BR112013018426B1 - Método para soldar matérias-primas renováveis uniaxialmente estiradas, e, tira de cintagem - Google Patents

Abstract

método para soldar matérias-primas renováveis uniaxialmente estiradas, e, tira de cintagem a invenção se refere a um método para soldar matérias-primas renováveis uniaxialmente orientadas e uma tira produzida de acordo com o dito método.

Description

[001] A invenção se refere a um método para soldar matérias-primas renováveis uniaxialmente estiradas, bem como a uma tira de cintagem que foi fabricada usando o método de acordo com a invenção.

[002] Produtos estirados feitos de matérias-primas renováveis, tais como tiras com propósitos de embalagem, que contêm materiais completamente biodegradáveis, foram desenvolvidas nos meados dos anos noventa. Essas tiras basicamente continham amido. Em princípio, essas tiras poderiam ser soldadas uma na outra. Entretanto, por causa da baixa resistência térmica do amido, essas tiras foram completamente inadequadas como tiras de cintagem, uma vez que a solda rompia sob carga de tração usual para tiras de cintagem. Pelo fato de que amido pertence aos polissacarídeos, essas tiras até hoje não foram hidroliticamente estáveis e tiveram uma baixa estabilidade dimensional sob calor. Além do mais, uma concentração muito alta de outros componentes, tal como poli-hidroxibutirato, é misturada com amido industrial, que cria desvantagens adicionais. As tiras desenvolvidas até hoje foram inadequadas como tiras de cintagem (vide DE 295 20 448 Ul, DE 295 20 449 Ul ou EP 0 799 335 Bl).

[003] DE 196 54 030 C2 descreve um suporte de cultivo têxtil, no qual uma estrutura de malha tridimensional tipo cabo feita de polietileno é provida. Na coluna 2, linha 35, este polietileno é descrito como um material típico de tiras de cintagem para máquinas de embalagem automáticas. Além deste material para a estrutura de malha, o suporte de cultivo reivindicado também tem uma estrutura têxtil que deve ser usada como uma superfície de cultivo para micro-organismos. Esta estrutura têxtil pode ser feita de substâncias orgânicas degradáveis (coluna 1, linha 18). A despeito do objetivo técnico claramente apresentado, não ocorreu aos versados na técnica até hoje também usar um material orgânico degradável como o material para a in estrutura de malha tipo cabo. Isto mostra que obviamente houve um preconceito contra o uso de materiais degradáveis orgânicos para produtos estirados tais como tiras de cintagem.

[004] DE 699 20 702 T2 descreve a soldagem ultrassónica de produtos feitos de poli(ácido lático), que não são estiradas e, portanto, não têm que atender nenhuma exigência de limite de resistência.

[005] O objetivo da invenção é, portanto, prover um método pelo qual matérias-primas renováveis estiradas podem ser soldadas de uma maneira tal que os produtos resultantes tenham um alto limite de resistência.

[006] O objetivo da invenção é alcançado em uma primeira modalidade específica por um método para soldar matérias-primas renováveis uniaxialmente estiradas, caracterizado em que: a. as superfícies a serem soldadas são pelo menos parcialmente providas de matéria-prima renovável estirada; e b. as superfícies são soldadas usando soldagem de cunha aquecida, soldagem por atrito, soldagem a laser, soldagem de alta frequência ou soldagem ultrassónica.

[007] Até agora, praticamente nenhum produto uniaxialmente estirado, tais como tiras de cintagem, foi fabricado de matérias-primas renováveis, uma vez que existia um preconceito de que esses materiais não eram mecanicamente estáveis o bastante e/ou eram, por exemplo, suscetíveis a hidrólise. Além do mais, havia o preconceito de que ocorreria uma degradação do material durante soldagem de matérias-primas renováveis, que causaria uma deterioração das propriedades mecânicas. Este preconceito é a maior verdade para produtos uniaxialmente estirados, uma vez que esses produtos já são mecanicamente pré-tensionados, e existia o preconceito, portanto, de que soldas ou cordões de soldas de produtos estirados feitos de matérias-primas renováveis eram vistos, com todos o propósitos práticos, como pontos de ruptura predeterminados e, de qualquer maneira, não poderiam ser submetidos a uma carga mecânica. Surpreendentemente, descobriu-se recentemente que matérias-primas renováveis estiradas podem ser soldadas por solda de cunha aquecida, soldagem por atrito, soldagem a laser e, acima de tudo, por soldagem ultrassónica sem que as propriedades mecânicas deteriorem significativamente.

[008] Na etapa a), uma tira estirada uniaxialmente é preferivelmente usada, uma tira de cintagem estirada uniaxialmente é em particular preferivelmente usada, e uma tira estirada uniaxialmente para a indústria de embalagem é ainda mais preferivelmente usada. Independente dela, o material a ser soldado é preferivelmente estirado pelo menos 1:3. No caso desses materiais, em particular, e particularmente no caso de tiras de cintagem, o seu uso exige um alto limite de resistência. Por causa dos preconceitos supramencionados, tiras de cintagem feitas de matérias-primas renováveis soldadas, em particular, têm até agora sido consideradas impossíveis.

[009] Na etapa a), superfícies extrusadas a serem soldadas são preferivelmente usadas. Ao contrário da soldagem, por exemplo, superfícies tecidas, uma soldagem particularmente sem defeitos pode ser implementada sem que bolsas de ar sejam formadas ou permaneçam, por exemplo, na solda entre as superfícies a serem soldadas.

[0010] A proporção de matérias-primas renováveis nas superfícies a serem soldadas é de preferência independentemente pelo menos 30 % em peso, em particular pelo menos 50 % em peso, de forma excepcional preferivelmente pelo menos 90 % em peso. Acima de tudo preferivelmente, as superfícies a serem soldadas são feitas de uma matéria-prima renovável estirada.

[0011] Na etapa a), a matéria-prima renovável é preferivelmente selecionada do grupo de poliésteres alifáticos, poliamida, amida de poliéster alifático, poli-hidroxialcanoato, álcool polivinílico, polialquilenoglicol, lignina ou um copolímero que contém pelo menos um dos compostos, ou é selecionado de misturas ou derivados dos mesmos. É particularmente preferível que a matéria-prima renovável seja poli(ácido lático) e/ou succinato de polibutileno (PMS), ou uma mistura ou um derivado dos mesmos. Produtos estirados feitos de matérias-primas renováveis podem assim ser soldados usando ultrassom pela primeira vez, que, ao contrário dos materiais a base de amido conhecidos até agora, têm uma estabilidade hidrolítica particularmente alta e uma alta estabilidade dimensional sob calor.

[0012] Como um polissacarídeo, amido não era somente suscetível a hidrólise, mas também tinha a desvantagem adicional de que as tiras de embalagem feitas de amido, por exemplo, degradaram termicamente durante soldagem, fazendo com que as soldas se tornassem, por assim dizer, pontos de ruptura predeterminados. Essas desvantagens poderiam ser superadas por esta modalidade específica preferida. A concentração de amido das superfícies a serem soldadas é, portanto também preferivelmente um máximo de 10 % em peso, em particular um máximo de 5 % em peso. Outra desvantagem das tiras de embalagem a base de amido conhecidas pela tecnologia anterior foi também que o amido industrial normalmente contém acima de 50 % em peso de poli-hidroxibutirato, por exemplo.

[0013] O poli(ácido lático) é preferivelmente feito de pelo menos 40 % em peso de ácido L-lático, em particular pelo menos 70 % em peso de ácido L-lático, de forma excepcional preferivelmente pelo menos 90 % em peso de ácido L-lático. Surpreendentemente, foi certamente mostrado que um grau particularmente alto como este de cristalização pode ser alcançado, de forma que essas tiras podem ser em particular efetivamente estiradas. Tiras com uma maior concentração de ácido D pareceram produzir um polímero amorfo, que era menos adequado para estiramento.

[0014] A largura das superfícies a serem soldadas é na faixa, por exemplo, de 3 mm a 50 mm, em particular na faixa de 4 mm a 32 mm. A espessura da tira de cintagem de acordo com a invenção é na faixa, por exemplo, de 0,2 mm a 2 mm, em particular na faixa de 0,4 mm a 1,5 mm.

[0015] O peso médio da massa molar Mw da matéria-prima renovável é preferivelmente na faixa de 20.000 g/mol a 300.000 g/mol, em particular na faixa de lOO.OOOg/mol a 220.000 g/mol. Tais matérias-primas renováveis surpreendentemente resultam em tiras de cintagem que têm uma razão particularmente equilibrada entre baixa fragilidade e alto limite de resistência.

[0016] Agentes de adição, aditivos e outros modificadores comuns podem estar contidos, por exemplo, a 0 % em peso a 10 % em peso, em particular 0,5 % em peso a 2 % em peso.

[0017] O teor de fibra do material das superfícies é preferivelmente um máximo de 10 % em peso, em particular um máximo de 1 % em peso. A tira de cintagem de acordo com a invenção de forma excepcional preferivelmente não contém nenhuma fibra. Isto possibilita evitar heterogeneidades nas propriedades, em particular quando se processam fibras junto com materiais termoplásticos, por exemplo, por causa de bolsas de ar.

[0018] Na etapa b), um tempo de soldagem entre 5 milissegundos e um segundo, preferivelmente entre 100 e 400 milissegundos, é preferivelmente usado. Independente deste, um tempo de resfriamento entre 0 segundo e 3 segundos, em particular entre 0,2 segundo e 0,5 segundo é usado nesta etapa b). Uma combinação de tempo de soldagem preferido e o tempo de resfriamento preferido tornou-se particularmente preferido. De outra forma, o método de soldagem é realizado com os parâmetros usuais.

[0019] Na etapa b), um sonotrodo com a mesma largura do material de soldagem é vantajosamente selecionado para soldagem. Na etapa b), é também possível usar um sonotrodo para soldagem, cujo comprimento é na faixa de 1 mm a 100 mm, em particular 5 mm a 30 mm.

[0020] Na etapa b), as superfícies a serem soldadas são vantajosamente prensadas contra uma contraplaca durante a soldagem, as superfícies diametralmente opostas do sonotrodo e a contraplaca tendo cada qual uma subseção provida com projeções e uma subseção lisa. Por exemplo, a superfície do sonotrodo pode ser nervurada, enquanto a superfície da contraplaca é lisa. Foi surpreendentemente determinado que uma deformação menos pronunciada das superfícies a serem soldadas na área da junta soldada ocorre em decorrência disto. Por causa da deformação menos pronunciada das superfícies a serem soldadas na área da junta soldada, na qual, por exemplo, força de tração é subsequentemente aplicada, a junta soldada tem uma maior resistência geral. Foi também determinado que os valores de resistência tenham menos dispersão de uma junta soldada para outra, de forma que o método preferido de acordo com a invenção possibilita criar uma pluralidade de juntas soldadas com uma resistência relativamente alta e uniforme.

[0021] Em outra modalidade específica, o objetivo da invenção é alcançado por uma tira de cintagem fabricada por um método de acordo com a invenção, caracterizado em que a resistência ao rasgamento é pelo menos 5 N/mm2, em particular pelo menos 100 N/mm2, medida de acordo com DIN 53504.

[0022] O alongamento na ruptura de acordo com DIN 53504 é um máximo de 100 %, em particular preferivelmente um máximo de 50 %, de forma excepcional preferivelmente um máximo de 20 %.

Modalidade Exemplar

[0023] Granulado de poli(ácido lático) (polímero PLA 4032D da Nature Works), que é um poli(ácido L-lático), foi fundido e extrusado através de uma matriz de fenda a 220°C, usando uma extrusora de parafuso simples. O extrusado foi colocado em um banho de água a uma temperatura de 50°C e subsequentemente estirado 1:4 em ar. A tira resultante foi então fixada em ar e resfriada e subsequentemente bobinada em um carretel. Esta tira de cintagem resultante foi então usada para cintar uma caixa móvel comum em um teste, colocando a tira em torno da caixa móvel de forma que ambas as extremidades da tira de cintagem ficassem sobrepostas 2 cm. As extremidades sobrepostas da tira de cintagem foram soldadas uma na outra usando soldagem ultrassónica. O tempo de soldagem foi estabelecido em 256 milissegundos. O tempo de controle foi estabelecido em um segundo. Quando aos demais, os parâmetros de fabricação e, em particular, a espessura e largura da matriz de fenda para extrusão foram selecionados de uma maneira que a tira de cintagem com uma espessura de 0,7 mm e uma largura de 12 mm resultasse depois do estiramento.

[0024] A tira de cintagem fabricada de acordo com a invenção teve uma resistência ao rasgamento de mais de 145 N/mm2 (de acordo com DIN 53504). O alongamento na ruptura foi menos que 20 % (de acordo com DIN 53504). Não pôde ser observada nenhuma degradação por causa de hidrólise. A tira de cintagem obtida foi hidroliticamente estável. A tira de cintagem obtida foi, além disso, dimensionalmente estável sob calor a uma temperatura de pelo menos 70°C.

[0025] A resistência das juntas soldadas das duas tiras foi maior que 110 N/mm2 (de acordo com DIN 53504). O alongamento na ruptura foi maior que 1 % (de acordo com DIN 53504) e menos que 20 % (de acordo com DIN 53504).

Claims (6)

1. Método para soldar matérias-primas renováveis uniaxialmente estiradas, caracterizadopelo fato de que: a. utilizando uma tira de cintagem uniaxialmente estirada, superfícies a serem soldadas são pelo menos parcialmente providas a partir de poli(ácido lático) estirado; b. as superfícies são soldadas usando soldagem de cunha aquecida, soldagem por atrito, soldagem a laser, soldagem de alta frequência ou soldagem ultrassónica, em que o poli(ácido lático) é feito pelo menos de 70% em peso de ácido L-lático.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o poli(ácido lático) é feito de pelo menos 90 % em peso de ácido L-lático.

3. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que um tempo de soldagem entre 5 milissegundos e um segundo é estabelecido na etapa b).

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que um tempo de resfriamento entre 0 e 3 segundos é estabelecido na etapa b).

5. Método, de acordo com a qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que as superfícies são soldadas utilizando soldagem ultrassónica.

6. Tira de cintagem que é soldada em si própria, fabricada de acordo com o método como definido na reivindicação 1, caracterizadapelo fato de que a resistência ao rasgamento é pelo menos 5 N/mm2, medida de acordo com DINI 53540, e em que o teor de fibra é de no máximo 1% em peso.