Brevet FR2001664A1 — publié le 19690926

La présente invention concerne le jointage d'obturateurs métalliques pour récipients. On utilise le terme "joint" -pour dénommer toutes sortes d'éléments d'étanchéité et de garnitures intérieures et analogues pour capsules. Les capsules métalliques pour obturateurs de récipient, par exemple capsules à vis, bouchons-couronnes, capsules roll-on, capsules inviolables type "pilfer-proof" etc., nécessitent l'introduction d'un joint d'étanchéité, ou d'une garniture pour qu'il y ait étanchéité entre la capsule et le récipient correspondant. On connaît de nombreux procédés de jointage étanche dans les capsules métalliques. Un procédé particulièrement avantageux consiste à injecter dans la capsule un plastisol, en général à base de chlorure de polyvinyle, par exemple en faisant tourner la capsule, et à le gélifier dans la capsule, ou à mouler le plastisol gélifié avec un poinçon pour donner au joint la forme ou le profil recherché. D'autres procédés de jointage de capsules décrits dans le brevet britannique de W.R. Grace & Co NO 1.112.023, ou lescemanaes de brevets britanniques de W.R. Grace & Co NO 49524/67 du 31.10.1967 "Procédé de jointage d'obturateurs de récipient" et 49525/67 du 31.10.1967 "Nouveau procédé de jointage dbbturateurs de récipient", consistent à placer dans la capsule un joint en forme de disque ou une pastille en matière de jointage, à chauffer la capsule et la matière de jointage à une température à laquelle cette dernière adhère au fond de la capsule et est également suffisamment molle pour subir le moulage, puis à mouler le joint avec un poinçon à une température inférieure. Tous ces procédés consistent habituellement à chauffer la capsule dans un four de manière à chauffer la matière de jointage afin de la ramollir pour le moulage ou afin de gélifier un plastisol qui a déjà reçu le profil convenable du joint fini. Cependant, les fours habtuellement utilisés sont de grande dimension, d'installation coûteuse, et nécessitent au chauffage de grandes quantités de combustible ou beaucoup d'électricité. De même, le temps nécessaire pour gélifier le plastisol ou ramollir la composition de jointage est relativement long, souvent de l'ordre d'uneminute Par conséquent9 la présente invention a pour objet un procédé de jointage de capsules métalliques sans utiliser le four classiques ce qui permet de ramollir très rapidement une composition de jointage ou de gélifier très vite un plastisol, normalement en moins de 10 secondes pour un plastisol à base de chlorure de polyvinyle. L'invention concerne un procédé de jointage d'obturateurs métalliques pour récipients9 selon lequel on introduit dans l'obturateur une matière de jointage thermoplastique que l'on chauffe et que l'on transforme en un joint ayant le profil voulu caractérisé en ce que l'on chauffe la matière de jointage en soumettant l'obturateur jointé à un champ magnétique alternatif à fréquence élevée. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé, on incorpore dans le plastisol ou toute autre composition de jointage une matière inductive finement divisée (ferromagnétique et/ou électroconductrice). Dans un seconde mode de mise en oeuvre, il n'existe aucune particule inductive dans la composition de jointage, et l'on chauffe la composition exclusivement par conduction à partir de la capsule métallique (que l'on chauffe par induction dans le champ magnétique alternatif). Dans un troisième procédé, on place une fine couche d une matière-inductive entre la capsule et la composition de jointage. (Dans ce procédé, il n'est pas nécessaire que la composition de jointage condense des particules inductives). Normalement, ce procédé est le moins intéressant des trois sur le plan pratique. On connais généralement le procédé ci-dessus de chauffage sous le nom de chauffage par induction magnétique. Le champ magnétique alternatif peut avoir deux effets primaires qui tous les deux assurent le chauffage de la matière ferromagnétique ou électroconductrice et par conséquent, le chauffage de la matière de jointage en contact avec elle. Ces effets sont les suivants a) - Changements rapides de l'état magnétique de la matière ferromagnétique, accompagnés d'un effet d'hystére/sis, et b) w Formation de courants de Foucauld dans la matière électroconductrice. L'invention comprend des procédés utilisant l'un ou l'autre de ces effets cu les deux à la fois. On peut obtenir les joints selon plusieurs procédés dLfféren-s. Dans l.?un d"eux, on introduit dans l'obturateur la matière de jointage qui est en général un plastisol de résine vlr.yliqueg sous forme liquide ou semi-liquide, puis on fait tourner rapidement lVobturateur pour répartir la composition sur toute sa surface. On répartit ainsi le plastisol de manière quitl soit plus épais à sa périphérie qusau centre. On soumet ensuite le plastisol au champ magnétique alternatif jusqu 'à gélification puis refroidissement. Dans ce procédé, il n'est pas nécessaire d'effectuer de moulage pou le jointage, un profil convenable du joint ayant déjà été obtenu par la, rottion. Dans un autre procédé, on introduit dans l'obturateur sous une forme convenable la composition de jointage thermoplastique, par exemple on chauffe un plastisol ou une pastille ou garniture pleine prémoulée dans le champ magnétique alternatif à fréquence élevée, puis on le moule pour obtenir un joint ayant le profil recherché. On peut en général gélifier en moins de 10 secondes les plastisols à base de chlorure de polyvinyle, qu'ils contiennent ou non des particules inductives. Cependant le temps néces saire pour gélifier le plastisol dépend de l'épaisseur de la couche de plastisol déposée dans la capsule et de son orientation par rapport à la bobine génératrice du champ alternatif. On peut en effet contrôler automatiquement le chauffage en utilisant une matière ferromagnétique non électroconductrice Se préntant sous une forme ayant au moins une dimension suffisamment petite pour éviter la formation de courants de Foucault ou pour maintenir ces courants à un faible niveau. Dans ce cas, la presque totalité de la chaleur est produite par les variations du champ magnétique, et celles-ci cessent pratiquement dès qu'on atteint le point Curie de la matière ferromagnétique, ce qui impose ainsi une limite positive à la température mise en oeuvre On peut effectuer un contrôle de ce type encore plus sérieux en utilisant une matière dont les propriétés ferromagnétiques une fois perdues ne se rétablissent pas avant que la température ne tombe bien au-dessous du point Curie ; on contact de telles matières qui comprennent par exemple certains alliages de manganèse, par exemple des alliages de nickel-manganèse contenant jusqu'à 15 ffi de manganèse environ. Si l'on veut effectuer de cette manière le contrôle de la température en utilisant une matière à la fois ferromagnétique et électroconductrice9 tels que par exemple le fer et les alliages de fer, elle doit se présenter sous une forme très finement divisée ou sous la forme d'une feuille ou d'un fil très fin ou analogues. On peut facilement déterminer des dimensions de particule convenables pour toute matière particulière, et ces dimensions appartiennent de préférence aux intervalles ci-dessous. L Y invention nsest pas limitée par la nature de la matière ferromagnétique et/ou électroconductrice utilisée (matière inductive), bien que naturellement dans la pratique certaines de ces matières soient plus efficaces, plus commodes d?utilisation > ou plus avantageuses sur le plan économique que d'autres. En résumé, la matière inductive ne doit pas être dissoute par la matière de jointage ou tout constituant de cette dernière ; ou encore elle ne doit pas subir de modifi- cation chimique favorable ; de même, sa présence dans la capsule jointée ne doit pas être un inconvénient pour l'utilisation de la capsule, par exemple si l'en doit appliquer la capsule sur un récipient alimentaire, l'utilisation de cette matière ne doit pas avoir d'effet défavorable sur l'aliment, ou ne d évidentes,-on peut utiliser tout élément métallique ou non alliage, ou composé minéral ou organique, ayant les propriétés magnétiques ou électriques voulues, que l'on peut obtenir sous une forme convenable. Comme exemples préférentiels de ces matières inductives convenabless on peut citer a) - des matières à la fois ferromagnétiques et électroconductrices, telles que le fer, le nickel, le cobalt et des alliages ferromagnétiques nde fer et de nickel, de nickel et de chrome et de nickel et de manganèse ; b) - des matières électroconductrices mais non ferromagnétiques, telles que le cuivre, l'argent9 l'or, le carbone, le graphite, l'aluminium et le silicium, et des alliages de deux ou davantage de ces matières, par exemple des alliages d'aluminium et de silicium. c) - des matières ferromagnétiques, mais non électroconductrices, telles que le ferrite de baryum. Le fer est l'une des matières inductives les moins coûteuses, et on le trouve dans une gamme étendue de granulo- métries. Cependant, l'uZilisation des particules de fer offre les inconvénierts suivants (1) Il peut y yavoir conmMon despartsnlis e fer dans le joint quand ce dernier entre en contact prolongé avec un liquide aqueux ou avec de la vapeur d'eau ; ceci représente bien entendu un inconvénient très sérieurx dans le cas où l'on utilise le joint dans l'obturateur d'un récipient alimentaire ou dgun récipient pour boisson. (2) Le fer a un poids spécifique relativement élevé, et les particules de fer par conséquent tendent à se décanter dans un plastisol et à se déposer. La répartition des particules peut ensuite manquer d'uniformité, ce qui produit des surchauf fes localisées avec dégradation du plastisol ou de la capsule plastique. Pour contrebalancer le dépoAt, on peut utiliser un plastisol de viscosité supérieureS mais cela implique l'utilisation d'une pression supérieure pour injecter le plastisol. (3)* La dureté des particules de fer entrain l'usure de l'organe de moulage ou de tout autre équipement de mise en oeuvre. (4). Le fer constitue un catalyseur de la dégradation du chlorure ae polyvinyle utilisé habtuellement comme matière de jointage. Les inconvénients(2) - (4) s'appliquent également à des particules de cuivre et les inconvénients (3)et (4) s'appliquent aux particules d'alliage nickel-fer. Les particules d'alliage de nickel-fer sont corrodées en milieu aqueux, mais plus lentement que le fer. Les alliages nickel-fer contenant plus de 5 % en poids de nickel, sont relativement coûteux, bién qu'ils ne résolvent pas le problème de corrosion. Si la matière de jointage doit contenir des particules inductives, on préfère utiliser des particules dValuminium qui permettent d'éviter tous les inconvénients O Bien que l'aluminium soit plus cher que le fer, on peut utiliser un poids plus faible de particules parce qutil est moins dense. On a découvert que l'on peut gélifier rapidement des plastisols contenant 20 à 60 ffi en poids de particules d'aluminium de dimension 45 à 150/u pour obtenir des joints satisfaisants. Le noir de carbone et le graphite constituent les matières inductives les plus avantageuses à incorporer dans un plastisol, parce qu'il faut une forte concentration de carbone dans le plastisol pour avoir un chauffage rapide, et le plastisol est alors très visqueux. Une injection rapide dans l'obturateur de ce plastisol visqueux nécessite de hauts pressions. La dimension de particule de la matière inductive constitue un facteur important pour obtenir les meilleurs résultats. Bien qu'en général la dimension de particule puisse être de 30 à 850/u, elle est de préférence comprise entre 45 et 150/u. Des particules supérieures à 150/utpermettent de chauffer relativement vite la matière de jointage, mais dans certains cas le joint obtenu a une surface rugueuse et granuleuse. Un autre danger consiste en ce qu'il se produit une surchauffe localise qui peut dégrader la matière de jointage. On peut cependant utiliser des particules inférieures à 45/u. S'il est nécessaire de supprimer les courants de Foucault comme ci-dessus, la dimension de particule ou ltépaisseur d'une feuille fine de matière conductrice doit être telle que les courants efficaces se recouvrent, ce qui entrain leur annulation totale ou presque totale. Le point précis auquel ceci commence à se produire est déterminé par la profondeur effective de pénétration du courant dans la particule, qui dépend à son tour de la fréquence, de la résistivité et de la perméabilité de la matière, ainsi que de facteurs externes comme la température, l'intensité du champ etc. En règle générale, la limite supérieure de dimension de particule ou d'épaisseur de feuille peut être alors de 75/u environ. (Naturellement, quand on utilise un composé comme le ferrite de baryum, il nsest plus nécessaire de limiter de cette manière la dimension de particule). On peut faire varier le rapport en poids de la matière inductive présente à l'intérieur de la capsule à la matière de jointage dans un intervalle étendu c'est-à-dire de 0 > 2:1 à 2=1 ; ce rapport est en partie fonction de la nature de la matière inductive. Toutes autres choses étant égales par ailleurs, la vitesse de chauffage est d'autant plus élevée que ledit rapport est plus important, et par conséquent on a avantage à utiliser un rapport élevé au point de vue économique à l'intérieur des limites imposées par l'effet de la matière inductive sur les autres propriétés de la matière de jointage. Le rapport nécessaire pour obtenir un effet donné varie dans une certaine mesure avec la nature de la matière inductive et sa répartition dans la matière de jointage. En général, la concentration des particules inductives dans la matière de jointage doit être au plus de 70 % en poids, Quand un plastisol contient des particules de fer, de cuivre, ou d'alliages de fer, par exemple des alliages avec du nickel et/ou du chrome, la concentration de R rticuln dans le plastisol est de prérércnee de 60 ffi au plus > ou mieux de o à 60 ffi en poids. Quand on utilise des particules d'aluminium, l'intervalle préférentiel est de 60 X aux plus en poids ; on préfére utiliser plus particulièrement une concentration de 20 à 60 %0 On a découvert que des concentrations de particules comprises dans ces intervalles préférentiels permettent d'obtenir des temps de gélification de courte durée, et elles permettent normalement d'opérer le jointage à l'aide d'un équipement classique. Les matières de jointage peuvent contenir en plus des particules conductrices uncertain nombre d'autres additifs, tels que des stabilisants (particulièrement dans le cas où les compositions contiennent un chlorure de polyvinyle ou toute autre résine chlorée), des plastifiants, par exemple phtalate de dioctyle, ou phtalate de dinonyle, des charges et des pigments. Le polymère de jointage peut être lui-mme thermoplastique, ou on peut le rendre thermoplastique en y ajoutant un plastifiant. On préfère le chlorure de polyvinyle plastifié ; on peut utiliser avec des plastifiants appropriés d'autres polymères, par exemple des copolymères de chlorure de vinyle avec des acétates de vinyle ou des copolymères de chlorure de vinyle ou d'acétate de vinyle avec d'autres monomères à insaturation éthylénique. Un plastisol ou toute autre matière de jointage thermoplastique utilisé dans le procédé de l'invention, peut si nécessaire contenir un agent gonflant activé par la chaleur de manière à obtenir un joint mousse. On peut également incorporer dans la composition un agent de réticulation que l'on peut activer par la chaleur. Les sources d'énergie utilisées pour le chauffage par induction magnétique fonctionnent en général à une fréquence de 0,5 à 50 mégahertz et on peut utiliser ces fréquences dans le procédé de l'invention ; on préfère- l'intervalLe de 15 à 50 mégahertz. On peut utiliser toute source d'énergie ayant une puissance développée suffisante, par exemple 0,1 à 30 kW on préfère les puissances d'au moins 2 kW, ctest-à-dire 2 à 5 kW. Avec ces puissances, les durées de chauffage peuvent êtré de 2 minutes ou moins, et eles sont en général de l'ordre de quelques secondes. L'invention est illustrée dans le dessin annexé, dans lequel la figure 1 est un schéma d'un type d'appareil que l'on peut utiliser pour obtenir des capsules jointées selon le procédé de l'invention ; et les figures 2a et 2b sont un schéma dlun autre type d'appareil. Dans la figure 1, l'appareil spécial illustré consiste en un générateur 1 qui peut par exemple être de 5 kW et qui fonctionne à 27,12 mégahertz par seconde, il est relié à une source d'électricité 2 et alimente une bobine 4. Le générateur est muni d'une capacité variable qui peut être mise en résonance avec la bobine. Un dispositif de repérage 3 est relié au générateur, ce qui permet de prérégler les durées d'alimentation de la bobine. La bobine et son voisinage immédiat sont munis d'un dispositif de refroidissements de préférence un circuit fermé 5 dans lequel on utilise de l'eau distillée comme milieu réfrigérant. (On préfère l'eau distillée, puisque l'utilisation d'une eau moins pure entratne des pertes d'énergie plus importantes dans le circuit de chauffage, et cette eau peut elle-même chauffer suffisamment, ce qui détruit ou réduit son efficacité). Il existe un mécanisme de transport connu 6 des capsules jointées pour les mettre en position sur la bobineet les enlever. Dans le dispositif de la figure 2a,on fait passer les capsules sur une bande convoyeuse 11 au-dessus d'une bobine allongée 12 (représentée en coupe dans la figure 2(b). Cette dernière représente un type de dispositif à fonctionnement en continu, dans lequel on traite simultanément un certain nombre de capsules et qui peut être utilisé industriellement. On peut faire varier la quantité de chaleur communiquée à la matière de jointage dans chacune des capsules en changeant la puissance développée du générateur utilisé, la vitesse de la bande convoyeuse et/ou la distance de la bande convoyeuse de la bobine. Dans le cas où l'on fait passer les capsules audessus d'une bobine allongée, on peut parfois avoir avantage également à les faiTe tourner pour éviter toute hétérogénéité du champ magnétique. I1 va sans dire que, quel que soit le type d'appareil utiles4 on doit éviter la présence de métaux ou de toute autre matière ferromagnétique électroconductrice au voisinage de la bobine, étant donné qu'ils chauffent eux-mêmes au cours de l'opération. I1 va sans dire également que l'invention n'est pas limitée au type de dispositif ci-dessus ou aux détails de sa conception ; par exemple, on peut utiliser des bobines de différentes formes et différents mécanismes de transport. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. Dans ces exemples les parties s'entendent en poids. Exemple 1 Cet exemple illustre la préparation d'un joint-mousse, dans lequel la matière inductive est constituée par la capsule métallique, et il n'existe aucune particule inductive dans la composition de jointage. On prépare un plastisol ayant la composition suivante Parties Résine de chlorure de polyvinyle qualité servant à la préparation de pâtes ("Vinnol 100/70") 100 Phtalate de diisooctyle 74 Cire de paraffine 4 Noir de carbone 0,03 Bioxyde de titane 1 Azodicarbonamide 0,75 Oxyde de zinc 0,75 On fait passer pendant 16 heures dans le broyeur à boulets l'azodicarbonamide et l'oxyde de zinc dans 4 parties de phtalate de.diisooctyle. On disperse la cire de paraffine dans 25 parties du phtalate de diisoocrtyle par chauffage à 50 C. On ajoute le reste des matières ci-dessus à ces dispérsions d'azodicarbonamide > d'oxyde de zinc et de cire de paraffine, et l'on mélange les dispersions avec un agitateur à grande vitesse pour obtenir un plastisol pâteux. On place 0 > 5 g de ce plastisol dans une capsule d'aluminium de diamètre 30 mm et de hauteur 12 mm, et l'on chauffe pendant 10 secondes la capsule par induction électromagnétique dans une bobine à deux spires reliée à la sortie d'un générateur à induction de 5 kW fonctionnant à 27,12 mégahertz par seconde. Le courant anonique (mesure apprXimative de l'intensité) est de 0,4 ampère. On obtient un joint expansé. Exemple 2 Cet exemple illustre ia préparation d'un joint-mousse dans une capsule métallique dans laquelle la composition de jointage contient des particules inductives. On part de 50 parties environ de poudre d'aluminium (fournies par Dohm Ltd.) ayant une répartition de granulométrie comprise pratiquement entre 53 et 125/u et de 10 parties de phtalate de diisooctyle, on agite ce mélange dans 100 parties du plastisol de l'exemple 1. On place 0,5 g de ce plastisol dans une capsule d'aluminium de diamètre 3C mm et de hauteur 12 mm. On le chauffe pendant 10 secondes par induction électromagnétique, comme dans l'exemple 1, et on obtient un joint expansé. L'examen visuel de ce joint montre que son expansion est plus uniforme que celle du joint de l'exemple 1. Bien que l'on ait décrit en détail l'invention avec en particulier des plastisols de chlorure de polyvinyle, on peut la mettre en oeuvre avec d'autres compositions de jointage qui peuvent être sous forme de plastisol ou sous toute autre forme. Des exemples de ces compositions se trouvent dans les brevets de W.R. GRACE & Co N 1.092.161, 1.112.024S 1.112.025, et les demandes de brevéts de'W.R, GRACE & Co N 39424/65 du 15 septembre 1965 "Perfectionnements relatifs aux obturateurs de récipients" et 23215/67 du 18 Mai 1967 "Joints d'étanchéité d'obturateurs de récipients et compositions utilisées à cet effet" (analogue à 18552/67 du 21 Avril 1967). Comme procédés de jointage auxquels on peut appliquer l'invention, on peut citer ceux décrits dans le brevet de W.R. GRACE & Co N 1.112.023 et les demandes de brevets N 39424/65 du 15 septembre 1965 "Perfectionnements relatifs aux obturateurs de récipients", 44083/65 du 18 Octobre 1965 "Perfectionnements relatifs aux obturateurs", 43875/66 du 30 Septembre 1966 "Perfectionnements relatifs aux joints d'étanchéité d'obturateurs de récipients" 15671/67 du 5 Avril 1967 "Perfectionnements relatifs aux obturateurs de récipients", 49524/67 du 31 Octobre 1967 "Procédé de jointage d'obturateurs de récipients" et 49525/67 du 31 Octobre 1967 "Nouveau procédé de jointage d'obturateurs de récipients". Ainsi, la matière de jointage, si on l'applique d'abord dans la capsule, peut déjà avoir une forme à peu près identiaue ou identiqlle à celle qu'elle aura dans le produit fini ; ou encore, elle peut se présenter sous la forme d'un joint plein que l'on chauffe et que l'on moule avec un poinçon pour obtenir le produit fini. REVENDICATIONS 1". Procédé de Jointage d'obturateurs métalliques de récipients, dans lequel on introduit dans l'obturateur une matière de jointage thermoplastique que l'on chauffe et que llon moule en un joint ayant le profil recherché, caractérisé en ce que lion chauffe la matière de jointage en soumettant l'obturateur jointé à un champ magnétique alternatif à fréquence élevée. 20 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise un plastisol de résine vinylique comme matière de jointage, on fait tourner rapidement l'obturateur contenant le plastisol pour le répartir sur toute sa surface interne9 puis on le soumet au champ magnétique alternatif à fréquence élevée jusqu'à gélification du plastisol, puis on refroidit le plastisol gélifié. 30. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on chauffe la matière de jointage dans le champ magnétique alternatif à fréquence élevée jusqu a ce qu'il soit suffisamment mou pour être moulé et on moule la matière ramollie pour obtenir le joint. 4 . Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'obturateur une matière de jointage contenant des particules d'une matière inductive, électroconductrice et/ou ferromagnétique. 50. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on utilise comme matière inductive particulaire une matière à la fois ferromagnétique et électroconductrice. 6". Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise le fer ou un alliage contenant du fer et du nickel comme matière inductive particulaire. 7 O Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme matière inductive particulaire une matière électroconductrice mais non ferromagnétique. 80. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on utilise l'aluminium ou le cuivre comme matière inductive particulaire. 9 O Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'obturateur une matière de jointage contenant Jusqu'à 60 g; en poids de particules d'aluminium, de cuivre, de fer, ou d'un alliage contenant du fer et du nickel 100. Procédé selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que l'on utilise une matière inductive de dimension de particule comprise entre 45 et 150/u. 110. Procédé selon les revendications 1 à lû, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'obturateur une composition de jointage contenant un agent gonflant, et l'on soumet l'obturateur au champ magnétique alternatif pendant une durée suffisante pour expanser ou décomposer l'agent gonflant, ce qui permet ainsi d'obtenir un joint-mousse. 120. Procédé selon les revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'on utilise un plastisol contenant un polymère de chlorure de vinyle comme composition de jointage 130. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la composition de jointage contient jusqu'à 60 ffi en poids d'aluminium particulaire de dimension de particule 45 à 150zou et la composition de jointage contient un polymère de chlorure de vinyle. 140. Obturateurs de récipient jointés par un procédé selon les revendications de 1 à 13.