Синтетическая пробка для укупорки сосуда со спиртосодержащей жидкостью

Синтетическая пробка для укупорки сосуда со спиртосодержащей жидкостью
Полезная модель относится к укупорочным изделиям для сосудов со спиртосодержащими жидкостями, в частности, к пробкам для винных бутылок.
В последние два-три десятилетия постепенно по ряду известных причин распространение в мире, а сейчас и в России стали получать перспективные синтетические формованные пробки для винных бутылок взамен традиционных натуральных пробок.
Из множества описаний подобных синтетических пробок для анализа в качестве наиболее близких и характерных аналогов для предлагаемой полезной модели были выбраны три нижеследующих патента.
Одной из первых известных и коммерчески успешных разработок является формованная синтетическая пробка преимущественно цилиндрической формы с фасками на кромках торцев, имеющая вспененную внутреннюю структуру под непроницаемой для жидкости поверхностью, получаемая формовочным литьем под давлением из исходной смеси синтетических материалов, содержащей сополимер этилен-винил ацетата в качестве основного из возможных нескольких термопластических материалов и несколько многофункциональных конкретных видов вспенивающих реагентов и наполнителей (в первую очередь двууглекислый натрий и метабисульфит натрия).
Пробка не имеет структуры из нескольких слоев разного химического состава, так как ее формуют из общей исходной смеси под давлением в обычной литьевой машине. Для предотвращения пропуска кислорода через пробку внутрь сосуда, а также последующего при хранении дополнительного поглощения кислорода внутри сосуда при создании пробки используют вещества, высвобождающие в ходе своего термического разложения при формовке пробки пары воды, диоксид серы и углекислый газ для формирования пористой внутренней структуры пробки. / Патент США № 4,188,457, МПК А 23 L 003/34, 12.02.1980 А
МПК в 65 D 39/00
Область техники
Уровень техники
По многим технологическим и потребительским свойствам данная пробка была ограниченной и неоптимальной, и на ее базе были разработаны последующие виды с использованием альтернативных материалов и добавок, оптимизирующих технологические и потребительские свойства синтетических пробок.
В частности, известна многослойная синтетическая пробка цилиндрической формы с применением исходной многокомпонентной рецептуры на основе полиолефинов (придают жесткость пробке), в частности полиэтилена низкой плотности, в смеси с термопластическим эластомером (придает упругость) типа сополимера этилена с винилацетатом. Для получения пористой внутренней структуры применяют различные вспенивающие реагенты, в первую очередь азотсодержащие, а также наполнители и «скользящие добавки для улучшения процесса вставки пробки в горлышко бутылки. Двух- или трехслойную по структуре и составу слоев пробку формуют в достаточно сложном технологическом процессе коэкструзии с применением соответствующего сложного и дорогостоящего оборудования.
/ Патент США № 6,153,275, МПК А 47 G 019/22, 28.11.2000 /.
Наружный слой этой многослойной пробки обычно формуют на базе стиролбутадиенового эластомера (каучука), а как известно, стирольные сополимеры неудовлетворительно устойчивы к действию спирта, его паров и других гидроксисоединений, К сожалению, действительно в настоящее время при производстве алкоголь содержащих напитков в российской промышленности в основном используют уплотнительные (и в том числе укупорочные) материалы на основе синтетических бутадиен-каучуков и стирольных сополимеров по ГОСТ 17133-83 «Пластины резиновые для изделий, контактирующих с пищевыми продуктами, которые содержат в своем составе ряд веществ, являющихся канцерогенами, мутагенами, токсичными веществами, или относятся к потенциально опасным веществам. Для повышения прочности и обеспечения необходимой твердости в резиновые (в том числе каучуковые) смеси вводится до 60-70 % наполнителей, которые не всегда обладают необходимой адгезией и способны вымываться (выделяться) в контактирующие среды, и как следствие, уплотнительные материалы на основе этих каучуков характеризуются небольшими сроками службы.
Технологические процессы производства пищевого этилового спирта и всей другой алкогольной продукции должны предъявлять повышенные требования к используемым уплотнительным материалам, так как этиловый спирт будет усиливать канцерогенные и токсические действия веществ, с которыми он взаимодействует. Используемые в настоящее время стирольные сополимеры вследствие их невысокой стойкости в спирте, водно-спиртовой жидкости и воде могут вымываться в продукт.
Этим же недостатком обладает и другая синтетическая пробка, формованная литьем под давлением из термопластического эластомера со стирольным блок-сополимером (преимущественно с бутиленом или бутадиеном) и со вспенивающим веществом. / Патент РФ № 2127699, МПК В 65 D 39/00, Бюл. № 8,20.03.99, Патент США № 5,496,862, МПК С 08 J 009/00, 5.03.1996 /
Однако по общей совокупности признаков в обобщенной форме данная пробка признана ближайшим аналогом для предлагаемой полезной модели.
Синтетическая пробка для укупорки сосуда со спиртосодержащей жидкостью, характеризующаяся преимущественно цилиндрической формой с профильными фасками на кромках торцев, имеющая вспененную внутреннюю структуру под непроницаемой для жидкости поверхностью, получаемая формовочным литьем под давлением из исходной смеси синтетических материалов, содержащей один или несколько видов термопластических эластомеров - синтетических каучуков, один или несколько видов полиолефинов, один или несколько видов вспенивающих реагентов и «скользящие добавки в смеси с ними, один или несколько видов наполнителей, возможно красители.
Ее главным недостатком, как и в предыдущем случае, является то, что стирольные сополимеры неудовлетворительно устойчивы к действию спирта, его паров и других гидроксисоединений. В дополнение к этому рецептура смеси исходных материалов (практически при малой доле полиолефинов в ее составе) не позволяет регулировать жесткость получаемой пробки в требуемых пределах, а особенности внешней геометрии конструкции Пробки могут вызвать трудности с легкой установкой пробки в горлышке бутылки и последующим герметичным хранением вина в бутылке.
Преодоление недостатков и ограничений в части конструктивных, технологических и потребительских свойств и является технической задачей полезной модели.
Технический эффект улучшения конструктивных, технологических и потребительских свойств синтетической пробки достигают посредством:
-конструктивного изменения формы поверхности пробки для лучшей герметизации укупорки сосуда с учетом практически неизбежных технологических неровностей внутренней поверхности закупориваемого горлышка;
-изменений в составе исходной смеси синтетических материалов для улучшения селективной газопроницаемости пробки и улучшения формования пробки при литье под давлением; поглощения нежелательных побочных продуктов вспенивания смеси, лучшего регулирования жесткости получаемой пробки в требуемых пределах.
Технический результат достигается тем, что синтетическая пробка для укупорки сосуда со спиртосодержащей жидкостью характеризуется преимущественно цилиндрической формой с профильными фасками на кромках торцев. Имеет вспененную внутреннюю структуру под непроницаемой для жидкости поверхностью. Получается формовочным литьем под давлением из исходной смеси синтетических материалов, содержащей один или несколько видов термопластических эластомеров синтетических каучуков, один или несколько видов полиолефинов, один или несколько видов вспенивающих реагентов и «скользящие добавки в смеси с ними, один или несколько видов наполнителей, возможно красители.
В отличие от прототипа для лучшей герметизации укупорки боковая поверхность пробки выполнена волнообразной частично или полностью по ее длине. В конкретных вариантах исполнения волны боковой поверхности выполнены плавной или угловатой формы, поперечно центральной продольной оси пробки на 10-100% ее длины. В остальном пробка должна иметь все основные размеры, пригодные для надежной герметизации горлышка винной бутылки.
Исходная смесь синтетических материалов дополнительно содержит один или несколько кремнийорганических эластомеров (для улучшения селективной газопроницаемости пробки в смысле не пропуска в сосуд окислителя-кислорода, но пропуска инертных газов, а также и для улучшения формования пробки при литье под давлением) в смеси с термопластическими эластомерами и силаноляты щелочных металлов с молекулярным весом от 500 до 3000 атомарных единиц и/или смесь
Сущность полезной модели
полисилоксанов с основаниями щелочных металлов в качестве активной добавки для поглощения побочных продуктов вспенивания, например, аммиака и его неприятного запаха, возникающих от действия азотсодержащих вспенивающих реагентов.
В конкретных исполнениях синтетическая пробка содержит в качестве азотсодержащих вспенивающих реагентов азосоединения, например, азодикарбонамид, соединения азобисизобзигиронитрилизомасляной кислоты, азопропан С; в качестве «скользящей добавки - амиды органических кислот, например амид олеиновой кислоты; в качестве наполнителей, например, микротальк, стеклошарики, стеклосферы, ультрадисперсный алмазный порошок, сульфат бария, окись титана, неорганические основания, например, двууглекислый натрий.
Синтетическая пробка содержит в качестве полиолефинов полиэтилен и/или полипропилен, в качестве термопластических эластомеров синтетический каучук этиленпропиленовый и/или синтетический каучук этиленпропиленовый тройной, возможно в смеси с сополимером этилена с винилацетатом.
В качестве кремнийорганических эластомеров содержит силоксановый каучук с молекулярным весом от 200 тысяч до 300 тысяч атомарных единиц и силметиленовый каучук с молекулярным весом от 30 тысяч до 50 тысяч атомарных единиц в соотношении от 1:0.1 до 1:0.01.
Соотношение в смеси термопластических и кремнийорганических эластомеров находится в диапазоне от 1:1 до 1:0.05, соотношение в смеси вспенивающего реагента и «скользящей добавки в диапазоне от 1:2 до 1:0.05, минеральные наполнители имеют дисперсность от 1 до 30 мкм.
Массовая доля эластомеров в составе пробки составляет от 20 до 60%, полиолефинов от 10 до 50% (дает лучшее регулирование жесткости пробки в требуемых пределах), вспенивающих реагентов со «скользящей добавкой от 0,1 до 4,5%, наполнителей от 1 до 4%.
На фиг.1 и 2 представлены совмещенные с осевыми разрезами виды на пробку сбоку с волнообразной боковой поверхностью по все длине пробки поперечно ее центральной оси симметрии: плавной формы на фиг.1 и угловатой формы на фиг.2.
На разрезах условно показана пористая внутренняя структура пробки.
Перечень чертежей
Варианты осуществления полезной модели
Для разработки новых уплотнительных (и укупорочных) материалов для алкогольной промышленности современная наука предлагает использовать кремнийорганические эластомеры - каучуки (силоксановые резины). Предлагаемые кремнийорганические каучуки характеризуются высокой термостойкостью, работают в интервале температур от минус 70°С до плюс 250°С, но главное их достоинство - это физико-химическая инертность, стойкость к действию климатических (озон, влага, УФлучи), биологических факторов, и условий старения (при 250°С до 10000 часов). Одним из главных преимуществ силоксановых эластомеров - это большая устойчивость к этиловому спирту по сравнению с резинами на основе бутадиен - каучуков и отсутствие в составе канцерогенных, мутагенных и токсичных ингредиентов.
В качестве термопластических эластомеров широко используют синтетический каучук этилен-пропиленовый (СКЭП) и синтетический каучук этилен-пропиленовый тройной (СКЭПТ) - третий компонент помимо этилена и пропилена для вулканизации каучука. Достаточно часто используют и сополимер этилена с винилацетатом в том числе для улучшения формования пробки при литье под давлением и для создания эластичности пробки.
Жесткость пробки регулируют полиолефинами, минеральными и другими неорганическими наполнителями - для оптимизации конструкции и длительности восстановления геометрии поверхности после снятия нагрузки с тела пробки для ее несминаемости при закупорке
Полиолефины, это класс полимеров одинаковой химической природы (химическая формула (-(СН2)п ) с разнообразным пространственным строением молекулярных цепей, включающий в себя полиэтилен и полипропилен. Комплекс свойств полиолефинов, в том числе такие, как стойкость к ультрафиолету, окислителям, к разрыву, протыканию, усадке при нагреве и к раздиру. Полиолефины - это группа полимеров, обладающая повышенными барьерными свойствами по отношению к воде и пару. Полиолефины экологически чище большинства применяемых человеком материалов. Полиолефины производятся и утилизуются без выделения вредных веществ. Поэтому в предлагаемой полезной модели полиолефины в составе пробки занимают гораздо большее место (от 10 до 50%), чем в пробках-аналогах.
Концентраты скользящих добавок предназначены для снижения коэффициента трения поверхности пленок, а также для облегчения съема с литьевых форм и усиления блеска литьевых изделий. Применение скользящих добавок позволяет улучшить технологические характеристики, уменьшая силы трения и адгезии, но не оказывая влияния на механические и оптические свойства полимеров. В качестве скользящей добавки используется амид олеиновой (масляной) кислоты, амид эруковой кислоты. Амид олеиновой кислоты (олеамид) обеспечивает превосходные антифрикционные свойства с несколько ограниченным антиадгезионным эффектом. Эти амиды допущены к контакту с пищевыми продуктами.
Вспенивающие агенты (химические газообразователи) - вещества и их смеси, выделяющие газ в результате процессов термического разложения или химических реакций взаимодействия компонентов композиции. Широкое применение для вспенивания полиэтилена, производных каучуков и резин получили вспенивающие агенты на основе азосоединений, в частности, азодикарбонамида, соединений азобисизобутиронитрилизомасляной кислоты, азопропана С. Но при этом побочным продуктом вспенивания является аммиак с его неприятным запахом. Для его поглощения предлагается использовать силаноляты щелочных металлов с молекулярным весом от 500 до 3000 атомарных единиц и/или смесь полисилоксанов с основаниями щелочных металлов.
С учетом всего вышесказанного выбраны удовлетворительные по технологическим, экологическим и потребительским соображениям состав и соотношения ингредиентов исходной смеси, а именно: в качестве кремнийорганических эластомеров силоксановый каучук с молекулярным весом от 200 тысяч до 300 тысяч атомарных единиц и силметиленовый каучук с молекулярным весом от 30 тысяч до 50 тысяч атомарных единиц в соотношении от 1:0.1 до 1:0.01. Соотношение в смеси термопластических и кремнийорганических эластомеров в диапазоне от 1:1 до 1:0.05, соотношение в смеси вспенивающего реагента и «скользящей добавки в диапазоне от 1:2 до 1:0.05. Массовая доля эластомеров в составе пробки от 20 до 60%, полиолефинов от 10 до 50%, вспенивающих реагентов со «скользящей добавкой от 0,1 до 4,5%, наполнителей от 1 до 4%.
Пробка может быть помещена в жидкостные сосуды с использованием стандартного разливного оборудования и извлекаться при помощи традиционного штопора без застревания, смятия или последующего расширения.
Благодаря тому, что формованная пробка не расширяется после извлечения, она может быть вновь помещена в него, закрывая его, если сосуд не полностью опустошен.
Во время подготовки и проведения техпроцесса можно регулировать размер, форму, структуру поверхности, скользкость поверхности, упругость, эластичность, распределение плотности и внешнюю привлекательность пробки. Параметры техпроцесса должны основываться на точной комбинации веществ, включенных в общий состав, типе, размерах и конфигурации формы и других факторах, известных специалистам.
Формованная пробка может изготовляться при помощи стандартной формовки литьем под давлением. Объем веществ состава тщательно перемешивается для получения однообразного сырья. Затем сырье обрабатывается до готовности к нагнетанию в форму. Форма имеет нужную конфигурацию, которая предпочтительно является конфигурацией винной пробки.
После прохождения периода времени, достаточного для затвердевания всего состава, находящегося в форме, она открывается и формованная пробка извлекается.
Формованная пробка также может использоваться в течение длительного периода времени (необходимого для надлежащей выдержки вина для получения соответствующих его вкусовых качеств, которая может составлять около двух лет или более) и способна противостоять сольватации алкоголя, кислоты или оснований, предохраняя таким образом вино от порчи.