PVC kompozícia pre tesnenia potravinárskych obalov

Číslo patentu: 248249

Dátum: 12.02.1987

Autori: Kotleba Jozef, Gendiar Jozef

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

vynález sa týka PVC kompozícle určenej pre zhotovovanie tesnení uzáverov potravinárskych obalov, ktorá má» zlepšené spracovatelské a funkčné vlastnosti v porovnaní s doteraz používanými PVC materálmi.Tesnenia korunkových uzáverov fliaš na pivo, minerálne vody, sirupy, limonády, atď.,prešli dost dlhým vývojom. V prvej etape sa používali tesniace vložky z prírodného korku, vysekávané z narezaných cca 2 mm hrubých plátkov. Pritom sa museli vyraďovatĺ vložky majúce trhliny a iné vady, takže odpad bol velký a ďalej už nezužitkovateľny. V snahe využiť aj tento odpad začali ho drvit na drobné kúsky cca 1 až 2 mm velké,a po pridaní spojidiel, najčastejšie fenolformaldehydových živic, sa za tepla lisovali tenké dosky vhodné na vysekávanie vložiek mnohonásobnými raznicami. Táto technológia, doplnená prípadne o nalepenú polyetylénovú alebo hliníkovú fóliu, sa na mnohých miestach používa dodnes.Podstatným krokom vpred bolo použitie PVC pasty, t. j. disperzie PVC prášku vo vhodných zmäkčovadlách s prísadou niadúvadia. Pasta sa zvláštnym strojným zariadením nastrekovala v- presne odmeranej dávke (0,3 g do rotujúcich kovových koruniek, ktoré potom prechádzali cez želatinačný tunel, pričom došlo k želatinácii pasty a súčasnému napeneniu želatinátu,čím sa vytvorila mäkká, elastická tesniaca vložka s tesniacimi schopnosťami do tlaku 0,6 MPa.Nevýhodou tohoto procesu je však častá poruchovost zariadenia, spôsobovaná najmä upchávanim vstrekovacích trysiek aj celkom malými nečistotami pochádzajúcimi z pasty alebo z korózie zariadenia, pričom sa stroj musi -odstavit a poruchové miesto vyčistiť organickými rozpúšťadlami. Pritom dochádza k silnému znečisteniu rúk pracovníkov vykonávajúcich obsluhu linky pastou i styku pokožky s organickými ro-zpúšťadlrami, čo v konečnom dôsledku vedie u citlivých osôb k vzniku alergických dermatóz a nutnosti zmeny pracoviska.Ďalším závažným nedostatkom je výrazný vzostup viskozity pasty s časom skladovania, čo obmedzuje skliadovatelncst a použitelnosi pasty iba na dobu 3 až 6 mesiacov. Vzostup viskozity je zvlášť markantný v letných mesiacoch, pri jej uskladnení v netemperovaných skladoch, čo vedie až k úplnej strate tekutosti a teda aj upotrebitelnosti.Veľkým prínosom V technológii výroby tesniacich vložiek korunkových uzáverov bolo vynájdenie zariadenia na ich výrobu z granulo-vaného materiálu - plastu, a to tým spôsobom, že na závitovkovom extrúderi sa z granulátu vytláča plný kruhový profil, z ktorého sa rotujúcim nožom za hubicou extrúdera odsekávajú kúsky o hmotnosti asi 0,3 g a padajú do prisunovaných koruniek, kde sa potom v karuselovom za 4riadení so sústavou razníc vyformuje požadovaný tvuar tesniacej vložky.Zo začiatku sa toto zariadenie používalo iba na spracovanie polyetylénu a neskôr aj EVA-kopolyméru. Obidva plasty však majú značný nedostatok vo vysokej priepustnosti pre C 02 a vodné pary a preto ich použitie bolo obmedzené prakticky iba do korunkových uzáverov pre jedlé oleje a siruPY Ďalší Výskum a hladanie vhodnejších mlateriálov, najmä pre uzávery na pivo, šumivé nápoje, limoná-dy a uhličité minerálne vody, priniesol granulat z mäkčeného PVC o tvrdosti Shore A cca 80 °Sh. Tesniace vložky z tohoto materialu dávali zhodné alebo mierne lepšie tesniace vlastnosti do 0,8 MPa ako vložky z PVC pasty. Prednostou bol dobre regulovateľný a vysoký výkon zariadenia 500 až 1500 kusov tesnení. za minútu pri malých priestorových nárokoch a čistej nenáročnej obsluhe.V porovnaní s predtým spracovávaným polyetylénom, alebo EVA-kopolymérom, prejavila sna u PVC viacnásobne vyššia viskozita taveniny, majúca za následok podstatne vyššie mechanické namáhanie vytláčacieho stroja extrúdera s časťou poruchovosťou ložisiek závitovky a hnacej sústavy. Taktiež velmi nízka tepelná stabilita PVC kompozície znamenala aj pri krátkom prerušení odstávka výroby vložiek rozklad PVC v extrúderi, ,spojený so znehodznotením spálením spracovávaného materiálu za silnou koróziou závitovky Vznikajúcim chlórovodikom, čo znamenalo nutnost každoročnej výmeny závitovky za novú. Napriek týmto vyšším energetickým nárokom a nákladom na údržbu, cenila sa u PVC granulátu čistá práca v porovnaní s PVC pastou, lepšie tesniace schopnosti a dlhodobá skladovatelnosť bez ujmy na kvalite.Teraz sme zistili, že je možné aj uvedené nedostatky PVC kompozície odstrániť a dosiahnuť spracovateľské vlastnosti na úrovni polyetylénu pri zlepšení aj funkčných vlastností, ak sa PVC kompozícia zostaví a vynobí podla tu popísaného vynálezu, čim sa súčasne získa- zníženie viskozity taveniny o 30 až 50 0/0 a tým aj výrazne menšie mechanické zaťaženie extrüdera, s úsporou na náhradných dieloch,- možnost spracovania PVC kompozície pri podstatne nižších teplotách o 20 až 30 °C), dokonca nižších ako u polyetylénu,čo znamená úsporu elektrickej energie vo výške 10 až 30 0/0,- zlepšenie tepelnej stability na dvoj- až trojnásobok doteraz známych PVC kompozícií pre korunkové uzávery, čo predstavuje značne Inateriálové úspory, najmä pri rôznych technologicky nutných krátkodobýchodstávkach napr. pri výpade elektrického prúdu, závade na prísune koruniek ku karuselu extrúdera a pod.) bez nebezpečie nahorenía taveniny a nutnosti rozobratira extrúdera, vyčistenia od nahorenín a nového nábehu, ~ zlepšenie odsekávania odrezkov rotujúcim n-ožom, bez lepenia na nôž a bez vytahovanixa nitkovitých prúdov taveniny,- zlepšenie tesniacich schopnosti vyrobených tesniacich vložiek z 0,6 MPa na 1,2 MPa, čo umožňuje bezproblémové použitie aj v prípadoch keď je nutná pasterizácia a dlhodobé skladovanie nápojov s vysokým obsahom C 02.Princíp vynálezu spočíva v tom, že v PVC kompozícii pozostávrajúcej z PVC a/alebo kopolymér-ov VC, zmäkčovadiel, plnidiel a pomocných látok, sa zvolí pomer PVC a/alebo kopolymérov VC ku zmäkčovadlám a ku plnidlám v rozmedzí 1 0,6 0,1 až 1 1 20,8 čím sa zaručí dostatočne nízka viskozíta taveniny aj v najnáročnejších prípadoch a umožní sa spracovanie pri relatívne nízkych teplotách. Pritom podiel PVC a/alebo kopolymérov VC tvorí s výhodou 35 až 55 hmot. percent, podiel zmäkčovadiel 31 až 35 hmot. percent a podiel plnidiel a až 25 hmot. počítané z hmotnosti PVC kompozície.Z hľadiska dosiahnutia optimálnych vlastností PVC kompozície sa volí ako PVC suspenzný howmopolymér vinylchloridu o K-hodnote 55 až 65 a/alebo kopolymér IC-prepylén o- K-hodnote 55 až 65 s obsahom 2 až 7 0/0 propylénu a/alebo kopolymér VC-etylén-vinylacetát o K-hodnote 60 až 70 s obsahom 3 až 9 etylénu »a 2 až 7 °/o vinylacetátu, a/alebo kopolymér VC-alkylakrylát o K-hoclnote eo až 70, s obsahom 4 až 10 alkylakrylatu, pričom ako alkylakrylát môže byt použitý homolog z radu metyl-, etyl-,atď., až dodecylakrylát, s výhodou 2-etyl-hexyl-akrylát.Výber zmäkčovadiel je obmedzený v prvom rade hygieníckými a zdravotníckymi smernicami pre plasty prichádzajúce do styku s poživatinami. Ich obsah určuje smernica rigorózne na sumu 35 hmot. a kontroluje sa etyléterovým extraktom. V súvise s požadovanými mechanickými vlastnosťami PVC kompozície možno použitdi-Z-etylhexylttalát,di-z-etylhexyladipát, dibutylsebakát, díoktylsebalçát,acetyltributylciträt, butylester kyselín sójového oleja,epoxidovaný sójový olej a pod.Vo zvláštnych prípadoch možno použít aj reaktívne zmäkčovadlá, napr. tetraetylénglykoldimetakrylát alebo trimetylolpropántrimetxakrylát na zlepšenie odolnosti voči trvalej deformácil, za predpokladu, že sa dosiahne počas želatinácie, alebo iným vhodným spôsobom ich úplné vzájomné zreagovanie, v podobe rovinnej, alebo priestorovej siete, takže sa nebudú nachadzat v etylěterovom extrakte.Veľmi dôležitú úlohu podľa tohoto vynálezu majú plnidlá, ktoré musia byt použité vo zvlášť jemnozrnnej forme. Do takejto PVC kompozície sú ako plnidlá vhodné prírodné alebo syntetické uhličitany vápenaté,kysličník titanlčítý, kysličník hlinitý, žíhaný kaolín, mastenec, síran barnatý v» čistote CSL 2 a pod.Podmienkou pri výbere druhu a množstva plnidiel v zmysle predmetu vynálezu je, aby z celkovej hmotnosti PVC kompozície tvoril uhličitan vápenatý 3 až 20 hmot. 0/3. a kysličník titaničitý 0,5 až 8 hmot. . Uvedený obsah uhličitanu vápenatého v súčinnosti so zmäkčovadlom spôsobuje tixotropný charakter taveniny PVC kompozície, tým aj jej velmi dobrú tvsarovatelnost, a má tiež podstatný podiel na zlepšení tepelnej stability.U kompozícií obsahujúcich nadúvadlo,slúži súčasne uhličitan vapenatý ako nukleačné činidlo, vytvárajúce Zárodky bubliniek jemnoporéznej štruktúry. Kysllčník titaničitý zase významne zlepšuje tokové vlastnosti a upravuje farbu tesniacej vložky.Uvedené vlastnosti sa však v» dostatočnej miere prejavujú len v určitom rozmedzí veľkostí častíc týchto plnidiel. Preto podľa tolhoto vynálezu musí mat použitý uhličitan vápenatý najmenej 90 hmot. °/0 častíc menších ako 0,025 mm, avšak podiel častíc menších ako 0,001 mm nesmie prekročiť 25 hmot. . Kysličník titaničitý zase musí mat najmenej 95 hmot. častíc menších ako 0,015 mm, obsah častíc menších ako 0,001 mm aspoň 40 hmot. , ale podiel častíc o veľkosti pod 00002 mm nesmie tvorit viac ako 10 hmot. .Typické distribúcie častíc vhodných komerčných plnidiel sú v tabuľke 1.1 je Kredafil 150 Extra S 2 je mikromletý vápenec 3 je Omya BSHPri voľbe plnidiel sa musí prihliadať k distribúcii častíc z toho dôvodu, aby bol zachovaný celkový povrch častíc primeraný účelu, ktorý má plnidlo v PVC kompozícii spĺňať. Prekročenie týchto hodnôt, pokial ide o h.ornú hranicu, t. j. vyšší obsah hrubých podielov má za následok nedostatočný účinok na tixotropiu, zatiaľ čo zvýšenie jemných podielov nad udané hnanice vedie k zvýšenému absorbovaniu zmäkčovadiel na povrchu častíc plnidiel a tým nastáva nežiadúce zmena mechanických vlastností,najmä zvýšenie tvrdosti a pokles pevnosti a ľažnosti pod ünosnú mieru. Preto je aj podstatne jemnejší kysličník titaničitý obmedzený na 8 hmot. 0/0 PVC kompozície,zatiaľ čo uhličitan vápenatý s menším celkovým povrchom častíc môže byť dávkovaný až d-0 20 0/0 hmotnosti PVC kompozície.Z pomocných látok vo funkcii stabilizátorov možno použit vápenaté na zinočnaté soli vyšších mastných kyselín, napr.stearan vápenatý,oleát vápenatý,stearan zinočnatý,oktoát zinočnatý, ďalej vhodné sú estery kyseliny beta-amĺnokrotónovej, alebo komplexná draselno-zinočnatá sol kyseliny olejovej, ktorá súčasne môže slúžit ako veľmi účinný aktivátor rozkladu nadúvadla, ak je toto použité za účelom zníženia mernej hmotnosti tesniacej vložky.Na zamedzenie lepenia taveniny PVC kompozície na tvarovacie nástroje (hubice, rotačné nože, raznice je potrebné použiť v PVC kompozícii mazadlá. Najčastejšie sa voli viaczložkový systém, zložený z reduktora frikčného tepla znižovača viskozity taveninyj, separátora a regulátora rýchlosti želatinácie, napríklad pentaerytritoldioleát s pevným parafínom a stearsansom vápenatým, alebo glycerínmonostearát s medicínalnym vazelínovým olejom a polypropoxamérom trimetylolpropánu. Aj tieto pomocné látky musia byt starostlivo vybraté nielenpo funkčnej stranke, ale čo do druhu imn-ož stva musia byt v súlade s hygienickými smernicami.Hlavné aplikačné možnosti a praktické prednosti tohoto vynálezu budú v ďalšom osvetlené na viacerých príkladoch, pričom priklad č. 1 slúži ako porovnávací, uvádzajúci typickú doteraz používanú PVC kompoziciu pre korunkové uzávery s tesniacou vložkou zhotovenou vytláčracou technológiou a príklady č. 2 až 7 uvádzajú PVC komp-ozície podľa tohoto vynálezu, s výrazne zlepšenými spracovateľskými a funkčnými vlastnosťami, čo je dokumentované V príkladoch uvedenými hodn-otami sledovaných vlastností.jednotlivé vlastnosti boli stanovené týmito metódamihustota p-odľa ČSN 64 0111 pyknometricKY, pevnosť v tahu a ťažnost podľa ČSN 64 0605, s použitím skúšobných teliesok č. I o hrúbke 2 mm a rýchlosti 100 mm/min, tvrdost Shore A podľa ČSN 62 1431, index toku podľa ČSN 640861 pri 190 °C a sile na piest 3 kg, tepelná stabilita na kongočerveñ pri 180 stupňoch C podľa DIN 53381/1.Skúška spracovateľnosti sa vykonala na závitovkovom kapilárnom viskozimetri Götfert, V) 22, pri teplote taveniny 187 C teploty zón 160, 170, 160 CJ a 100 ot/min, zla použitia trysky (252 mm/3 mm a závitovky s kompresným pomerom 13. Empirický faktor spracovateľnosti sa vypočíta ako podiel výtlačného výkonu G g/h pripadajúci na jednotku tlaku taveniny MPa va jednotku točivého momentu N.m.Tlakové skúšky tesniacej schopnosti korunkových uzáverov s vyrobenými tesniacimi vložkami sa vykonávali na zariadení so 16 kovovými ,maddelmi pivový-ch fliaš, ponorenými do temperovaného vodného kúpeľa aopatrenými prívodom kysličníka uhličitéh-oz tlakovej fľaše cez redakčný ventil umožňujúci presné nastavenie tlaku V modelo 248249vých fľašíach uzavretých skúšanými uzávermi.Tlakové skúšky boli urobené pri temperovaní kúpeľa na 25 °C, v druhej sérii na 65 °C, kedy sa modelovali podmienky pasterizácie. Tlak v skúšobných tlašiach sa postupne zvyšoval každú minútu o 0,1 MPa až do 1,2 MPa. Tesniaca schopnosť pri danom tlaku sa považovala za vyhovujúcu ak nebol pozorovaný vo vodnom kúpeli únik bubliniek C 02 z korunkověho uzáveru.Tento príklad predstavuje doterajší stav techniky a slúži ako por-ovnävací.Pre výrobu tesniacich vložiek korunkových uzáverov na flaše s pivom sa pripraví PVC k-ompozícia o zloženíTáto kompozícia sa zamieša na fluidnej miešačke a potom sa zgranuluje na dvojzávitovkovnom granulátore pri teplotách vyhrielvacĺch zón 120, 135, 140, 150, 150, 140 a 145 °C.PVC kompozíoia vo forme granulátu má tiet-o vlastnosti.Spracovateľská skúška na zavitovkovom kapilárnom viskozimetri dala výkon 2736 gramov/h pri tlaku 9,5 MPa a točivom momente 22,5 N.m, z čoho vyplýva faktor spracovatelnosti 12,8.Granulát sa spracováva na jednozávitovkovom vytláčacom stroji. Vytláča sna plný kruhový profil Q) 8 mm, z ktorého sa za hubicou rotujúcim nožom odsekávajú odrezky hmotnosti cca 300 mg a padajú do plechových koruniek, kde sa ihneď tvarovacími raznicami vyformujú na požadovaný tvar tesniacej vložky.Požadovaný výkon stroja a tvarovatelnost PVC kompozície sa dosiahli za týchto podmienok teploty zôn 150, 160, 170, 160 °C,pri .110 -otáičkalch závitovky za minútu »a odbere el. prúdu 35 A. Merná spotreba e lĺllektriclçého prúdu je 0,739 kWh na 1 kg spracovaného granulátu.Takto vyrobené tesniace vložky hmotnosti 295 až 310 mg boli podrobené tlakovým skúškam tesniacej schopnosti, pri ktorých sa dosiahli tieto výsledkypri 25 °C pozorovaný únik hubliniek plynu,pri 0,7 MPa u dvoch uzáverov, pri 0,8 MPa u jednoho uzáveru, pri 0,9 MPa u dvoch uzáverov aTlak nad 1,0 MPa nedokázal Litesnit ani jeden zo skúšaných uzáverov. Pri 65 °C už pri 0,7 MPa netesníli 3 uzávery, pri 0,8 MPa ďalšie 2 uzávery a pri 0,9 MPa ukázal netesnost aj posledný skúšobný uzáver. Z toho vyplýva, že pasterizácisa sa môže pri použití korunkových uzáverov s týmito tesniacimi vložkami vykonávať len pri vnútorných tlakoch vo fľašiach do 0,6 MPa a teda tesniace schopnosti sú iba na úrovni hodnôt d-osahovaných tesniacimi vložkami zh-otovenými z PVC pasty.Pre výrobu tesniacich vložiek korunkových uzáverov na flaše s pivom sa pripraví PVC kompozicia podľa tohoto vynálezu s pomerom Pl/Czzmäkčovadlu plnidlu rovným 1 0,636 0,135 pozostávajúca z54,16 hmot. 0/0 suspenzného PVC o K-hodnote 62,7,30 hmot. plnidiel, z čoho je 3,30 hmot. uhličitanu vápenatého v podobe povrchove upravenej plavenej kriedy majücej 99,9 hmot. častíc menších ako 0,025 milimetr-ov a 1,7 hmot. 0/0 častíc menších ako 0,001 milimetrov a 4,00 hmot. 0/0 kysličníkwa titaničitého majúceho 99,9 hmot častíc menších ako 0,015 milimetrov,73,0 hmot. 5/0 častíc menších ako 0,001 milimetrov a 1,8 hm-ot. častíc pod 0,0002 mm, ďalej 0,24 hmot. nadúvadla - azobísíormamidu,0,24 hmot. 9/0 oktivátora kysličníka zinočruatého,0,30 hmot. 1 VáPBDEÍO-Zlľlüvčnatêho karboxylátu,1,00 hmot. 0/0 esteru kyseliny beta-aminokrotónovej,0,48 límot. stearinu,0,60 hmot. °/o stea-ra-nu vápenatého,0,48 hmot. G/o pevného paratínu, b. t. 63 stupňov C,0,20 hmot. 0/0 glycerínomonostearátu,

MPK / Značky

MPK: C08L 27/06

Značky: potravinářských, kompozícia, obalov, tesnenia

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/8-248249-pvc-kompozicia-pre-tesnenia-potravinarskych-obalov.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">PVC kompozícia pre tesnenia potravinárskych obalov</a>

Podobne patenty