine Öffnung (20) definierenden Wandung (12) im Gesenk eines Presswerkzeugs, wobei das Deckelteil so angeordnet wird, dass die obere Wandung (12) an die untere Wandung (16) des Formwerkzeugs angrenzt;

b) Eintragens eines thermoplastischen Elastomers in das Deckelteil (11);

c) Pressens des Elastomers in ein Septum (22), das gegenüber der oberen Wandung (12) abgedichtet ist und die Öffnung (20) abdeckt; und des

d) Anbringens einer durchlässigkeitssenkenden Sperrschicht (24) am Septum (22).

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elastomer mittels eines passenden Positiv-Formgeberstifts in das Septum (22) gepresst wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Deckelteil (11) im Gesenk eines Presswerkzeugs in einer ersten Station einer Rotations-Formpressvorrichtung angeordnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Kunststoffdeckel (11) aus Polystyrol, einem Polyolefin oder Polyethylenterephthalat besteht.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Elastomer aus der aus einem Styrol-Butadien-Kautschuk, einem Ethylen-Propylen-Dien-Monomer- Kautschuk, einem Copolymer von Ethylen und einem α-Olefin mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen und einem silangepfropften Copolymer von Ethylen und einem α-Olefin von 3 bis 20 Kohlenstoffatomen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das:

a) Anordnen eines Polyolefin-Deckelteils (11) einer Verschlussvorrichtung (10) mit einer oberen, eine Öffnung (20) definierenden Wandung (12) im Gesenk eines Presswerkzeugs, wobei die obere Wandung (12) an die untere Wandung (16) des Formwerkzeugs angrenzt;

b) Einführen einer Schmelze eines Copolymers von Ethylen und einem α-Olefin von 3 bis 20 Kohlenstoffatomen in das Deckelteil (11);

c) Pressen des Copolymers mit einem passenden Positivstift, wodurch ein Septum (22) gegenüber der oberen Wandung (12) gebildet wird, wodurch die Öffnung (20) abgedeckt wird; und das

d) Anbringen einer durchlässigkeitssenkenden Sperrschicht (24) am Septum (22).

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Copolymer Silanpfropfungen enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, weiterhin umfassend das Vernetzen des Septums aus silangepfropftem Copolymer.

9. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend das:

a) Anordnen des Polyolefin-Deckelteils (11) der Verschlussvorrichtung (10), deren obere Wandung (12) die Öffnung (20) definiert, im Gesenk eines Presswerkzeugs in einer ersten Station einer Rotations- Formpressvorrichtung, wobei die obere Wandung (12) des Deckelteils an die Unterseite des Formwerkzeugs angrenzt;

b) Eintragen einer vorbestimmten Menge einer Schmelze eines silangepfropften Copolymers von Ethylen und eines α-Olefins von 3 bis 20 Kohlenstoffatomen in das Deckelteil (11) im Gesenk;

c) Pressen des Copolymers mittels eines passenden Positiv-Formgeberstifts, wodurch ein Septum (22) gebildet wird, das gegenüber der oberen Wandung (12) abgedichtet ist und die Öffnung (20) abdeckt; und das

d) Pressen einer durchlässigkeitssenkenden Sperrschicht (24) mittels des Positivstifts gegen das Septum.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Septum (22) vernetzt ist.