Формованная пробка для жидкостного сосуда, способ изготовления формованной пробки с постоянно сохраняемым отпечатком и способ изготовления закупоренной винной бутылки - RU2127699C1
Код документа: RU2127699C1
Описание
Данное описание является частичным продолжением патентной заявки США Сер. N 08/058914, зарегистрированной 5 мая 1993 г. и еще не получившей патент.
Настоящее изобретение относится к формованным пробкам для жидкостных сосудов, способу их изготовления и к способу получения бутылок, закупоренных такими пробками. Один аспект изобретения касается сформованных пробок для бутылок, в частности, для винных бутылок, из термопластического эластомера (ТПЭ), смешанного с вспенивающим веществом, и изделий из такого состава. Другие аспекты изобретения относятся к способу изготовления формованных пробок, таких как пробки для винных бутылок, и к способу получения закупоренных винных бутылок.
Наиболее широко используемым материалом для изготовления закупорочных средств для бутылок является натуральная пробка. Однако применение натуральной пробки для изготовления и сбыта закупорочных средств для бутылок имеет существенные недостатки. Пробка имеет неоднообразные свойства, относящиеся к цвету, высушиванию, сжатию и расширению, смятию, приставанию к сосудам и формированию укупорки. Эти признаки в целом неудовлетворительны в отношении производственных и потребительских цен, а также характеристик продукта. В случае с закупоркой винных бутылок пробка может придать продукту запах, что приводит к отказу от него потребителей. Кроме того, около 10% разлитого в бутылки вина бракуется из-за непредсказуемого загрязнения закупоркой из натуральной пробки. Кроме того, использование натуральной пробки для изготовления закупорочных средств для бутылок становится все дороже из-за быстрого сокращения заготовок леса, из которого получают пробку.
Было предпринято много попыток создать замену закупорочным средствам из натуральной пробки. Среди них были и винтовые крышки, которые были сочтены непригодными, так как не обеспечивали внешнего вида, соответствующей церемонии и романтичности, связанных с традиционными винными пробками. Также был разработан ряд закупорочных средств из синтетической пробки. В частности, недавние усилия создавать пробки, сформированные путем нагнетания пены из термопластика, столкнулись с рядом недостатков, в частности, связанных с производственной стоимостью, влиянием на характеристики продукта и восприятием потребителями. Некоторые из этих пробок показали тенденцию к заметной порче продукта и/или оказывали слабое сопротивление проникновению в сосуд кислорода. В дополнение синтетические пробки из пенистого термопластика в целом показали недостаточное однообразие размеров, конфигурации, веса и других признаков, важных для производства, сбыта и характеристик продукта.
В частности, в случае с пробками для жидкостных сосудов, формуемых нагнетанием пенистого термопластика, состав термопластика нагнетается в относительно холодные формы, что приводит к образованию плотной "кожи" на поверхности пробки и пористой пенообразной сердцевины. Состав пробки и структурная связь между внешней оболочкой и пористой сердцевиной пробки могут быть критическими для закупоривающих возможностей окончательно сформированной пробки. Другие пробки из пористого термопластика страдают недостатками, связанными со смятием внешней оболочки и образованием щелей между пробкой и стенкой сосуда и, таким образом, утечки продукта. Другие известные пробки имеют недостатки, связанные с закупориванием, например они недостаточно быстро принимают первоначальную форму после обжимания, в результате чего требуется удержание сосудов в вертикальном положении в течение удлиненного периода времени после помещения в них пробок. Кроме того, известные пробки не способны сохранять отпечатанные на них надписи в течение значительного периода времени.
Патент США N 4363849 описывает изготовление пробок из термопластика, имеющих вид натуральной пробки. Применяется специальное формующее устройство, однако при изготовлении пробки существует необходимость постепенно выпускать из холодной формовочной камеры воздух, вытесняемый нагнетаемым смолистым термопластиком, через минимальное контролируемое выходное отверстие или другое средство, позволяющее поддерживать повышенное давление, например около 16000 пси в формовочной камере. Известны также формованные пробки для винных бутылок, содержащие термопластиковую смолу и вспенивающее вещество, а в варианте выполнения имеющие радиус на кромке, облегчающий введение пробки в горловину бутылки. Это техническое решение, относящееся к попыткам улучшить свойства синтетических пробок, известно из патента США 4,413,744, кл. B 65 D 39/00, 1983. Недостатки, упомянутые выше, являются типичными для этих пробок.
Главной задачей настоящего изобретения является создание формованной пробки для жидкостных сосудов, включающей термопластический эластомер и вспенивающее вещество, которая при помещении в жидкостный сосуд оказывает высокое сопротивление проникновению кислорода и мало портит или совсем не портит продукт. Формованные пробки могут также производиться для нежидкостных сосудов.
Другой задачей настоящего изобретения является создание состава, который может быть готов для формирования нужных пробок для жидкостных сосудов, например винных бутылок.
Другой задачей настоящего изобретения является создание состава для изготовления пробок для жидкостных сосудов, которые имеют абсолютно все желательные качества натуральной пробки и предпочтительно не имеют нежелательных свойств.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание способа нагнетания при формовке пробок для жидкостных сосудов.
Кроме того, еще одной задачей настоящего изобретения является создание нового состава и способа изготовления пробки, надежно закупоривающей жидкостные сосуды немедленно при помещении в сосуд и/или способной сохранять отпечатанные на ней надписи.
Формованная пробка, соответствующая настоящему изобретению, предпочтительно формируется в очертания и размеры натуральной пробки для винной бутылки. Она по существу однообразна по размеру, конфигурации и весу и эстетически привлекательна. Ее вид отличается от вида натуральной пробки благодаря искусственному красителю, соответствующему настоящему изобретению, мраморной структуре поверхности и способности иметь символы, оттиснутые на одном или обоих ее концах. В дополнение, пробка может быть помещена в жидкостные сосуды с использованием стандартного разливного оборудования и легко извлекается при помощи традиционного штопора без застревания, смятия или последующего расширения. Благодаря тому что формованная пробка, соответствующая изобретению, не расширяется после извлечения, она может быть вновь помещена в сосуд, закрывая его, если сосуд не полностью опорожнен. Формованная пробка может также входить в контакт с жидкостью, содержащейся в сосуде немедленно после ее помещения в сосуд, таким образом устраняя необходимость выжидания определенного периода времени, необходимого для достижения надежной закупорки пространства между пробкой и сосудом до того, как сосуд будет размещен горизонтально. Формованная пробка также может постоянно сохранять отпечатанные на ней символы.
Эти и другие аспекты настоящего изобретения будут очевидны при ссылках на следующее подробное описание и прилагаемый чертеж, на котором изображена формованная пробка, пригодная для винной бутылки, на которой видна мраморная структура поверхности, оттиснутый символ на торце и отпечатки на боковых поверхностях и радиус на ее кромке.
Подробное описание
изобретения
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается формованная пробка для жидкостных сосудов, которая может служить заменой натуральной пробки, причем существует
возможность регулировать ее размер, форму, структуру поверхности, скользкость поверхности, упругость, эластичность, распределение плотности и внешнюю привлекательность.
Соответственно, признаком настоящего изобретения является формованная пробка для жидкостного сосуда, предпочтительно для винной бутылки, содержащая ТПЭ и вспенивающее вещество в пропорциях, обеспечивающих способность пробки закупоривать бутылку с вином, таким образом предотвращая его утечку, и способность предотвратить проникновение кислорода из атмосферы в вино, одновременно существенно не поглощая кислород из вина или воздушного пространства внутри бутылки между пробкой и вином. Формованная пробка может извлекаться при помощи штопора без существенного расширения, смятия или разрушения (такие расширение, смятие или разрушение также приводят в целом к непригодности вина и/или пробки).
На формованной пробке, включая ее поверхности, контактирующие с сосудом, могут быть отпечатаны символы, а сосуд может быть положен набок сразу после помещения в него формованной пробки. 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. Предпочтительно, формованная пробка также содержит одно или более смазочных веществ, краситель, наполнитель или другие добавки, которые могут улучшить характеристики пробок и/или производительность при их изготовлении. Формованная пробка, например, не содержит веществ, удаляющих кислород, таких как двуокись серы, которые использовались ранее для усиления непроницаемости синтетических пробок и могли испортить вино.
Согласно другому аспекту изобретения формованная пробка выполняется из смеси, включающей один или более ТПЭ и одно или более вспенивающих веществ. Измерения дюрометром твердости ТПЭ, примененного для изготовления формованной пробки, показали ее уровень от около 65А до около 90А, типично - от около 70А до около 85А и предпочтительно - от около 71А или около 75А до около 80А, ТПЭ в целом охватывает от около 70% до около 97% всего объема состава, типично - от около 80% до около 95% и предпочтительно - от около 90% до около 95% объема. ТПЭ слабо взаимодействует (или портит) или не взаимодействует с жидкостями, такими как вино. ТПЭ также имеет необходимую силу сжатия для улучшенного закупоривания и долгий срок службы. ТПЭ легко поддается обработке, допускает быстрые циклы обработки и высокую производительность. Кроме того, ТПЭ удовлетворяют требования FD A, касающиеся косвенных пищевых добавок, могущих войти в контакт с пищей.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения ТПЭ содержит стирольный блок-совместный полимер, а также предпочтительно один или более совместных полимеров стирол-этилен-этилен-стирол (СЭБС), стирол-этилен-бутилен, стирол-бутадиен-стирол, стирол-бутадиен, стирол-изопрен-стирол, стирол-изопрен, стирол-этилен-пропилен-стирол и стирол-этилен-пропилен. Включение в состав стирольного блок-совместного полимера, и в частности СЭБС, дает особенное преимущество при изготовлении формованной пробки (особенно если формованная пробка предназначена для вина), так как такие совместные полимеры придают формованной пробке превосходные качества в сравнении с другими ТПЭ. Многие из таких совместных полимеров доступны с торговой маркой KRATON®. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения применен стирольный блок-совместный полимер СЭБС.
Примерами таких совместных полимеров СЭБС являются J-VON®, DYNAFLEX GS 6771-000 и DYNAFLEX G X6768-1000, обладающие необходимой термо- и озоностойкостью, обеспечивающей долгий срок службы. В дополнение к этому, такие совместные полимеры, как СЭБС, устойчивы к воде, основаниям, кислотам и алкоголю. J-VON® может быть поставлен от - J. Von Ltd. Partnership, Leominster, Massachusets, а DYNAFLEX GS 6771-000 и G X6768-1000 от Portland, Gregon.
Вспенивающее вещество обычно составляет более 1% состава, что находится в диапазоне от по меньшей мере около 1,3%, 1,5% или 2% состава и менее чем около 9,0%, 5,0%, 4,0% или 3,0% состава. Предпочтительно, вспенивающее вещество составляет от около 1,3% до около 3,0% состава, типично - от около 1,5% до около 2,5% и предпочтительно - около 2% состава. Точный объем используемого вспенивающего вещества может быть определен специалистом с учетом точного количества полимера, вспенивающего вещества и других составляющих, так же как и условий формовки. Применение слишком большого количества вспенивающего вещества в целом приводит к тому, что внутри формованной пробки образуются слишком большие ячейки, из-за чего пробка становится губчатой и неоднообразной при производстве. Применение слишком малого количества вспенивающего вещества в целом приводит к образованию слишком малого количества в ней ячеек или ячеек неадекватного размера. Такая формованная пробка наряду с другими проблемами может быть слишком твердой для извлечения обычным штопором.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения вспенивающим веществом является Spectratech® FMII50H, которое может поставляться от Quantum Chemical Corp., USI Division, Cincinnati, Ohio. Spectratech® FMII50H является соединением на основе полиолефина, включающим эндотермический пенный концентрат на основе полиэтилена низкой плотности, включающий 50% смолы формулы CH3-(CH2)n -CH3 и 50% комбинации двууглекислого натрия (NaHCO3) и лимонной кислоты. Выгодными качествами Spectratech® FMII50H являются быстрое газовыделение, улучшенный цикл процесса, улучшенное распределение плотности и превосходные качества поверхности для формования изделий. Кроме того, могут быть использованы другие подходящие вспенивающие вещества, такие как нитродикарбонамид, озодекарбоноксид и двууглекислый натрий. Могут также применяться другие вспенивающие вещества без отступления от духа и рамок настоящего изобретения.
В другом варианте осуществления изобретения могут применяться один или более наполнителей в сочетании с ТПЭ и другими добавками. Например, наполнитель может включать углекислый кальций. Если применяется такой наполнитель, он составляет до около 20% или более всего состава, предпочтительно - до около 5% состава. Применение такого наполнителя может сократить расход материалов. Другие наполнители известны специалистам.
В другом варианте осуществления изобретения в смесь ТПЭ и других веществ добавляется порошкообразный или жидкий пигмент. Порошкообразный или жидкий пигменты в целом составляют менее чем около 1% всего состава. Предпочтительно, пигмент предварительно смешивается с термопластическим смолистым веществом, таким как полипропилен, и/или с частью ТПЭ до его добавления в основную партию ТПЭ и других веществ.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения состав включает около 96% ТПЭ, около 2% вспенивающего вещества, около 2% полипропилена низкой плотности и минимальное количество необходимого пигмента. В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения пигмент, полипропилен и около 2% ТПЭ предварительно смешиваются и затем поступают в виде однородной смеси в остальной ТПЭ и вспенивающее вещество. В альтернативном предпочтительном варианте осуществления изобретения, когда в состав, кроме того, включен наполнитель, состав включает от около 75% до около 95% ТПЭ, от около 1,5% до около 2,5% вспенивающего вещества и до около 20% наполнителя.
В еще одном варианте осуществления изобретения до или после формовки добавляется смазочное вещество, такое как жирная кислота, силикон, алкоголь или вода (включая минеральную воду), что может облегчить помещение формованной пробки в сосуд. Предпочтительно смазочным веществом является жирная кислота, которая составляет менее чем около 0,5% всего состава.
Другой аспект настоящего изобретения предусматривает создание формованной пробки, имеющей закругленные кромки или радиусы, которые предпочтительно выпуклые. Предпочтительно, радиусы имеются на обеих кромках (верхней и нижней) пробки. Этот аспект изобретения предпочтительно применяется к формованным пробкам, включающим ТПЭ, но также применим и для формованных пробок, изготовляемых из традиционных термопластиковых смол, не являющихся ТПЭ. Такой радиус позволяет более легкое и эффективное помещение термически формованной пробки в сосуд (в частности, в винную бутылку), позволяет сохранять более однообразную внешнюю поверхность, когда формованная пробка помещена в сосуд, и должен содействовать способности формованной пробки позволять размещение сосуда на боку по существу немедленно после помещения в него формованной пробки.
Признаком настоящего изобретения является то, что формованная пробка может постоянно сохранять отпечатки на ее поверхности, которая контактирует с сосудом. Поверхность формованной пробки обычно очень гладкая и, таким образом, не способна эффективно воспринимать и сохранять отпечатки. Для сохранения отпечатков состав включает предпочтительно ТПЭ, предпочтительно стирольный блок-совместный полимер, а также предпочтительно совместный полимер СЭБС, так же как и термопластиковую смолу, которая тоже может применяться в этом варианте осуществления изобретения. Кроме того, формованная пробка после формовки предпочтительно подвергается обработке для подготовки ее поверхности к печати. Обработка включает высокоинтенсивное электромагнитное облучение формованной пробки, преимущественно в видимом световом диапазоне или близком к нему (например, ультрафиолетовым облучением). Один из способов такой обработки известен как предварительная обработка коронированием, которая является стандартным видом обработки в печатной промышленности.
Еще одним признаком настоящего изобретения является то, что сосуд, такой как винная бутылка, может помещаться горизонтально в основном в пределах около 4 часов, типично - в пределах около 1 часа и предпочтительно - по существу немедленно после помещения в нее формованной пробки, изготовленной в соответствии с настоящим изобретением. Это свойство формованной пробки достигается благодаря тому, что ее состав в соответствии с изобретением позволяет достичь такой величины внутренних ячеек пробки, которая обеспечивает возвращение размера пробки после ее сжатия к примерно 90% ее первоначального размера уже через 4-5 секунд. Кроме того, выпуклость кромок формованной пробки также способствует этому свойству формованной пробки.
Соответственно, после того, как сжатая формованная пробка помещается в сосуд, она возвращается приблизительно к своему нормальному размеру через 4-5 секунд, таким образом позволяя немедленное размещение сосуда в горизонтальном положении без утечки его содержимого и контакта содержимого с закупоривающей поверхностью пробки. Например, когда сосудом является бутылка с вином, нет необходимости в выдерживании бутылки в вертикальном положении до ее укладывания на стеллаж.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения один или более других веществ также могут быть добавлены в общий состав, включая химические активаторы вспенивающего вещества и другие добавки, которые могут улучшить производительность и характеристики пробок. Например, при необходимости может быть добавлено вещество, усиливающее аромат или вкус жидкости в сосуде.
Кроме того, признаком настоящего изобретения является то, что формованная пробка может изготовляться при помощи стандартной формовки нагнетанием.
В одном примере способа формовки объем веществ состава тщательно перемешивается для получения однообразного сырья. Затем сырье обрабатывается до готовности к нагнетанию в форму. В другом сосуде смешиваются до однородного состояния пигмент, полипропилен и малая часть ТПЭ (предпочтительно состав СЭБС). Подготовленное сырье и смесь, содержащая пигмент, после этого нагнетаются в форму, в основном за период времени от около 0,02 до около 6 секунд, типично - от около 0,03 до около 2 секунд и предпочтительно - от около 0,04 до около 1 секунды. Форма имеет нужную конфигурацию, которая предпочтительно является конфигурацией винной пробки. Давление формовки в целом составляет от около 200 пси до около 900 пси, типично - от около 300 пси до около 800 пси и предпочтительно - от около 400 пси до около 700 пси. Температура формовки в целом составляет от около 300o по Фаренгейту (F) до около 550o F, типично - от около 325oF до около 425o F и предпочтительно - от около 350o F до около 400o F, а более предпочтительно - около 375o F. Смесь содержится в форме в течение от около 20 секунд до около 90 секунд, типично - от около 30 секунд до около 80 секунд и предпочтительно - от около 35 секунд до около 60 секунд. Более предпочтительно, чтобы формовка производилась как можно быстрее. Кроме того, нет необходимости в специальном отверстии для выхода воздуха.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения состав нагнетается в форму с таким темпом и при такой температуре, что размягченный или расплавленный состав беспорядочно свертывается в форме кольцами подобно струе, падающей в сосуд для того, чтобы образовывать видимое беспорядочное извивание по поверхности формованной пробки, как показано на чертеже. В альтернативном варианте осуществления изобретения состав нагнетается с таким темпом и при такой температуре, чтобы избежать образования беспорядочных извиваний.
Кроме того, воздух, находящийся в форме, в начале нагнетательного цикла удаляется из формы при помощи вакуумного содействия, согласованного с нагнетанием состава. Вакуумное содействие может оказываться в течение последней секунды периода нагнетания или оно может оказываться после окончания периода нагнетания. Оказание вакуумного содействия слишком рано в период нагнетания может привести к образованию слишком больших ячеек внутри формованной пробки и производству слишком губчатого продукта. Неудачное применение вакуумного содействия может привести к увеличенной продолжительности циклов.
После прохождения периода времени, достаточного для затвердевания всего состава, находящегося в форме, она открывается и формованная пробка извлекается.
Продолжительность формовки, давление, извлечение воздуха, охлаждение, вакуумное содействие, извлечение продукта и другие факторы, относящиеся к формовке нагнетанием, будут основываться на точной комбинации веществ, включенных в общий состав, типе, размерах и конфигурации формы и других факторах, известных специалистам.
Признаком настоящего изобретения является то, что форма предпочтительно на одном или обоих концах имеет оттиснутые символы, такие как эмблема винного погреба или надпись, и эти символы будут оттиснуты на пробке.
Представленные варианты осуществления этого изобретения должны рассматриваться во всех отношениях как иллюстративные и не ограничивающие. Объем изобретения определяется при этом исключительно прилагаемой формулой изобретения, и все изменения, допускаемые в пределах значения и пределов эквивалентности формуле изобретения, ею охватываются.
Реферат
Формованная пробка предназначена для жидкостного сосуда. Она содержит термопластиковый эластомер и вспенивающее вещество. Формованная пробка особенно пригодна для применения в качестве синтетической пробки для винной бутылки. Формованная пробка не допускает проникновения в сосуд кислорода, но поглощает кислород из содержимого сосуда. Она может извлекаться из сосуда при помощи штопора без существенного расширения, смятия или разрушения, существенно не портит жидкость в сосуде. Допускается размещение сосуда в горизонтальном положении немедленно после помещения в сосуд формованной пробки и может постоянно сохранять отпечатки на своей поверхности. 3 с. и 27 з.п. ф-лы, 1 ил.
