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La présente Invention est relative à la fabrication rapide de capsules pour le bouchage de récipients., y compris la formation d'un tampon ou élément de fermeture.
On a proposé -(et cela est entré en pratique) de fabriquer des capsules de ce genre dans lesquelles l'enveloppe métallique habituelle com- porte un tampon en une composition à base de caoutchouc ou d'un composé élastomère analogue. Toutefois lorsque la composition est introduite sous forme d'une solution ou d'une émulsion, de manière à être à l'état liquide né- cessaire pour l'application,, il faut faire tourner l'enveloppe pour assurer la répartition, la composition ne conserve pas sa forme'par elle-même;
, .11 faut longtemps pour éliminer le solvant ou véhicule analogue et on ne peut régler la répartition avec l'exactitude voulue, pas plus que l'on ne peut obtenir des contours spéciaux dans la surface de fermeture ou dans le cen- tre en vue d'obtenir le maximum d'efficacité de fermeture et le minimum d' utilisation de matière. De même., on ne pouvait effectuer la vulcanisation que lorsque le solvant était éliminé. D'autre part, lorsque la composition était introduite sous forme d'ébauche ou de flan, il fallait prendre des pré- cautions pour obtenir l'adhérence nécessaire dans la capsule et il fallait des températures et des pressions élevées pour le moulage.
De plus, si le flan ou le disque est découpé dans une feuille, il en résulte des déchets de découpage ou des frais de nouveau traitement et il faut au moins une opéra- tion supplémentaire pour découper et mettre en place le flan ou disque.
Lorsqu'on utilise une capsule pour fermer une bouteille ou autre récipient, le tampon sert à se conformer aux irrégularités possibles du bord du récipient, en assurant une garniture entre ce bord et la face de fermeture de la capsule métallique elle-même. On demande en outre à la capsule d'em- pêcher des contacts entre le contenu du récipient et le métal sur la face intérieure de la capsule. On peut satisfaire à ces deux desiderata à l'aide de matières insolubles et essentiellement non perméables à l'égard du contenu du récipient, mais en pratique ces matières n'ont pas besoin, pour assurer une protection contre la pénétration, d'avoir une épaisseur aussi grande que celle qui est nécessaire pour former une garniture de joint se conformant au bord du récipient.
En conséquence on préfère, selon l'invention, former une capsule dans laquelle l'élément de fermeture ou tampon comporte une partie annulaire extérieure épaisse se mettant enprise sur le bord du récipient et une partie centrale plus mince empêchant le contact entre le contenu du récipient et le métal de la capsule.
On a trouvé qu'en utilisant des compositions faites en dispersant de fines particules d'une résine telle qu'une résine vinylique dans un plastifiant liquide, on peut déposer une certaine quantité de cette dispersion pâteuse, semi-liquide dans une capsule chauffer cette dernière avec la masse qu'elle contient et ainsi vulcaniser partiellement la composition en amenant le plastifiant à dissoudre des parties des particules de résinepour former ainsi un corps conservant sa forme en même temps que l'on oblige le plastifiant qui est au voisinage de la capsule à adhérer au vernis de revêtement de sorte que la masse adhère solidement à la capsule.
On transfère ensuite la capsuie, avec la masse adhérente qu'elle contient, sur uns platine chaude et on utilise un poinçon chauffé pour conformer la masse en lui donnant le contour désiré tandis que la chaleur venant de la capsule et du poin- çon assure une diffusion ou une dissolution de la résine et du plastifiant jusqu'à ce que ceux-ci forment un tampon conformée thermoplastique et sensiblement uniforme qui, au refroidissement, conserve les caractéristiques désirables d'une garniture élastique et tenace dans les conditions d'utili- sation.
Ceci revient à dire qae la fusion ou dissolution de la résine dans ce plastifiant pour donner la masse vulcanisée finale s'effectue en deux stades : dans le premier il se produit une gélification ou vulcanisation partielle de la masse assurant l'adhérence., dans des conditions peu cuteuses d'un four à air chaud, par exemple., grâce à quoi la capsule et la masse peuvent ensuite être manipulées en bloc sans crainte de séparation acciden-
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telle, et dans le deuxième, la masse est mise sous la forme désirée et la vulcanisation finale s'effectue.
En opérant ainsi, la masse partiellement vulcanisûe ou gélifiée peut être conformée en lui donnant le contour assurant le maximum d'économie de matière et fonctionnant au mieux comme joint, sous des températures appropriées et que l'on peut obtenir facilement et avec des conditions de pression et de temps réalisables industriellement, et il n'y a pas de perte de matière car on introduit dans chaque capsule la quantité dosée de matière il n'y a pas à expulser de constituant volatil, et le volume final est essentiellement le même que le volume primitif dosé.
Une fois effectuée la gélification ou vulcanisation partielle, la capsule et la masse forment un tout dont les parties adhèrent les unes aux autres et que l'on peut emmagasiner, expédier et manutentionner sans avoir à craindre que la masse coule ou se déplace de l'endroit où elle est déposée.
Ainsi, l'enveloppe, avec la masse déposée molle, peut être soumise immédiatement à l'action d'un poinçon chaud pour la conformer et la gélifier, comme il est dit dans les demandes de brevets des Etats-Unis damérique n 176.217 et 176.218 déposées le 27 Juillet 1950, mais les ensembles de ces brevets ne peuvent pas être manutentionnés brutalement ni inclinés et la masse ne peut être mise au contact d'un corps étranger, tandis qu'avec le procédé de l'invention, on peut emmagasiner ces ensembles en vrac puis les amener à un mécanisme comportant u poinçon de conformation chaud au moyen d'une trémie d'alimentation. Par suite, un arrêt d'une opération ne gêne pas une autre et, en fait, les opérations peuvent être effectuées en des endroits séparés si on le désire.
Inversement, en limitant la vulcanisation à celle qui supprime le collage et assure la conservation de la forme par opposition à l'aptitude initiale à couler, la température et la pression nécessaires pour la conformation peuvent être faibles.
On a représenté un exemple de mise en pratique de l'invention sur le dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est un schéma représentant les opérations successives de fabrication d'une capsule ou coiffe selon l'invention;
La figure 2 est une coupe transversale de cette capsule.
Sur la figure 1, on voit une série de capsules avançant dans les différents stades de l'opération.
Les capsules peuvent être préparées à la manière habituelle en munissant une tôle d'acier ou d'étain d'inscriptions lithographiées sur une face et d'un revêtement en une résine vinylique sur l'autre face ou face intérieure,comme on le verra plus en détail ci-dessous. Les tôles ainsi traitées et cuites passent alors dans des presses à découper, par exemple à la manière courante actuellement grâce à laquelle on peut produire dans une seule tôle plusieurs centaines de flans de capsules.
On peut désigner sous le nom de "résine pàteuse", utilisée dans l'industrie des matières plastiques, la composition de particules de résine et de plastifiant, la résine étant essentiellement insoluble dans le plastifiant à la température ambiante, mais y étant soluble à température élevée de sorte qu'au refroidissement il en résulte un gel analogue à du caoutchouc et conservant sa forme de façon permanente. Le liquide plastifiant n'est pas un solvant actif de la résine à une température de coulée fluide de la résine pâteuse, par exemple à température ambiante ou à uns température de 45 environ,mais il en est un soldant actifà des températures plus élevées de fusion,de 135 à 190 .
Pour la mise en oeuvre de l'invention, les plastifiants utilisés sont caractérisés par le fait qu'ils ne contiennent pas, comme agent fluidifiant, de matière étrangère devant être expulsée pour donner le gel final, et comme l'action exercée est surtout une mise en solution de la résine dans le plastifiant, il n'y a sensiblement pas de changement de volume lorsque le mélange chaud prend la forms d'un gel,
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On peut alors faire passer ces capsules dans les différents sta- des de l'opération comme indiqué sur la figure 1 par les capsules successives
10, 12, 22,23 et 26.
Le premier stade, aprs introduction dans l'opération d'une capsule 10, consiste à déposer dans la capsule, avec la concavité tournée vers le haut, telle que 12, une certaine quantité du mélange, donné à titre d'exemple, de résine vinylique et d'un plastifiant. On estime pré- férable actuellement que la capsule soit froide lors de ce dépôt, mais elle pourrait avoir été chauffée, si on le désire. On peut faire ce dépôt en chauffant la matière à une température d'environ 45 , puis en la faisant passer par la tuyère 11 de façon à en déposer une quantité réglée 14 dans la capsule 12, On peut maintenir chaudes la tuyère et la matière à l'aide de moyens appropriés, tels que la radiation infrarouge d'une ampoule élec- trique 13.
On a constaté qu'un volume de 100 à 400 mm3 convient, les plus faibles volumes étant utilisables avec des capsules à jupe courte et les plus grands avec les capsules standard, étant entendu que ces plus petits volumes sont admissibles lorsque les récipients à fermer n'ont que de faibles tolérances en ce qui concerne les irrégularités de la surface du bord par comparaison avec certaines bouteilles pour lesquelles de plus grandes tolérances sont admises et qui nécessitent des tampons de plus grande épais- seur et, en conséquence, de plus grands volumes de pâte. En général, la limite inférieure du volume pour une utilisation particulière dépend du degré désiré d'efficacité de la fermeture, cette efficacité diminuant avec le volume du composé, en particulier dans les gammes inférieures.
La limite supérieure dépend de la quantité de composé que l'on peut mettre dans la capsule sans gêner la fermeture et de considérations économiques. Dans ces conditions, la matière introduite 14 forme un bouton d'environ 10 à 20 mm. de diamètre au centre de la capsule, comme indiqué par la masse 14.
L'opération suivante est le passage de la capsule (représenté par les capsules 22 et 23) dans une zone de chauffage, à titre d'exemple un four à air chaud 20 avec entrée d'air chaud 21. Ce four comporte une courroie transporteuse 24 servant à faire avancer les capsules, chacune avec sa charge 14 de matière, de l'entrée à la sortie. De ce fait, la masse 14 est chauffée à un point tel que le plastifiant dissout en partie les particules de résine vinylique, en acquérant ainsi une plus grande viscosité et en donnant à la masse une consistance lui permettant de conserver sa òrne.
Le plastifiant, au contact du vernis recouvrant l'intérieur de la capsule, exerce également sur celui-ci une action solvante et assure une union entre la masse de matière 14 et le vernis de la capsule, ce qui provoque l'adhérence.
Cette dissolution est interrompue et le traitement dans le four est arrêté avant qu'il se soit produit une trop grande diffusion, de sorte que la masse 14 reste facilement thermoplastique et peut être fagonnée sans avoir recours à des températures et des pressions élevées susceptibles de provoquer une destruction.
On a obtenu un état de prévulcanisation satisfaisant lorsque la masse 14 n'est plus adhérente ou collante à sa surface et lorsqu'elle conserve sa forme à sa sortie du four. Les conditions de température et de temps de chauffage appliquées dans ce but assurent également une adhérence satis- faisante dans la capsule. On peut mettre dans des trémies les capsules dans lesquelles adhèrent les masses partiellement vulcanisées et les manutentionner dans les appareils habituels d'alimentation en capsules, sans collage ni maculation de la masse par d'autres capsules ou sans qu'il en résulte un dommage quelconque pour la masse.
Lorsqu'une capsule quitte le four 20, elle est soumise à un nouveau chauffage et à une conformation, ce qui peut se faire en la plaçant im- médiatement, comme la capsule 26, dans la cavité d'une platine chaude 30 chauffée au moyen de gaz arrivant par le tuyau 31. Un poinçon 32 descend sur la masse de matière se trouvant dans la capsule 26 fonctionnant comme un moule de fond et il la conforme en lui- donnant une forme complémentaire, de celle de l'extrémité Inférieure du poinçon. Dans la forme représentée, une
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saillie centrale concentrique 33 oblige la partie centrale de la masse thermoplastique à se déplacer radialement vers l'extérieur en laissant une feuille centrale mince et en formant une portion annulaire plus épaisse 1' entourant.
Ce poinçon 32 est chauffée comme représenté, par le fil de chauffage électrique 34.
Pendant que la capsule est chauffée à partir de la platine 30 en transférant ainsi de la chaleur dans la masse de matière à conformer contenue dans la capsule et que la masse est chauffée par le poinçon 32, le plastifiant continue à absorber de la résine en provoquant une diffusion intime, de sorte que la masse conformée est amenée à un état uniforme.
Cette conformation s'effectue rapidement et le poinçon reste abaissé en position jusqu'à ce que la vulcanisation soit terminée* Pendant cette conformation et vulcanisation spéciale à chaud, la répartition radiale de la matière pour prendre la forme désirée s'accomplit avec adhérence de la matière déplacée à la capsule de sorte que le tampon conformé adhère à la capsule sensiblement sur toute sa surface de contact.
La capsule, avec son tampon conformé et complètement vulcanisée est retirée alors d'entre le poinçon 32 et la platine 30 et, après refroidissement elle est prête à être utilisée.
La capsule terminée comporte les parties représentées sur la figure 2 dans laquelle la partie circulaire d'extrémité 40 se termine par une partie légèrement incurvée 42 aboutissant à la jupe ondulée 43. La surface extérieure est munie d'un revêtement décoratif 44 qui a été cuit jusqu'à ce qu'il ne soit plus collant ou coulant aux températures des diffé- rentes opérations représentées sur la figure 1. La surface intérieure est revêtue d'un vernis 55 auquel la masse conformée de la matière du tampon est liée par interfusion. La masse conformée elle-même comporte une partie centrale mince 47 en regard de l'embouchure du récipient et une partie annulaire plus épaisse 48 venant au contact du bord du récipient.
En pratique., il est préférable que l'épaisseur de la partie centrale 47 soit de 0,1 à 0,25 mm., tandis que la partie annulaire peut avoir une épaisseur de 0,3 à 1 mm.
Il est bon de choisir le vernis 55 de la surface intérieure de ces capsules garnies du composé selon la matière de celui-ci et selon le contenu prévu du récipient. Par exemple, un vernis vinylique, préparé comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2.380.456 du 31 Juillet 1945 contenant 80% d'une résine consistant en un polymère de chlorure vinylique et d'acétate vinylique et 20% d'un modificateur oléorésineux, assure une adhérence satisfaisante.
Lorsque les capsules doivent être utilisées avec des boissons contenant de l'acide carbonique, il est préférable d'utiliser un vernis trimère de composition correspondante en matières solides : 80% de chlorure vinylique et d'acétate vinylique copolymérisés en présence d'anhydride maléique comme modificateur, par exemple en proportions respectives de 87 : 12; 1, avec 20% d'une résine phénolique dérivée de l'orthocrésol et de formaldéhyde. On peut préparer l'un ou l'autre de ces vernis dans un solvant organique, tel que 70% de xylol et 30% d'isophorone, avec 20% de matières solides, pour application au rouleau.
Pour effectuer une pulvérisation, on peut utiliser des solvants plus volatils tels que le toluol., la méthyl éthyl cétone et la méthyl isobutyl cétone. Après application et séchage, on cuit le vernis.
La composition formant la masse principale du. tampon conformé contient deux ingrédients de base; un élastomère et un plastifiant de celuici,ce plastifiant étant tel que l'élastcmère y est sensiblement Insoluble à la température ambiante mais y est soluble à température élevée.
en broi ces deux ingrédients ensemble pour former une pâte qui peut couler dans les conditions indiquées et qui peut également contenir d'autres éléments tels que des charges inertes, des pigments, des résines modificatrices servant à régler les propriétés physiques, des stabilisants pour les résines et autres éléments,des cires empêchant le blocage et réduisant la perméabilité à
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l'humidité, à la vapeur et au gaz, etc... Toutefois, ces autres matières ne sont pas essentielles dans la composition; on peut cependant les uti- liser pour contribuer aux propriétés désirées pour un emploi particulier.
En général, on peut utiliser les formules indiquées dans le brevet des
Etats Unis d'Amérique n 2.489.407 du 29 Novembre 1949 ou dans le brevet
Sud-Africain n 2556/47 en tenant compte de ce que l'on peut, si on le désire, ne pas mettre la charge et d'autres constituants.
L'élastomère peut être une résine vinylique consistant en chlorure polyvinylique, en copolymères de chlorure vinylique et d'acétate vinylique,par exemple un copolymère à 97 : 3%, des polymères de chlorure de vinylidène et des copolymères de chlorure vinylique et de chlorure de vinylidène La teneur en chlorure doit être élevée lorsque la fermeture doit résister à des solutions aqueuses; par exemple 90% de chlorure vinylique dans un copolymère.
Parmi les plastifiants utiles, il convient de choisir ceux qui exercent une très lente action de mouillage ou de dissolution sur la résine vinylique sélectionnée, à la température ambiante et jusqu'à environ 45 .
Les plastifiants, du type ester, des résines vinyliques présentent cette caractéristique générale et demandent des températures plus élevées pour effectuer une pénétration, une diffusion et une intersolution. Le phtalate dioctylique est un plastifiant préféré; d'autres sont le phtalate dibutylique, le sébacate dioctylique et le phosphate tricrésylique. Le plastifiant doit être liquide à la température d'utilisation.
Le rapport en poids de l'élastomère au plastifiant peut varier de 6 : 4 à 4 : 6, et, de préférence, il est d'environ 1 : 1.
On peut introduire les compositions à environ 45 par la tuyère 11 et les vulcaniser partiellement dans le four 20, après quoi on les conforme sous- l'action de la platine chaude 30 et du poinçon chaud 32 qui les vulcanisent complètement, ce qui donne une masse résineuse plastifiée, tenace et élastique, ayant à la rupture un allongement de 150 à 340% lorsque l'en essaye un échantillon au point de vue de sa résistance, les valeurs habituel- les étant supérieures à 250%.
Comme exemple des conditions de l'opération de prévulcanisation on peut utiliser un four à air chaud dans lequel l'air circule à grande vitesse pour chauffer la composition à 135 - 165 , la durée de séjour dans le four étant de 30 à 60 secondes. Par exemple, 45 secondes à 150 donnent satisfaction avec un volume de 200 mm3.
Les température et pression utilisées pour la conformation et la vulcanisation finale dépendent de la matière de la composition, du degré de vulcanisation effectué dans le four 40, de la forme de la capsule et de la forme à donner au tampon. Pour une capsule ayant dans le coin supérieur un rayon de 1,5 mm., des pressions de 1,75 à 5,25 kg./ cm2 conviennent avec les formes et dimensions du tampon de la figure 2. De façon correspondante, lorsque le rayon du coin supérieur de la capsule est de 2,3 mm., il faut utiliser des pressions de 8,75 à 12,25 kg./cm2 pour former une bague supérieure ou anneau plastifié. On peut utiliser de plus grandes pressions, mais il est préférable d'éviter des pressions excessives pour ne pas augmenter le prix de la machine.
La température utilisée pour le moulage dépend, en pratique, des caractéristiques du vernis originel 45 de la composition de la matière du tampon. Lorsque ce vernis consiste en polymères de chlorure-acétate vinyli - ques avec le modificateur oléo-résineux ci-dessus décrit, la température peut être de l'ordre de 150 à 175 . Lorsqu'on utilise le trimére chlorure-acétate vinyliques et anhydride maléique, la température peut 4tre de l'ordre de 160 à 190 . Dans une machine travaillant en série, il est bon d'utiliser des températures élevées de manière à opérer rapidement à faible pression, en réalisant ainsi des économies.
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Le temps nécessaire pour le moulage, à la suite de la prévul- canisation dans le four, est de 3 à 4 secondes. I1 y 2 lieu de noter que, pour des raisons d'économie, ce temps doit être aussi court que possible, mais il ne se produit pas de détérioration sérieuse même lorsque la matière est maintenue beaucoup plus longtemps à l'état chaud.
Le temps et la température sont en liaison l'un avec l'autre et on a trouvé que l'on obtenait satisfaction en achevant la vulcanisation dans le moule à 1630 et sous une pression 3,5 kg./cm2, en 6 à 30 secondes, ou à 190 avec une pression de 7 kg/cm2 pendant 4 à 30 secordes.
Une combinaison optimum des conditions avec une capsule présentant un rayon de 1,5mm. dans le coin supérieur, le tampon ayant la forme représentée sur la figure 2, avec un revêtement de vernis intérieur 45 en résine trimère, à été de 190 , 5,22 kg./om2 et 6 secondes pour la conformation et la vulcanisation finale. Lorsque la capsule a un rayon de 2,3 mm. dans le coin supérieur, avec la même forme de tampon et le même vernis intérieur, la combinaison de 190 , 10,5 kg./cm2 et 6 secondes a donné satisfaction.
La résine pâteuse déposée primitivement est une masse collante semi-fluide qui s'aplatit par gravité en formant un bouton et vient s'appliquer sur la capsule mais qui peut en être enlevée et dont une partie de la masse s'enlève au contact- d'un objet solide; de même, elle peut couler si l'on incline la capsule, en supprimant ainsi la disposition concentrique uniforme préférée. Par suite, à ce moment, on ne peut manipuler brutalement la capsule avec son dépôt ni amener la masse au contact d'une autre capsule.
Par contre, après la prévulcanisation dans le four 20, le dépôt collant a été amené à un état physique dans lequel la surface n'est plus 'collante et la masse ne peut être enlevée par simple contact, de sorte que la masse humide a été amenée dans un état d'adhérence empêchant une séparation acciden- telle et ne s'écoule plus lorsqu'on laisse la capsule inclinée.
Bien que l'on ait décrit l'invention dans le cas de la-fabrica tion de capsules avec enveloppe en métal vernissée et jupes ondulées de forme circulaire, en utilisant les matières et les conditions; indiquées, il est bien entendu qu'elle peut être mise en oeuvre d'autres façons.
REVENDICATIONS.