BR112020023590A2

BR112020023590A2 - espumas microcelulares flexíveis moldadas por injeção biodegradável e industrialmente compostável e um método de fabricação das mesmas

Info

Publication number: BR112020023590A2
Application number: BR112020023590-3A
Authority: BR
Inventors: Robert Falken
Original assignee: O2 Partners, Llc
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2021-02-09
Also published as: US20220379528A1; US20190351592A1; US20230127747A1; JP2021524408A; US11565448B2; CN112512771A; US11155009B2; JP7430176B2; WO2019226719A1; EP3797022A4; US11833724B2; AU2019272664A1; JP2024016185A; US20240058997A1; US20210229326A1; US11413799B2; EP3797022A1

Abstract

este documento divulga um processo para a formação de espuma microcelular moldada por injeção de várias composições de espuma flexível, a partir de resinas termoplásticas derivadas de biodegradáveis e industrialmente compostável para uso em, por exemplo, componentes de calçados, componentes de assento, componentes de equipamento de proteção e acessórios de esportes aquáticos caracterizado por um processo de fabricação incluindo as etapas de: produzir um biopolímero termoplástico adequado ou mistura de biopolímero; moldagem do biopolímero termoplástico por injeção ou mistura de biopolímero e uma forma de molde adequado com gás de nitrogênio inerte; controlar a fusão do polímero, pressão, temperatura e tempo de modo que a espuma flexível desejada seja formada; e utilizar contrapressão de gás no processo de moldagem por injeção para garantir a estrutura de espuma ideal com o mínimo de defeitos cosméticos e pouca ou nenhuma pele de plástico do lado de fora da estrutura de espuma.

Description

ESPUMAS MICROCELULARES FLEXÍVEIS MOLDADAS POR INJEÇÃO BIODEGRADÁVEL E INDUSTRIALMENTE COMPOSTÁVEL E UM MÉTODO DE FABRICAÇÃO DAS MESMAS REFERÊNCIA CRUZADA PARA APLICATIVOS RELACIONADOS

[0001] Este Pedido reivindica a prioridade e o benefício do Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos Número 62/674,544, intitulado " ESPUMAS MICROCELULARES FLEXÍVEIS MOLDADAS POR INJEÇÃO BIODEGRADÁVEL E INDUSTRIALMENTE”,

COMPOSTÁVEL E UM MÉTODO DE FABRICAÇÃO DAS MESMAS e depositado em 21 de maio de 2018, a divulgação da qual é incorporada neste documento inteiramente por referência para todos os fins.

ANTECEDENTES

[0002] A presente invenção relata para um processo para formação de espuma microcelular moldada por injeção de várias composições de espuma flexível a partir de resinas termoplásticas biodegradável e bioderivado compostável industrialmente para uso em, por exemplo, componentes de calçados, componentes de assento, acessórios de proteção de engrenagem e acessórios para esportes aquáticos.

[0003] A degradação por compostagem é um processo importante para a renovação de recursos usados na produção de produtos manufaturados. No entanto, quando esses produtos manufaturados envolvem espuma, a decomposição é problemática. Particularmente, existem várias desvantagens de métodos convencionalmente conhecidos de fabricação de espuma flexível. Por exemplo, tais desvantagens incluem a seleção e uso de polímeros não renováveis, agentes de expansão químicos e aditivos químicos, que conforme empregados na indústria de fabricação de espuma e os procedimentos de processamento inerente aos mesmos, normalmente não são biodegradáveis, e que geralmente são considerados ruins para o meio ambiente. Essa falta de biodegradação significa que muitos materiais convencionais de espuma flexível e os produtos em que eles estão contidos, acabam em aterros sanitários por qualquer lugar por décadas a séculos.

[0004] Isso também é problemático porque o uso excessivo de aterros sanitários no mundo de hoje tem um impacto negativo direto em ambos no meio ambiente e na economia. Por exemplo, aterros sanitários são a terceira maior fonte de emissão de metano nos Estados Unidos. Além disso, os polímeros e produtos químicos não biodegradáveis acima mencionados usados em espuma flexíveis convencionais são particularmente derivados de recursos não renováveis. Esses materiais não são naturalmente renováveis, como é o caso com matérias primas bioderivadas, e, portanto, sua própria criação é uma perda líquida para o meio ambiente, visto que seus materiais são frequentemente retirados, usados e em seguida descartados de maneira não sustentável. Além disso, mesmo polímeros renováveis fossem selecionados para uso em método convencionalmente conhecido de espuma flexível, os agentes de expansão químicos e a reticulação desses métodos provavelmente contaminariam o polímero renovável com aditivos que não são biodegradável ou compostáveis. Assim, tornam um ganho de soma zero. Além disso, a reticulação do biopolímero provavelmente também impediria qualquer solução de fim de vida adequado para biodegradação ou compostagem, como os componentes precursores não poderiam ser separados, assim resultando em mais geração de resíduos e mais material indo para aterro.

[0005] Consequentemente, embora a compostagem seja um processo importante para proporcionar um futuro renovável e sustentável, sua integração na indústria de manufatura é muito limitada. No entanto, seria muito útil, por exemplo, para o meio ambiente, se materiais manufaturados pudessem ser feitos compostáveis. Por exemplo, a compostagem e biodegradação de materiais de espuma flexível cria uma oportunidade de disposição de resíduos que representa um benefício líquido para o meio ambiente e a economia. Por exemplo, por compostagem desses materiais, seria possível reduzir a quantidade total de resíduo enviados para aterros sanitários e incineradores de queima de massa.

[0006] Em adição para reduzir o desperdício, o processo de compostagem também criaria um produto utilizável que é rico em nutriente e poderia ser usado para corrigir solo pobre para cultivar alimento ou fertilizar jardins. Consequentemente, a própria noção de compostagem e biodegradação de espumas flexíveis, embora nova, pode revolucionar toda a cadeia de valor, mantendo os princípios da chamada economia circular. Existem duas formas típicas de compostagem: compostagem industrial e compostagem doméstica. Ambas as metodologias de compostagem têm vantagens e desvantagens.

[0007] A compostagem industrial é uma forma de compostagem de larga escala que é projetada para manipular um volume muito grande de resíduos orgânicos. É conduzido e instalações de larga escala a temperaturas entre 50° a 60°C. A compostagem doméstica é uma forma de compostagem que manipula os resíduos orgânicos de uma casa. Particularmente, a compostagem doméstica refere-se à compostagem a temperaturas relativamente mais baixa, como aquelas encontradas em um acervo de compostagem de quintal, daí o título "casa". Em contraste com a compostagem industrial, a compostagem doméstica envolve uma decomposição aeróbica mais fria de material orgânico ou resíduo, tais como aparas de quintal, restos de cozinha, aparas de madeira, papelão e papel. Os volumes tratados na compostagem doméstica são consideravelmente menores do que na compostagem industrial e o composto é usualmente usado em jardins privados. Este processo é normalmente conduzido em compostores e pilhas de pequena escala. Neste método, as temperaturas são tipicamente no intervalo psicrofílico (0-20°C) a mesofílico (20-45°C) (explicado abaixo). Consequentemente, existem diferentes tecnologias, mas o processamento é o mesmo: um processo controlado de compostagem seguido de cura.

[0008] A fase de compostagem ativa normalmente leva pelo menos 21 dias. Nessas condições, os microrganismos crescem em resíduos orgânicos, decompondo-os em CO2 e água, usando-os como um nutriente. Durante a compostagem, os resíduos orgânicos são acumulados em pilhas e, com um resultado, parte da energia da compostagem é liberada como calor. Quando a temperatura da pilha de compostagem aumenta as populações microbiais mudam: micróbios adaptados à temperatura ambiente, por exemplo, mesófilos, param sua atividade, morrem e são substituídos por micróbios adaptados para viver em temperatura alta, por exemplo, termofilos. Para o propósito de higienização, para compostagem doméstica, as temperaturas devem ser mantidas acima de 60°C por pelo menos uma semana, a fim de eliminar microrganismos patogênicos. Em contraste, a fase de cura da compostagem industrial retarda a taxa de decomposição para um consistente pace, e o composto amadurece em temperaturas no intervalo mesofílico inferior abaixo de 40°C.

[0009] Um problema primário com a compostagem industrial é que as matérias primas de entrada devem ser descartadas de forma apropriada, de modo a ser efetivamente processadas. Ou seja, os desafios logísticos requeridos são um obstáculo para a coleta, separação e transporte adequado para uma instalação de compostagem industrial. A razão de combinada de compostagem e desvio de reciclagem dos Estados unidos é cerca de 35%, o que indica que a sociedade tem um longo caminho a percorrer, antes que a grande maioria da infraestrutura esteja "fechando o ciclo" no desvio de resíduo. Um método para superar essa deficiência é para educar melhor o usuário final e estabelecer uma rede localizada de esquema de coleta que alimente esquema de coleta maiores. O objetivo, sendo suficiente de uma conveniência e acessibilidade, é para que a compostagem industrial se torne normalizada e sempre presente na vida diária.

[0010] Da mesma forma, uma desvantagem predominante na compostagem doméstica é a quantidade de esforço envolvida. Todas os materiais matéria prima de composto necessários precisam ser carregados e/ou transferidos para a pilha de composto. Uma vez que a pilha de composto é grande suficiente para começar a gerar a energia, e, portanto, calor, ela precisa ser girada para fazer a decomposição mais rápida e mais completa, que pode ser um trabalho extenuante. Quando a matéria orgânica estiver suficientemente decomposta, o composto doméstico precisa ser retirado para uso na correção do solo. Outra desvantagem da compostagem doméstica é a quantidade limitada de compostos utilizáveis que uma pessoa comum pode gerar em casa. A quantidade limitada de compostos gerados potencialmente dá lugar ao uso limitado, e, portanto, a motivação da pessoa comum para se comprometer com o esforço da compostagem doméstica pode ser baixa.

[0011] Por causa dessas desvantagens, tradicionalmente, a indústria de manufatura tem evitado o uso de matérias primas e ingredientes precursores com o potencial para biodegradação ou compostagem. Adicionalmente, isso tem sido tradicionalmente evitado, porque as propriedades de desempenho técnico requeridas desses materiais eram frequentemente inferiores às da variedade convencional não biodegradável e não compostável. Por exemplo, um fator limitante de alguns, mas não de todos, os ingredientes precursores compostáveis pode ser a tendência desses ingredientes se decomporem e/ou se degradarem antes do fim da vida útil do produto usado. Um exemplo disso seria um produto sensível ao ultravioleta, através do qual o percurso biodegradável e compostável pode ser atacado e enfraquecido pela exposição repetida à luz solar, o que pode eventualmente levar à falha dos produtos muito antes de o usuário final estar pronto para descartar o produto.

[0012] Adicionalmente, uma preocupação atual com a fabricação moderna é ser uma rede neutral em relação a emissões e resíduos, sustentável em relação aos materiais usados no processo de fabricação e renovável em relação ao fim de vida do produto e seus materiais. Sendo assim, a neutralidade da rede, com que diz respeito à emissão de CO2. Em adição à compostabilidade do produto final tornou-se importante na escolha apropriada dos materiais adequados para uso na fabricação de produtos de bens de consumo.

[0013] Consequentemente, é um fator chave para os presentes processos de fabricação divulgado neste documento, em comparação com os processos de fabricação mais tradicionais atualmente presente, é que os fabricantes produzem produtos finais ambientalmente corretos, e sendo assim, é útil considerar cuidadosamente os materiais usados na fabricação dos referidos produtos finais, e equilibrar isso contra a vida útil pretendida do produto. Um exemplo de produtos desafiadores durante a produção dos quais essas preocupações devem ser, mas não são, abordadas, os produtos de fabricação padrão, empregando espuma, tal como na produção de almofada, tal como mobiliário e/ou produtos de espuma, como para a fabricação de tênis de corrida.

[0014] Por exemplo, tênis de corrida são produtos altamente técnicos que estão expostos a abusos repetidos, tais como: impacto, abrasão e todos os tipos de exposição ambientais durante período de tempo considerado; talvez 1-3 anos, dependendo da frequência de uso. Ao considerar materiais sustentáveis para uso na fabricação de almofadas para mobiliário ou para solas, entressolas, e/ou amortecimento para palmilhas de tênis de corrida, é importante levar em consideração os requisitos acima. Um material que não pode lidar com o abuso repetido antes da falha não produziria um par de tênis de corrida satisfatório. Adicionalmente, qualquer material que tenha um potencial de quebra ou enfraquecimento a ponto de falhar durante uso regular do produto, antes do fim de vida útil pretendido, não seria aceitável.

[0015] De modo a resolver este problema, deve-se buscar materiais especializados com o equilíbrio certo de propriedades de desempenho técnico e aspectos de sustentabilidade, tal como compostabilidade com uma solução de fim de vida gerenciada, que é rede neutral (ou negativa) com respeito à emissão prejudicial. Particularmente, uma vez que o acolchoamento de mobiliário é volumoso e tênis de corrida é um produto exigente, os materiais de compostagem doméstica não seriam uma solução adequada para uso em sua fabricação, como as temperaturas mais baixas de degradação se traduziriam em mobiliário ou tênis de corrida que estariam sujeitos a falhar antes do fim de vida pretendido. Neste exemplo, os materiais que são compostáveis industrialmente são uma opção muito melhor, pois podem lidar com desafios de temperatura mais alto e oferecem maiores propriedades de desempenho técnico quase iguais ou iguais para sua contraparte não industrialmente compostável e não biodegradável. Essencialmente, mobiliário ou um par de tênis de corrida fabricado com materiais compostáveis industrialmente, funcionariam muito bem durante a vida útil do produto e somente no final da vida útil dos produtos os materiais teriam a opção de serem direcionados para colocação em compostagem industrial por desvio de resíduo em "circuito fechado".

[0016] Consequentemente, sempre que possível, de modo a reduzir a pegada destrutiva muitas vezes associada ao processo de fabricação, os materiais e processes de fabricação devem ser formulados, de tal modo que permita a pronta compostagem após o final da vida útil do produto. No entanto, como indicado acima, isso é difícil, porque existem muitos precursores biodegradáveis e compostáveis muito limitados disponíveis comercialmente. Esses que existem não são necessariamente projetados e capazes de resolver todos os desafios combinados de desempenho e usabilidade de longo prazo, enquanto prontamente compostável e biodegradável em uma montagem controlada no final de sua vida útil. Esses precursores que resolvem alguns dos desafios acima mencionados, deixam de resolver outros e isto leva ao potencial de consternação do consumidor e provavelmente críticas negativas aos produtos que os contém. Apesar destas desvantagens significativas, os materiais que podem ser compostável, tanto em uma instalação industrial ou em casa, seriam teoricamente produtos de partida úteis na fabricação renovável, sustentável e verde.

[0017] Outro aspecto dos processos de fabricação atuais diz respeito à produção de espumas flexíveis. As espumas flexíveis são um tipo de objeto formado pela retenção de bolsas de gás em um líquido ou sólido através do qual a espuma resultante é considerada flexível, devido em parte a sua maleabilidade. As espumas flexíveis são tipicamente usadas em aplicações de amortecimento, tais como calçados, mobiliários, roupas de cama, e outros artigos esportivos. As espumas flexíveis tipicamente se enquadram em duas categorias: espumas de polímero termoplástico flexível de célula fechada e espumas de poliuretano flexível de célula aberta. Cada um desses tipos de espuma possui métodos de fabricação muito diferentes.

[0018] As espumas de polímero termoplástico flexível de célula fechada são comumente produzidas em um processo seco em que um polímero sintético adequado é selecionado e misturado com vários aditivos químicos, agente de reticulação, e agente de expansão química para produzir uma "pasta," cuja pasta é então amassada e extrudada em folhas planas. As folhas são depois empilhadas umas sobre as outras e colocadas em uma prensa aquecida sobre pressão controlada. Esta mistura de materiais e o agente de expansão química reagem e se expandem dentro da cavidade aquecida da prensa. O resultado é uma espuma flexível de células fechadas "bun" ou "bloco" que é então fatiado para a espessura. Em contraste, as espumas de poliuretano flexível de célula aberta são comumente produzidas e um processo de vazamento de líquido ou processo de moldagem de líquido e que um produto químico de poliol sintético, produto químico de isocianato, e outros aditivos químicos reagem juntos, enquanto são derramados ou injetados em uma forma moldada, tal como um "bun" ou "bloco". O resultado é uma espuma flexível de células abertas que é então fatiada na espessura.

[0019] Consistente com o acima exposto, um dos problemas com as espumas flexíveis atualmente disponíveis no mercado é que eles usam quase exclusivamente materiais não renováveis, e produtos químicos prejudiciais em suas fabricações. Além disso, devido em parte à reticulação química que acorre nos métodos de fabricação descritos acima de fabricação de espumas flexíveis convencionais, a estrutura física dessas espumas flexíveis não podem ser compostáveis, biodegradadas ou recicladas. Isto se deve em grande parte a composições químicas de seu projeto e a incapacidade de serem novamente separados e seus constituintes precursores de raiz. Isto é, no final da vida útil das espumas flexíveis convencionais, não podem ser mais usadas e não podem ser reprocessadas em novo material com sucesso com nenhum método conhecido comercialmente viável.

[0020] Por conseguinte, em vista ao acima exposto, são apresentados neste documento espumas flexíveis e processos de fabricação que podem ser empregados para produzir produtos finais que podem ser renováveis, sustentáveis e/ou meio ambientalmente responsáveis, cujos materiais e produtos finais são capazes de ambos os usos sustentáveis, sem quebra, mas rapidamente se degradam e são compostáveis após o fim de vida. Os detalhes de uma ou mais concretizações são estabelecidos na descrição anexa abaixo e com relação às figuras apresentadas e suas características. Outras características e vantagens são evidentes a partir da descrição, figuras, e das reivindicações.

RESUMO

[0021] Este documento apresenta um processo para a formação de espuma microcelular em molde de injeção modificada que forma várias composições de espuma flexível a partir de resinas termoplásticas biodegradáveis e industrialmente compostáveis. Atualmente, quase todas as espumas flexíveis conhecidas no mundo são derivadas de matérias primas não renováveis, e a maioria, se não todas, não é biodegradável ou compostável industrialmente. É um objetivo desta invenção produzir espumas flexíveis, que causem o mínimo de dano ao meio ambiente, mas que também apresentam propriedades de desempenho técnico significativas iguais ou maiores do que as espumas flexíveis petroquímicas convencionais não biodegradáveis. Ao selecionar matérias primas derivadas de plantas para produzir biopolímeros, esta invenção contribui para sequestrar gases do efeito estufa da atmosfera, reduzindo grandemente a dependência de óleo de petróleo não renovável, e reduz significativamente os resíduos não biodegradáveis que acabem em aterros sanitários todos os anos.

[0022] Em várias concretizações, as espumas flexíveis produzidas por meio destes podem ser configuradas para compostagem industrial, em vez de compostagem doméstica, embora seja concebível que a compostagem doméstica possa ser útil em alguns casos, dependendo do mercado. Em vários casos, compostagem industrial é útil, porque garante que a espuma flexível durará toda a vida útil de produto resultante em que é funcionalizado e não se decomporá ou se desfaça durante o uso dentro dos produtos acabados. Por exemplo, seria prejudicial para uma pessoa comprar um par de sapatos feitos de espuma flexível desta invenção apenas para que a espuma se degradasse durante o uso regular antes do fim da vida útil do sapato.

[0023] Por consequente, em um aspecto, um processo de fabricação de espumas flexíveis biodegradáveis e industrialmente compostáveis, seja de célula aberta ou célula fechada, pode ser fornecida neste documento e pode incluir um ou mais das seguintes etapas: Produção de uma barra mestre combinada de biopolímero termoplástico para a formação de espuma; moldagem por injeção da mistura de biopolímero termoplástico e uma forma de molde adequada com gás nitrogênio inerte; usar controle dinâmico de temperatura do molde para garantir a estrutura celular ideal; controlar a fusão do biopolímero, a pressão e tempo, de modo que uma espuma flexível desejável seja formada; e utilizar contrapressão de gás no processo de moldagem por injeção para garantir a estrutura de espuma ideal com a mínima quantidade de defeitos cosméticos e pouca ou nenhuma película plástica do lado de fora da peça de espumada.

[0024] O processo de fabricação desta divulgação, em conjunto com matérias primas bioderivadas e renováveis cuidadosamente selecionadas, abre a porta para um processo de ciclo fechado ecologicamente correto. Este processo de ciclo fechado começa com a seleção adequada do material. Por exemplo, a seleção de uma matéria prima de polímero inerte e rapidamente renovável que seja compostável certificado por terceiros garante que os princípios da Economia Circular sejam cumpridos. Para esse propósito, as matérias primas de polímero rapidamente renováveis selecionados começam sua vida como uma forma de planta renovável ou matéria mineral. Uma vez convertidos e um polímero adequado, esses precursores ambientalmente responsáveis podem ser combinados com outros percursores e ingredientes ambientalmente responsáveis, para funcionalização em um composto de biopolímero feito sob medida que pode ser empregado nos processos de fabricação divulgados.

[0025] Particularmente, uma vez que o composto de biopolímero adequado é criado, é processado no método de fabricação sem os produtos químicos desta divulgação. As espumas flexíveis resultantes são não reticuladas e, em muitos casos, por exemplo, são inteiramente biodegradáveis e compostáveis. Consequentemente, ao final de sua vida útil, essas espumas produzidas podem ser cuidadosamente cortadas em pequenos pedaços e compostáveis industrialmente em instalações qualificadas para decompor, por exemplo, 100%, de sua composição em biomassa utilizável. Essa biomassa utilizável pode então ser usada para cultivar material de matéria prima de polímero mais inerte e rapidamente renovável e o processo continua em um ciclo infinito. Consequentemente, este documento descreve uma espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável e o método de fabricação da mesma. A espuma pode ser uma espuma de célula fechada, mas também pode ser potencialmente formada como uma espuma de célula aberta.

[0026] Em várias implementações, uma espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável pode ser feita para ter propriedades e características idênticas de espuma petroquímica de etileno vinil acetato (EVA - Ethylene Vinyl Acetate) convencional ou semelhantes, e ainda conter uma lata porcentagem de conteúdo de biomassa e carbono. Por exemplo, espuma EVA flexível é um material onipresente usado na indústria hoje. O que torna a espuma EVA tão predominante é seu custo relativamente baixo e facilidade de processamento, enquanto mantém propriedades de desempenho técnico geralmente aceitável para um determinado produto. A desvantagem do uso da espuma de EVA são muitos. O material é comumente derivado de matérias primas não renováveis, e é quimicamente reticulado com agentes de expansão químicos para produzir uma espuma flexível que não é prontamente biodegradável, compostável ou reciclável.

[0027] Um fator que torna os avanços apresentados neste documento tão úteis é que as espumas geradas e os produtos manufaturados produzidos, assim é que funcionalmente eles desempenham de uma maneira similar ao EVA, e, portanto, suas propriedades de desempenho técnico são análogas às do EVA sem os aditivos químicos e reticulação. O resultado é uma espuma flexível comercialmente aceitável, que pode ser um substituto imediato para o EVA onipresente, mas que oferece um impacto ambiental amplamente reduzido e solução gerenciada de fim de vida que é ambientalmente responsável.

[0028] Consequentemente, em um aspecto é fornecido um método para a fabricação de um produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável. Em vários casos, o método pode incluir um ou mais das seguintes etapas. Por exemplo, o método pode incluir a introdução de um masterbatch combinada de biopolímero termoplástico para formar a espuma em um barril de um aparelho de montagem. O método pode adicionalmente incluir a introdução de um fluido no barril sob condições de temperatura e pressão para produzir um fluido super crítico, que após contato com o masterbatch combinada de biopolímero termoplástico produz uma espuma fundida termoplástica. Adicionalmente, o método pode incluir injetar a espuma fundida termoplástica em uma cavidade de um formato de molde adequado, e aplicar uma contrapressão de gás para a cavidade. Finalmente, a cavidade pode ser resfriada para produzir o produto moldado.

[0029] Em vários casos, a introdução de um ou mais do masterbatch de biopolímero termoplástico é por meio de uma bucha de jito, tal como onde o masterbatch combinada de biopolímero termoplástico é produzida por meio de uma extrusora de dupla rosca. Em uma concretização, o masterbatch combinada de biopolímero termoplástico inclui um ou mais de ácido polilactídeo (PLA), polihidroxialcanoato (PHA), acetato de celulose (CA), amido, e um termoplástico derivado de petróleo. Em vários casos, o fluido é introduzido no barril via uma unidade de medida. Em caso particular, o fluido supercrítico inclui um ou mais de nitrogênio e dióxido de carbono. O fluido supercrítico pode ser introduzido sob pressão e a uma temperatura, tal como quando a pressão varia de cerca de 150 bar a cerca de 300 bar, e a temperatura varia de cerca de 150°C e cerca de 350°C. Da mesma forma, a contrapressão de gás varia de cerca de 5 bar a cerca de 50 bar aplicada por um período de tempo entre 1 segundo a 25 segundos. Em certos casos, a temperatura pode ser controlada via controle dinâmico da temperatura do molde.

[0030] Adicionalmente, em outro aspecto, é fornecido um aparelho de moldagem por injeção para produzir um produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável. Em vários casos, o aparelho de moldagem por injeção pode incluir um ou mais dos seguintes. Um funil de carga pode ser incluído, tal como quando o funil de carga é configurado para receber e introduzir uma pluralidade de biopolímero termoplásticos no aparelho de montagem, tal como onde os biopolímeros termoplásticos formam uma masterbarch para ser misturado. Uma unidade de medida pode ser incluída, tal como onde a unidade de medida é configurada para receber um fluido, e introdução do fluido recebido no aparelho de montagem sob condições, de modo a produzir um fluido supercrítico após a referida introdução. O aparelho de montagem pode incluir um barril, tendo a primeira cavidade configurada para receber o masterbatch do biopolímero termoplástico misturado e o fluido, de modo que quando são introduzidos no barril, uma espuma fundida termoplástica é produzida, quando o fluido supercrítico entre em contato com o masterbatch do biopolímero termoplástico misturado dentro da cavidade do barril. Uma unidade de distribuição de contrapressão de gás também pode ser incluída caracterizado por: o GCP ser configurado para distribuir uma contrapressão de gás para a primeira cavidade, de modo a controlar a expansão do fundido espumado. Também, um molde tendo uma cavidade em comunicação de fluido com a cavidade do barril também pode ser incluída, onde a cavidade do molde é configurada para receber o fundido espumado e produzir o produto moldado por espuma flexível, quando o fundido é resfriado.

[0031] Em várias concretizações, o aparelho de moldagem por injeção pode incluir um parafuso alternativo que é configurado para comprimir o fundido espumado dentro da cavidade do barril, e para transferir o fundido espumado comprimido para a cavidade do molde. Portanto, um conduíte entre a cavidade do barril e a cavidade do molde pode estar presente onde o conduíte inclui um bocal, tendo uma bucha de jito, de modo a formar uma vedação entre o barril e o molde.

[0032] Adequadamente, o aparelho de moldagem por injeção pode incluir um ou mais dos seguintes: um funil de carga no qual um material termoplástico é fornecido para moldar na formar de pequenos pelotas. O funil de carga na máquina de moldagem por injeção armazena essas pelotas. As pelotas podem ser alimentados por gravidade a partir do funil de carga através do funil de carga para o barril e o conjunto de parafusos. Um barril também pode ser incluído onde o barril da máquina de moldagem por injeção suporta o parafuso de plastificação alternativo, e pode ser aquecido por faixas de aquecedor elétrico. Um parafuso alternativo também pode estar presente onde o parafuso alternativo é usado para comprimir, fundir e transportar material. O parafuso alternativo pode incluir três zonas: a zona de alimentação, a zona de compressão (ou transição), e a zona de medição. Um bocal também pode estar presente, onde o bocal conecta o barril para a bucha de jito do molde e forma uma vedação entre o barril e o molde. A temperatura do bocal pode ser ajustada para a temperatura de fuso do material ou um pouco abaixo dela. Quando o barril está em sua posição de processamento totalmente à frente, o raio do bocal pode alinhar e vedar no raio côncavo na bucha de jito com um anel de localização. Durante a remoção do barril, o barril pode recuar do jito, de modo que o composto removido pode cair livremente do bocal.

[0033] Adicionalmente, um molde e sistema hidráulico também podem ser fornecidos. O sistema de molde pode incluir barras de ligação, placas fixas e estacionárias, bem com placas de moldagem (bases) que alojam os sistemas de cavidade, jito e corredor, pinos ejetores, canais de aquecimento e resfriamento, e sensor de temperatura e sensor de pressão. O molde é essencialmente um trocador de calor no qual o termoplástico fundido solidifica na forma e detalhes dimensionais desejados definidos pela cavidade. Um sistema hidráulico também pode estar presente na máquina de moldagem por injeção de modo a fornecer a energia para abrir e fechar o molde, construir e reter a tonelagem de aperto, girar o parafuso alternativo, conduzir o parafuso alternativo, e energizar os pinos ejetores e núcleos de molde em movimento. Vários componentes hidráulicos são requeridos para fornecer essa energia, que incluem bombas, válvulas, motores hidráulicos, componentes hidráulicos, tubulações hidráulicas e reservatórios hidráulicos.

[0034] Um sistema de controle também pode ser fornecido. O sistema de controle pode ser configurado para fornecer consistência e repetibilidade na operação da máquina. Monitora e controla os parâmetros de processamento, incluindo a temperatura, pressão, dosagem de SCF, velocidade de injeção, velocidade e posição da rosca e posição hidráulica. O processo de controle pode ter um impacto direto na qualidade da peça final e na economia do processo. Os sistemas de controle de processo podem variar de simples controle de relé liga/desliga a um controle de malha fechada baseado em computador extremamente sofisticado.

[0035] Um sistema de fixação também pode ser fornecido. O sistema de fixação pode ser configurado para abrir e fechar o molde, suportar e transportar as partes constituintes do molde, e gerar força suficiente para evitar que o molde se abra. A força de fixação pode ser gerada por uma trava mecânica (toggle), trava hidráulica ou uma combinação dos dois tipos básicos. Um sistema também pode ser fornecido. O sistema de entrega, que fornece passagem para o plástico fundido do bocal da máquina para a cavidade da peça, geralmente inclui: um jito, poços de lama fria, um canal de corredor principal, corredores de ramificação, passagens e semelhantes.

[0036] Por conseguinte, em um aspecto adicional, é fornecido um sistema para produzir um produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável. O sistema pode incluir um aparelho de moldagem por injeção para produzir o produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável como descrito acima. O sistema pode adicionalmente incluir, um sistema de dosagem de gás supercrítico configurada para receber um fluido e introduzir o fluido recebido na primeira cavidade do barril sob condições, de modo a produzir um fluido supercrítico após a referida introdução, o fluido supercrítico, produzindo o fundido famoso, quando o fluido supercrítico contata o masterbatch do biopolímero termoplástico misturado dentro da primeira cavidade. O sistema pode adicionalmente incluir um sistema de controle dinâmico de temperatura configurada para controlar a temperatura dentro de um ou mais das primeira e segunda cavidades. Uma unidade de distribuição de contrapressão de gás configurada para distribuir uma contrapressão de gás para a primeira cavidade, de modo a controlar a expansão do fundido espumado também pode ser incluída Adicionalmente, uma unidade de controle, tendo um ou mais microprocessadores pode ser incluída onde a unidade de controle é configurada para controlar um ou mais dentre o aparelho de moldagem por injeção, o sistema de dosagem de gás supercrítico, o sistema de controle dinâmico de temperatura e a unidade de distribuição de contrapressão de gás, de acordo com um ou mais parâmetros do sistema.

[0037] Particularmente, os componentes do sistema podem incluir um sistema de máquina de moldagem por injeção que inclui uma coleção de componentes estabelecidos acima que trabalham juntos para moldar peças com sucesso. Essas peças são o funil, o barril, o parafuso alternativo, o bocal, o sistema de molde, o sistema hidráulico, o sistema de controle,

o sistema de fixação, e o sistema de distribuição. Um sistema de dosagem de gás SCF pode ser incluído e incluir um tanque de gás inerte, tal como nitrogênio, um compressor de ar, um dispositivo de medição e controle de SCF, injetor de SCF e parafuso alternativo especialmente projetado e válvulas anti- retorno dianteira e traseira. Um sistema de controle dinâmico de temperatura também pode ser fornecido e incluir uma unidade de aquecimento, uma unidade de resfriamento, uma válvula sequencial e controle por computados. Adicionalmente, existem elementos de aquecimento e canais de resfriamento localizados dentro do corpo de um molde, que são alimentados pelo sistema de controle dinâmico de temperatura, através do qual circula um meio de aquecimento ou meio de resfriamento. Sua função é a regulação da temperatura sobre a superfície do molde. E um sistema de contrapressão de gás pode ser fornecido onde inclui um tanque de gás, por exemplo, gás inerte, tal como nitrogênio, um compressor de ar, uma bomba de gás, uma válvula de alívio de gás, um sensor de pressão de gás e controle por computador.

[0038] O sistema e/ou qualquer subsistema do mesmo pode incluir um ou mais sensores, tal como incluir uma temperatura, pressão, acelerômetro, giroscópio e um sensor de orientação, tal como onde um ou mais sensores são configurados para serem posicionados em comunicação com um ou mais dos outros componentes do dispositivo de moldagem por injeção, tal como dentro de uma ou mais cavidades do aparelho de moldagem por injeção. Em várias concretizações os sensores podem ser sensores inteligentes e incluir um módulo de comunicação, tal como com uma conexão de rede, de modo a realizar comunicações sem fio. Por conseguinte, o sistema, e/ou qualquer uma de suas várias partes pode incluir um módulo de comunicação que pode ser acoplado a um ou mais módulo de controle, o sistema de dosagem de gás supercrítico, o sistema de controle dinâmico de temperatura e a unidade de controle de contrapressão de gás, tal como onde o módulo de comunicação é configurado para realizar uma ou mais protocolos de comunicações sem fio, incluindo WIFI, Bluetooth, Blue Tooth de Baixa energia, e comunicações celulares 3G, 4G, e 5G.

[0039] Os detalhes de uma ou mais concretizações são apresentados na discrição abaixo. Outras características e vantagens serão evidentes a partir da descrição e das reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0040] Estes e outros aspectos serão agora descritos em detalhes com referência aos seguintes desenhos.

[0041] A Figura 1 mostra um componente de calçado espumado, nomeadamente uma sola intermediária de sapato, de acordo com uma implementação da presente divulgação.

[0042] A Figura 2 ilustra uma visão esquemática geral do sistema de espuma flexível moldado por injeção para a produção de espumas flexíveis biodegradáveis e industrialmente compostáveis, adequadas para calçados;

[0043] A Figura 3 é um fluxograma de um método para a fabricação de espumas flexíveis microcelulares biodegradáveis e industrialmente compostáveis;

[0044] Símbolos de referência semelhantes nos vários desenhos indicam elementos semelhantes.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0045] Este documento descreve uma espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável e o método de fabricação da mesma. A espuma é preferencialmente uma espuma de célula fechada, mas também pode potencialmente estar formada como uma espuma de célula aberta. Em várias implementações, uma espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável pode ser feita para ter propriedades e característica idênticas à espuma petroquímica de etileno vinil acetato (EVA) convencional ou semelhantes, e ainda conter uma alta porcentagem de conteúdo de biomassa de carbono.

[0046] A presente divulgação relata para um processo para produzir uma espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável e método de fabricação do mesmo. Como discutido acima, a formação de espuma descreve um processo que envolve o aprisionamento de bolsões de gás em um líquido ou sólido. Geralmente, a indústria usa a espuma para produzir materiais poliméricos de baixo peso. Esta é uma solução vantajosa para muitos tipos de produtos com os materiais espumados que confere uma infinidade de valores agregados, tais como amortecimento suave, conforto e proteção contra impacto, entre outros.

[0047] Em vários casos, é útil que o material espumante esteja em uma espuma microcelular. A espuma Microcelular é uma forma de plástico manufaturado, especialmente fabricado para conter muitos, muitos, por exemplo, bilhões, de pequenas bolhas, que podem ser menores que cerca de 50 microns de tamanho. Este tipo de espuma é formado pela dissolução de gás sob alta pressão, em vários tipos de polímeros para causar o arranjo uniforme das bolhas de gás, normalmente referida como nucleação. O primeiro condutor para controlar e ajustar a densidade de espumas microcelular é o gás usado para criá- las. Dependendo do gás usado, a densidade da espuma pode estar entre cerca de 5% a cerca de 99% do bioplástico pré-processado.

[0048] Consequentemente, em vários casos, é útil que a espuma seja uma espuma de célula fechada. A espuma de célula fechada é geralmente conhecida como uma célula que é totalmente envolvida por suas paredes e, portanto, não se interconecta com outras células. Este tipo de material é útil, porque reduz efetivamente fluxo de líquido e gás que flui através das células. A espuma de célula fechada, tal como produzida, de acordo com os métodos divulgados neste documento, é útil para a indústrias na qual a resistência a líquido é crítica, tais como amortecimento, calçados, marinha, HVAC e usos automotivos.

[0049] No entanto, em vários casos, pode ser útil que a espuma seja uma espuma de célula aberta. A espuma de célula aberta é usualmente classificada como "célula aberta", quando mais da metade de suas células são abertas e interconectadas com outras células. Este tipo de espuma, que pode ser produzida e empregada nos métodos divulgados neste documento, pode ser útil porque opera mais como uma mola do que como uma espuma de célula fechada, retornando facilmente ao seu estado original após a compressão. A "elasticidade" é causada pelo movimento irrestrito do ar e pela composição química.

[0050] Em casos particulares, a espuma gerada e produtos produzidos a partir dos mesmos, de acordo com os métodos descritos, funcionam de maneira similar a espuma flexível de etileno acetato de vinila (EVA). Particularmente, espuma flexível EVA é um material onipresente usado na indústria de manufatura atualmente. O que torna a espuma EVA tão predominante é seu custo relativamente baixo e facilidade de processamento, enquanto mantém propriedades de desempenho técnico geralmente aceitáveis para um determinado produto. Consequentemente, a espuma produzida da maneira divulgada neste documento, pode ser produzida a um custo relativamente baixo, com facilidade de fabricação, embora mantendo não apenas produtos aceitáveis, mas muitas vezes produtos de desempenho técnico superior, ao mesmo tempo em que são ambientalmente amigáveis.

[0051] Mais particularmente, como indicado acima, as desvantagens do uso da espuma EVA são muitos. O material é derivado de matérias primas não renováveis e é quimicamente reticulada com agentes de expansão químicos que não são prontamente biodegradáveis, compostáveis ou recicláveis. No entanto, ao contrário das espumas de EVA flexíveis, as espumas flexíveis biodegradáveis e industrialmente compostável da presente divulgação não contém produtos químicos ou agentes de reticulação, e elas são prontamente biodegradáveis e industrialmente compostáveis, quando os polímeros bioderivados apropriados são usados em sua fabricação.

[0052] Por exemplo, em várias implementações, é apresentado neste documento uma espuma flexível agradável e industrialmente compostável, que pode ser feita para ter propriedades e características semelhantes da espuma petroquímica de etileno acetato de vinila (EVA) convencional ou semelhantes, e ainda contém uma alta porcentagem de biomassa de carbono. Particularmente, em várias concretizações, precursores de espuma biodegradável, neutros em rede, e industrialmente compostável são usados para fazer espumas flexíveis biodegradável e industrialmente compostável, tal como de uma maneira ambientalmente correta. Para atingir esses objetivos, quaisquer números de matérias primas de termoplásticos bioderivados adequados podem ser selecionados para uso, e podem ser provenientes de matérias primas rapidamente renováveis, que normalmente não competem com o alimento animal ou humano. Vantajosamente, como indicado, os precursores de espuma termoplástica bioderivada cuidadosamente selecionados têm propriedades de desempenho técnico quase equivalentes ou equivalentes às do EVA convencionalmente usado

[0053] Um exemplo não limitativo de tal matéria prima termoplástico adequado para uso na fabricação de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável da presente divulgação com propriedades de desempenho técnico quase equivalente ou equivalente aquelas do EVA não renováveis convencionais e são copoliésteres PBAT biderivados, como descrito neste documento abaixo. Portanto, em vários casos, os presentes dispositivos, sistemas e seus métodos de uso podem ser empregados, de modo a produzir uma espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável que pode ser gerada a partir de resinas termoplásticas biodegradáveis e industrialmente compostável.

[0054] Mais particularmente, os precursores de espuma úteis, de acordo com os métodos divulgados podem ser qualquer tipo adequado de resina termoplástica, tal como uma resina termoplástica bioderivada ou composto termoplástico bioderivado produzido a partir de matérias primas de rápida renovação. Essas resinas termoplásticas são polímeros crus e sem forma que são fundidos e se transformam em líquidos, quando aquecidos, e endurecem e se transformam em sólidos, quando resfriado.

[0055] A criação de termoplásticos não é uma tarefa fácil. Processos químicos e mecânicos complexos são necessários para fazer o produto final. Em sua forma mais simples, os termoplásticos são feitos de polímeros e esses polímeros são feitos de compostos. De modo a produzir os compostos necessários para fazer os polímeros e depois fazer termoplásticos, diferentes tipos de moléculas devem ser quebrados e separados. Normalmente, os precursores de espuma são usados para alimentar as máquinas de moldagem por injeção adequada na forma granular. Os grânulos são processados através de uma máquina de moldagem por injeção onde são liquefeitos e injetados em uma cavidade de molde pré-formada. Após a conclusão da descarga, a peça moldada é resfriada e ejetada do molde em um estado sólido, este processo conforme implementado na presente concretização é discutido em mais detalhe abaixo neste documento.

[0056] Os termoplásticos bioderivados podem ser descritos por classes. Uma classe de precursores termoplásticos de base biológica e biomassa. Existem dois tipos bio-poliésteres: ácido polilactídeo (PLA - PoliLactide Acid) e polihidroxialcanoato (PHA - PoliHidroxiAlcanoato). O PLA é um tipo de termoplástico que é feito através da fermentação de bactérias. PLA é na verdade uma longa cadeia de muitas moléculas de ácido láctico. Existem muitos bioderivados diferentes para a produção de PLA, tais como cana-de-açúcar, milho, beterraba sacarina e resíduo de lignina, apenas para citar alguns. O PHA é geralmente produzido por bactérias que ocorrem naturalmente em resíduos alimentares. Existe uma sub-classe de PHA chamada polihidroxibutirato (PHB - PoliHidroxiButyrate) que é uma classe de PHA que também está amplamente disponível.

[0057] Em alguns casos, enchimento de amido ou celulose, e semelhantes podem ser opcionalmente incluídos na formação de mistura de bio-poliéster, pois a sua inclusão torna a mistura mais econômica e, em alguns casos, seu uso aumenta a razão de decomposição. Um tipo adicional de termoplástico bioderivado é conhecido como acetato de celulose (CA - Cellulose Acetate). A CA é um produto sintético derivado da celulose que é encontrado em cada parte de uma planta. As matérias primas usadas atualmente para fazer CA são algodão, madeira e resíduos de colheita, só para citar alguns. Além disso, o amido é ainda outro tipo de material termoplástico. Normalmente, o amido é tratado com calor, água e plastificantes para produzir um termoplástico. Para conferir resistência, o amido é usualmente combinado com enchimento feito de outros materiais. Atualmente, as matérias primas disponíveis para produzir amido são milho, trigo, batata e mandioca. Vários termoplásticos derivados de petróleos também são conhecidos e podem ser biodegradáveis. Os tipos comuns são polibutileno sucinato (PBS - PoliButileno Succinate) policaprolactona (PCL - PoliCaproLactone) e polibutirato adipato tereftalato (PBAT - PoliButyrate Adipato Tereftalato) e álcool polivinílico (PVOH/PVA PoliVinyl Alcohol). Os termoplásticos derivados de petróleo acima mencionados podem ser produzidos em variedades bioderivadas. Novas matérias primas bioderivadas para produzir PBS, PCL, PBAT, e PVOH/PVA estão sendo produzidas, e estão se tornando cada vez mais disponíveis comercialmente, graças aos avanços de descobertas tecnológicas. Um ou mais desses precursores podem ser gerados e empregados, de acordo com os métodos divulgados neste documento.

[0058] Uma vez que os precursores foram gerados, eles podem ser espumados e usados para fazer um ou mais produtos finais, tal como por meio de um processo de moldagem por injeção, como divulgado neste documento. Por exemplo, em vários casos, os precursores termoplásticos bioderivados podem ser espumados e empregados em um processo de produção do produto final, tal como por moldagem por injeção. Na moldagem por injeção de espuma convencional, também conhecida como moldagem por injeção direta de espuma expandida, os polímeros termoplásticos são fundidos primeiro. Quando os polímeros termoplásticos são fundidos uniformemente, um agente de expansão química é dispersado no polímero fundido para tornar o composto de injeção capaz de formar espuma.

[0059] O composto de polímero homogêneo é então injetado em molde para fazer o produto de espuma. Tipicamente, o composto de polímero injetado não é classificado como uma espuma, até que uma reação endotérmica composta de polímero injetado ative o agente de expansão química, resultando em uma peça de espuma expandida. Consequentemente, o tamanho da cavidade do molde deve ser menor que o tamanho final da peça. A expansão real da peça é criada dentro da fórmula do polímero termoplástico, de forma que quando a peça é ejetada do molde, ela cresce até o tamanho de peça requerido.

[0060] Uma vez que o tamanho da peça requerido é realizado, ele também se contrai ou diminui à medida que resfria, o que muitas vezes requer uma operação de moldagem secundária para obter um tamanho preciso da peça resfriada. Como um resultado, o processo de gerenciamento da expansão contração de espumas moldagem por injeção convencionais pode ser considerado tedioso, demorado e complexo. Tal tecnologia de moldagem por injeção pode ser empregada para produzir os precursores e espumas, bem como os produtos produzidos por eles, como discutido neste documento. No entanto, em casos particulares, uma máquina de moldagem por injeção convencional pode ser modificada, conforme divulgado neste documento, de modo a efetuar melhor o uso de percursores de espuma biodegradáveis ou neutros que podem ser empregados em um processo modificado,

de modo a gerar espumas ambientalmente corretas que podem ser empregadas na produção de produtos de espumas, tais como estofamento de mobiliários, componentes de calçados, equipamentos de esportes e semelhantes.

[0061] Consequentemente, embora o processo convencional possa ser útil na produção de produtos espumados, em certos casos, pode sofrer algumas desvantagens, especialmente no que diz respeito à produção de uma espuma microcelular flexível compostável. Por exemplo, em vários casos um processo de moldagem por injeção típico, quando usa resinas termoplásticas bioderivadas compostáveis para produzir uma espuma flexível compostável, pode ser deficiente de várias diferentes maneiras. Por exemplo, o processo convencional de moldagem por injeção de espuma não modificada acima mencionado pode ser deficiente e inadequado para produzir espumas flexíveis, biodegradáveis e compostáveis. Uma principal razão para isto deriva da própria natureza da moldagem por injeção de espuma não modificada convencional em que os compostos de polímeros são reticulados durante sua fabricação.

[0062] Como indicado acima, a reticulação pode ser descrita como a formação de ligações covalentes que mantêm porções de várias cadeias de polímeros juntas, ocorrendo de forma randômica. O resultado é uma rede tridimensional aleatória de cadeias interconectadas dentro da matriz de espuma. Esta espuma reticulada não pode ser facilmente desreticulada, e assim, os vários ingredientes precursores não podem facilmente serem separados de volta aos seus tipos individuais e biodegradados ou compostável. Como resultado,

as vantagens presentemente divulgadas seriam facilmente alcançáveis sem alterar o aparelho de fazer espuma e seus métodos de uso na fabricação. Consequentemente, uma máquina de fabricação e processos de uso da mesma para gerar espumas de uma maneira que seja adequada para o emprego de precursores de não reticulação em um processo de moldagem por injeção são apresentados neste documento.

[0063] Consequentemente, em um aspecto, é apresentado neste documento uma nova máquina de moldagem por injeção. A máquina de moldagem pode ser configurada, de modo a empregar uma variedade de composições de espuma flexível, incluindo precursores termoplásticos bioderivados, que podem ser espumados, de modo a produzir uma estrutura de espuma flexível microcelular compostável, através da aplicação dos precursores na nova máquina de moldagem por injeção, que pode então ser usada para produzir um ou mais produtos de espuma flexível. Portanto, em um aspecto, é fornecido neste documento uma nova máquina de moldagem por injeção.

[0064] Alguns dos fatores que diferenciam a maquinaria de fabricação da presente divulgação é o uso de equipamento auxiliar especializado acoplado com um sistema de dosagem de gás microcelular, que pode ser afixado e desta forma modificar e melhorar uma máquina de moldagem por injeção padrão. Essencialmente, conforme apresentado neste documento uma máquina de moldagem por injeção padrão foi revisada e refeita para funcionar de uma maneira adequado para uso, de acordo com a presente divulgação. O método geral para modificação começa com a transformação do parafuso de moldagem por injeção na máquina de moldagem por injeção para ser capaz de lidar com gás inerte supercrítico, tal como nitrogênio, CO2 e/ou gases não reativos e/ou inertes.

[0065] Um sistema de dosagem de gás pode então ser equipado para a máquina de moldagem por injeção para dosar o gás apropriado na quantidade apropriado no polímero fundido dentro do parafuso, tal como antes da injeção na cavidade do molde com temperatura controlada. Adicionalmente, uma cavidade de molde especializada pode ser utilizada no qual o ciclo térmico de temperatura do molde pode melhor controlar a textura do revestimento externo e a espessura do revestimento da espuma resultante, bem como reduzir o ciclo de tempo para produção de peça. Além disso, um sistema de contrapressão de gás auxiliar pode ser equipado para a máquina de molde por injeção para forçar um gás inerte de volta ao molde para neutralizar o fundido de polímero líquido, sendo disparado no molde.

[0066] Esta contrapressão é útil para garantir que a descarga de injeção fundida preencha substancialmente, se não completamente, a cavidade do molde e evite deformação e contração, bem como controlar a distribuição de célula e densidade da célula. Além disso, na textura apropriada tem uma influência benéfica na textura do revestimento e espessura do revestimento da peça. Consequentemente, quando a peça é ejetada da cavidade de molde, não existe contração perceptível e nenhuma etapa secundária requerida para usar imediatamente a peça de espuma moldada. Vantajosamente, a peça não é reticulada e como resultado, pode ser biodegradada ou compostável, fornecendo compostos de polímero bioderivado, que é adequado e são usados na criação de espumas.

[0067] Em vista do acima, em um aspecto, a presente divulgação é direcionada para a criação de biodegradável e compostável, por exemplo, industrialmente, estrutura de espuma flexível microcelular. Particularmente, em uma concretização, o processo começa com um biopolímero ou mistura de biopolímero adequado. Por exemplo, em vários casos, um biopolímero pode ser um ou mais polímeros, tais como produzidos de fontes naturais, quimicamente sintetizado de um material biológico ou inteiramente biossintesizados por organismos vivos.

[0068] Existem basicamente dois tipos de biopolímero, um que é obtido de organismos vivos e que é produzido a partir de recursos renováveis, mas requer polimerização. Esses criados por organismos vivos incluem proteínas e carboidratos. Ao contrário, polímeros sintéticos, os biopolímeros têm uma estrutura bem marcada. Este tipo de polímero é diferenciado com base em sua estrutura química. O que torna os biopolímeros da presente divulgação particularmente úteis é que eles imitam de perto o EVA não renovável em termos de propriedades de desempenho técnico.

[0069] Da mesma forma, em casos particulares, uma mistura de biopolímero pode ser empregada na geração da estrutura da espuma, tal como quando a mistura de biopolímero pode ser um composto personalizado de dois ou mais biopolímeros. Vários tipos não limitantes de biopolímeros são biopolímeros a base de açúcar, biopolímeros à base de amido, biopolímeros baseado em materiais sintéticos, e biopolímeros à base de celulose. A proporção típica das combinações biopolímero misturados dependerá do tipo de produto sendo fabricado e as propriedades técnicas requeridas da peça resultante.

[0070] Mais particularmente, em uma concretização particular, uma mistura de biopolímero que pode ser usada como um precursor de espuma inclui uma pluralidade de resinas, tais como um ou mais materiais sólidos ou viscosos, que podem ser acrescentados ao fundido para um polímero, tal como depois da cura. Portanto, após a polimerização ou cura, as resinas formam polímeros. Por exemplo, uma resina adequada pode ser um ou mais de: origem de copoliéster alifático e alifático- aromático. De modo geral, compostos alifáticos ou alifáticos referem-se ou denotam compostos orgânicos nos quais os átomos de carbono formam cadeias abertas em vez de anel aromático. Da mesma forma, os compostos alifático-aromático adequados são geralmente uma combinação aleatória de cadeias abertas de átomos de carbono (a porção alifática) e um anel ou anéis estáveis ou de átomos (a porção aromática).

[0071] Normalmente, a quantidade de ácido aromático na cadeia é inferior a 49%, embora os avanços tecnológicos recentes tenham mostrado grande promessa para aumentar e auxiliar ainda mais na biodegradação. Um exemplo de um alifático-aromático é o copoliéster alifático-aromático (AAPE - Aliphatic-Aromatic coPoliEster) que pode ser produzido a partir de qualquer número de matérias primas não renováveis e renovável, embora, AAPE de fontes renováveis seja particularmente útil. Consequentemente, em várias concretizações, um ou mais desses alifáticos e/ou alifáticos podem ser de origem de copoliéster. Tais co-poliésteres são criados, quando um poliéster é modificado. Por exemplo, co- poliésteres são produzidos quanto mais que um diácido ou diol é usado no processo de polimerização. No caso de alifático- aromático copoliésteres, uma combinação de mudança de precursor é feita para essencialmente hibridizar ou "formar ponte" com a cadeia de alifático-aromático e combinar mais que um precursor adicional no processo de polimerização.

[0072] Um exemplo não limitante de uma mistura de biopolímero adequada é ácido polilático (PLA) e poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT). Ácido polilático (PLA) é um alifático poliéster termoplástico biodegradável derivado de biomassa renovável. As matérias primas típicas usadas na criação de PLA inclui amido de planta fermentada, tal como milho, mandioca, cana-de-açúcar, polpa de beterraba sacarina, e em menor grau resíduo de madeira de lignina. Da mesma forma, Polibutileno adipato tereftalato (PBAT) é um copolímero aleatório biodegradável, especificamente um co-poliéster que é comumente derivado de ácido adípico, 1,4-butanediol e ácido tereftálico. É vantajoso o uso de PBAT de fontes renováveis em vez de PBAT de fontes de petróleo não renováveis. Em vários casos, um ou mais desses componentes podem ser misturados.

[0073] Misturas de dois ou mais biopolímeros termoplásticos fornecem uma combinação de propriedades e preço não encontradas em um polímero ou copolímero único. Existem várias maneiras de misturar biopolímeros com sucesso. Um método comum é usar extrusão de parafuso duplo para fundir duas ou mais resinas de biopolímero juntas e, em seguida extrudar a mistura de resina de biopolímero fundida em um cordão de cabo que é resfriado e alimentado em uma peletizadora para produzir uma matriz de peças peletizadas chamada de masterbatch. Outro método de mistura de resina de biopolímero é usar agentes compatibilizantes para unir produtos químicos contrários em uma mistura de biopolímero. Comumente, este também usa extrusão de parafuso duplo ou semelhantes para fundir o compatibilizador e dois ou mais biopolímeros juntos no processo descrito acima.

[0074] Consequentemente, foi determinado neste documento que as resinas de biopolímero termoplástico combinadas acima mencionadas mostram propriedades técnicas vantajosas na formação da estrutura de espuma flexível microcelular ótima da divulgação. Algumas das propriedades técnicas aprimoradas incluem: propriedades de envelhecimento aceitáveis, alongamento excelente e compressão excepcional, entre outros benefícios. Por exemplo, uma vantagem do uso de mistura de biopolímeros, como divulgado neste documento, são as propriedades de desempenho técnico aprimoradas que resultam da formação e uso de uma determinada mistura de biopolímero. Especificamente, propriedades aprimoradas tal como melhor alongamento, resistência à tração, resistência ao impacto e fluxo de fusão, só para citar alguns, tudo pode ser realizado, quando a combinação certa de biopolímeros e/ou mistura compatibilizada de polímero são realizadas.

[0075] Consequentemente, essas resinas podem ser empregadas, de acordo com os métodos e máquinas divulgadas neste documento, de modo a produzir um agente formador de espuma. Portanto, em um aspecto a presente divulgação é direcionada para um processo de formação de espuma. Como descrito acima, as máquinas e processos divulgados neste documento podem ser configurados para executar uma operação de formação de espuma em que os bolsões de gás são presos em um líquido ou sólido, cuja formação de espuma pode ser usada para produzir materiais poliméricos de peso leve. Esta é uma solução vantajosa para muitos tipos de produtos, já que materiais de espuma conferem uma infinidade de valores agregados, tal como amortecimento macio, conforto, equipamento técnico esportivo, incluindo componentes de calçados e proteção contra impacto, entre outros. No entanto, em vários casos, os biopolímeros de copoliéster alifático e alifático-aromático ou misturas de biopolímeros ideais acima mencionados são úteis para produzir uma espuma flexível, em vários casos, seu uso na produção de uma espuma flexível pode ser aprimorado pela inclusão de um agente formador de espuma adequado dentro do processo de formação de espuma.

[0076] Por exemplo, um agente formador de espuma amplamente conhecido em uso atualmente é um produto químico chamado azodicarbonamida (ADA - AzodiCarbonAmide). A azodicarbonamida é tipicamente pré-impregnada em resinas masterbatch termoplásticas petroquímicas para uso em processos de moldagem por injeção de espuma convencionais.

Particularmente, a pré-impregnação de um agente de expansão química, tal como ADA são tipicamente incluídos na mistura bioplástica antes da formação de espuma. A razão para isso é que a pré-impregnação de um agente de expansão química, tal como ADA, é necessário, pois a formação de espuma do molde de injeção convencional não permite a personalização da variabilidade de moldagem de espuma. Isto é, os agentes de expansão químicos, tal como ADA são limitados em sua capacidade para modificar ou influenciar os aspectos físicos do processo de formação de espuma durante o ponto de fabricação.

[0077] Inversamente, o processo de formação de espuma especializado desta divulgação se beneficia da formação de espuma física de um gás nobre ou inerte, tal como nitrogênio, fornece. Neste processo, o gás, por exemplo, nitrogênio, pode ter a dose ajustada na concentração dentro do fundido de biopolímero e isso tem uma influência direta no resultado da formação de espuma, que pode ser visto como uma grande vantagem para personalizar aspectos específicos da espuma resultante. Embora existam vários termoplásticos derivados de produtos petroquímicos que são conhecidos por serem biodegradável e industrialmente compostável, tais como copoliésteres PBAT, é vantajoso usar matérias primas fonte renovável, tal como a linha de copoliésteres PBAT puro.

[0078] Por exemplo, na produção de um agente formador de espuma, pode ser útil primeiro produzir um masterbatch feito sob medida, tal como uma mistura de bioplástico que é ajustada para produzir um determinado tipo de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável para um determinado tipo de produto. Por exemplo, diferentes tipos de compostos de masterbatches personalizados podem ser produzidos por diferentes tipos de aplicações de produto. Isso pode ser explicado, indicando que o que funciona para fazer um particular tipo de espuma em um par de calçados, por exemplo, pode ser diferente do que é necessário para fazer um particular tipo de espuma, tal como para uso da fabricação de peças de mobiliário. Além disso, os masterbatches personalizados podem cada um conter diferente corantes para um determinado uso do produto. Aqui novamente, diferentes tipos de produtos necessitam de diferentes aspectos de personalização, e a capacidade para produzir masterbatches separados de maneira exclusiva é altamente vantajosa para esses usos específicos.

[0079] Infelizmente, ADA não é ambientalmente amigável, e é um suspeito de ser cancerígeno para a saúde humana. Consequentemente, a sua utilização nos presentes métodos e os produtos produzidos por eles é limitada nas suas vantagens. Além do que, as resinas masterbatches termoplásticas petroquímicas convencionais não são biodegradáveis nem industrialmente compostável, e, portanto, suas vantagens são também limitadas. Em vista dessas deficiências no uso de ADA e produtos petroquímicos convencionais para a produção de masterbatch, são apresentados neste documento resinas de biopolímero termoplástico biodegradável, industrialmente compostável, que podem ser usadas para produzir masterbatch para gerar uma espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável.

[0080] Em vários casos, como discutido acima, para alcançar uma espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável mais ideal para uso na fabricação produtos moldados finais, por exemplo, de uma maneira ambientalmente neutra em termos de emissão, um fluido supercrítico pode ser injetado pelo sistema no processo de moldagem. Especificamente, um fluido supercrítico é uma substância (líquida ou gás) que está em um estado acima de sua temperatura crítica (Tc) e pressão crítica (Pc). Neste ponto crítico gases e líquidos coexistem, e um fluido supercrítico mostra propriedades únicas que são diferentes das de outros líquidos ou gases, por exemplo, sob condições padrão. É vantajoso usar fluido supercrítico inerte, tal como nitrogênio, CO2, He, Ne, Ar, Xe, e outros gases inertes, tal como em um estado de fluido supercrítico, e quem os gases podem ser empregados, de acordo com os métodos divulgados neste documento como um agente de expansão no processo de formação de espuma.

[0081] O fluido supercrítico acima mencionado funciona para solubilizar na matriz de polímero dentro do barril da máquina de moldagem por injeção. Conforme processo de moldagem por injeção especializado injeta o composto bioplástico líquido na injeção cavidade de molde sob pressão e temperatura controlada, o gás força a fusão do polímero para se expandir totalmente até os limites máximos da cavidade de molde. Neste processo, o gás é útil para maximizar a estrutura celular da matriz do polímero dentro do processo de formação de espuma.

Esta maximização do processo de formação de espuma especializada garante que marcas indesejáveis de afundamento ou deformação dentro da peça espumada final sejam minimizadas. Isso é muito diferente das espumas flexíveis produzidas por agente de expansão químico convencional em que os agentes de expansão convencionais não são submetidos aos mesmos tipos de estado ou pressões supercríticas, e, portanto, as espumas produzidas convencionalmente carecem de consistência na peça espumada final, e podem conter marcas indesejáveis de afundamento e deformação.

[0082] Mais particularmente, em vários casos, um gás inerte, tal como nitrogênio ou dióxido de carbono, pode ser formulado e um estado de fluido supercrítico, que podem então ser usados como agente de formação espuma físico, tal como nas novas máquinas de moldagem por injeção e processos discutidos neste documento. Em tal caso, o processo de formação de espuma física modificado divulgado pode ser empregada em conjunto com: um biopolímero termoplástico adequado ou pode ser um masterbatch biopolímero misturado, de modo que biopolímero ou mistura de biopolímero e o agente de formação de espuma trabalham harmoniosamente para produzir as espumas flexíveis biodegradável e industrialmente compostável mais ideais.

[0083] Os biopolímeros, bioplásticos e misturas bioplasticas adequadas da presente divulgação podem ser derivados de recursos renováveis, tal como aqueles que não competem com a ração animal e alimentação humana, e aqueles que são derivados de fluxo de resíduo de recursos renováveis.

Um exemplo não limitante de um biopolímero adequado encontra uso na produção de biopolímero ou mistura de biopolímero consiste de ácido polilático (PLA), poli(ácido L-láctico) (PLLA), poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT), policaprolactona (PCL), polihidroxi alcanoato (PHA), polibutileno succinato (PBS), policaprolactona (PCL), polibutileno succinato adipato (PBSA), polibutileno adipato (PBA), e termoplástico amido (TPS). As misturas adequadas de biopolímeros da presente divulgação são qualquer combinação de biopolímeros e tipos de bioplásticos listados acima, assim bem como qualquer mistura de biopolímeros hibrido consiste de poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT), contendo biomassa. Um exemplo não limitante disto seria uma mistura de PBAT, contendo lignina, em que a lignina é proveniente de resíduos de madeira e o PBAT é proveniente de recursos renováveis.

[0084] Consequentemente, em várias concretizações, os dispositivos de moldagem por injeção e métodos de seu uso divulgados neste documento são úteis para produzir espumas, tendo nucleação celular homogênea. Conforme discutido, os aparelhos e seus métodos de uso divulgados neste documento podem ser usados para produzir nucleação celular homogênea, de modo a produzir uma espuma em que o núcleo da espuma é gerado aleatoriamente e espontaneamente, e assim cresce irreversivelmente em um sistema de solução de fase única que tem o mínimo de impureza. Por exemplo, conforme estabelecido neste documento abaixo, em um aspecto um processo de fabricação de espumas flexível e/ou rígidas é fornecido. O método pode ser implementado, de modo a derivar uma espuma célula aberta ou espuma de célula fechada, tal como quando a espuma tem propriedades compostáveis, antimicrobianas e/ou resistentes à chama.

[0085] Em certos casos, o método pode incluir uma ou mais das etapas de formação de masterbatch, tal como incluir a mistura de uma ou mais resinas, por exemplo, resinas portadoras de copolímero, e vários ingredientes de formação de espuma. Em uma etapa subsequente, o método pode incluir adição de um composto antimicrobiano, de modo que o material de espuma pode ser usado na produção de componentes antimicrobiano, antibacteriano e/ou antiviral de calçados, componentes de mobiliário, tapetes de yoga, vestuário, componentes de artigos esportivos, dispositivos médicos e/ou artigos de fabricação resistentes a chamas, e outros usos adequados. Particularmente, de acordo com os métodos divulgados neste documento, os produtos produzidos podem ser usados em vasta gama de aplicações e geralmente ser método de produção pode ser dividido em três fases distintas. Primeiro, produto de polímero a granel é feito. Em seguida, o polímero é exposto a várias etapas de processamento. Finalmente, o polímero é transformado em seu produto final, tal como roupas, tapetes antimicrobiana, mobiliário, componentes de automóveis, tapetes de yoga, componentes de calçados, incluindo, solas, meias solas, palmilhas e semelhantes.

[0086] Particularmente, esta solução de fase única pode ser empregada, de modo a produzir locais de nucleação onde as células crescem e são expandidas pela difusão de gás em bolhas. As máquinas e processos divulgados neste documento são particularmente úteis para iniciar um processo de formação de espuma, que resulta na geração de nucleação de célula homogêneo de uma maneira, tal que pequenas bolhas são uniformemente dispersas dentro da matriz de espuma. Especificamente, ao contrário da formação de espuma convencional, o fluido supercrítico formado por espumas flexíveis da presente divulgação se beneficia de propriedades mecânicas muito melhorada que podem ser diretamente atribuíveis aos tamanhos de bolhas pequenas. Mais especificamente, os dispositivos e métodos divulgados neste documento são configurados para produzir diâmetros de bolha da ordem de 100 microns ou mais à cerca de 1 micron ou menos, tal como cerca de 50 microns à cerca de 10 microns, ou menos, tal como de cerca de 20 à cerca de 40 microns, incluindo cerca de 30 microns e são produzidas pelo uso de instabilidades termodinâmica, e tudo sem uso de um agente de expansão química convencional na criação da espuma.

[0087] Por exemplo, em uma concretização particular, o sistema pode ser configurado para usar a presente nova máquina de moldagem por injeção divulgada neste documento para produzir uma espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável, tendo uma nucleação celular homogênea que pode ocorrer, quando uma solução monofásica de biopolímero ou mistura de biopolímero e fluido supercrítico (SCF) passa através da passagem de injeção na cavidade de molde da máquina de moldagem por injeção. Especificamente, como explicado em mais detalhes abaixo neste documento, as presentes máquinas de moldagem por injeção são configuradas para produzir um material fundido, tal como por injeção de um precursor de molde em um molde para produzir uma peça acabada ou peça de componente. A máquina de moldagem por injeção pode incluir um funil de material, um êmbolo de injeção ou êmbolo do tipo parafuso e uma unidade de aquecimento. Tais máquinas de moldagem por injeção são avaliadas em termos de tonelagem, que expressa a quantidade de força de fixação que a máquina pode exercer.

[0088] Consequentemente, o processo pode começar com um composto bioplástico granular, sendo alimentado por um aperto forçado de um funil de carga em um barril aquecido. À medida que os grânulos são movidos lentamente para a frente por um êmbolo tipo parafuso alternativo especializado, um fluido supercrítico é introduzido através de um injetor por meio de uma máquina auxiliar de medição supercrítico separada que pode ser conectada diretamente para o aparelho de moldagem por injeção que alimenta o parafuso. Consequentemente, o fluido supercrítico satura dentro do fundido de biopolímero durante a rotação do parafuso e isso cria uma solução monofásica.

[0089] A mistura fundida é então forçada em uma câmara aquecida com alta compressão, onde é fundida a uma temperatura que é controlada por uma interface de computador. À medida que o êmbolo avança, o composto bioplástico fundido é forçado através de um bocal que apoia contra o molde, permitindo que ele entre na cavidade de molde através da passagem. Portanto, o presente processo de formação de espuma pode ser configurado para submeter materiais poliméricos a um processo mecânico ou físico, pelo qual calor e pressão são aplicados aos materiais poliméricos na presença de um agente de expansão. O agente de expansão pode ser de origem química, como é o caso com a espuma EVA de células fechadas convencionais, ou pode ser de origem inerte, como é o caso com as espumas flexíveis biodegradável e industrialmente compostável da presente divulgação. Consequentemente, diante do exposto acima, conforme a solução goteja no molde, a pressão reduz, o que causa que o SCF saia da solução, criando núcleos de células.

[0090] Particularmente, o fluido supercrítico satura dentro do fundido de biopolímero durante a rotação do parafuso e isso cria uma solução monofásica sob certa temperatura e pressão. A mistura fundida é forçada em uma câmara de molde aquecida com alta contrapressão e a pressão da solução monofásica é gotejada na pressão do processo microcelular para a pressão atmosférica, assim ocorre uma descarga rápida de pressão. O fenômeno de nucleação ocorre devido à separação do gás da mistura. Neste ponto, os núcleos se transformam em bolhas estáveis. O tamanho da bolha é determinado pela saturação, pressão do processo microcelular e a temperatura da mistura, que podem ser todos controlados pelo presente sistema e método. Consequentemente, quando milhões de núcleos são gerados e o núcleo está estável, começa o crescimento da bolha.

[0091] A morfologia da bolha é determinada pela concentração de SCF, bem como pelos parâmetros do processo de moldagem por injeção. Portanto, esses parâmetros podem ser selecionados para controle pelo sistema, de modo a produzir uma morfologia de bolha útil e/ou determinada. Quando a moldagem da peça é concluída, o molde é resfriado e a temperatura do fundido diminui, o que força o fundido a congelar e solidificar. Novamente, esses parâmetros podem ser rigidamente controlados pelo sistema, como dependente dos produtos finais a serem produzidos. Especificamente, neste ponto as bolhas param de crescer e a forma da peça resultante é fixada. As células então crescem até o material preencher o molde, e a capacidade de expansão do SCF é esgotada

[0092] Consequentemente, neste processo, o biopolímero fundido e a mistura de SCF são injetadas de forma controlada na cavidade do molde aquecida e uma queda repentina da pressão é experimentada. Milhões de pequenas bolhas são produzidas a partir do crescimento do núcleo e essas bolhas forçam fisicamente a mistura fundida para expandir até o limite máximo da cavidade de molde. À medida que a mistura fundida expande para o potencial físico máximo, o material é rapidamente resfriado dentro do molde e a bolhas param de se formar, a mistura fundida para de se expandir, e a peça solidificada final é formada. Tudo isso ocorre em questão de segundos dentro do sistema de moldagem por injeção.

[0093] Conforme indicado, este processo de fabricação é executado nas máquinas de moldagem por injeção acima descritos, que foram modificadas para controle com precisão: medição, entrega, mistura, temperatura, pressão, injeção, velocidade e semelhantes. Por exemplo, uma unidade de medição pode ser usada para controlar a medição para fornecer a dosagem precisa de gás SCF no polímero fundido. Especificamente, uma máquina auxiliar de dosagem de gás adequada pode ser configurada para converter o gás inerte em um estado de fluido supercrítico, e para medir a dosagem da distribuição de SCF na máquina de moldagem por injeção, tal como por meio de mecanismo de controle de computador.

[0094] Por exemplo, um operador ou microcontrolador configurado adequadamente pode programar a máquina auxiliar de dosagem de gás para uma quantidade de dosagem de gás SCF pré-determinada. Essencialmente, uma máquina auxiliar de dosagem de gás é um sistema de distribuição de SCF, que pode ser eletronicamente e/ou fisicamente acoplado à máquina de moldagem por injeção. Em particular, uma máquina auxiliar de dosagem de gás SCF adequado para uso na presente divulgação pode ser configurada para produzir uma linha de sistema de dosagem de gás que são projetados para converter nitrogênios de grau industrial ou outros gases inertes em um fluido supercrítico. O aparelho de dosagem de gás pode ser configurado para dosar e injetar com precisão o SCF na máquina de moldagem por injeção a uma pressão de até e até acima de 275 bar.

[0095] Para operar o aparelho de dosagem de gás, um operador pode empregar um dispositivo de computação associado, tal como um dispositivo de computação desktop ou laptop, que é configurado para produzir uma interface de usuário gráfica (GUI - Graphical User Interface) para controlar os aparelhos do sistema e respectivos parâmetros de controle, tal como um aparelho de dosagem. Por exemplo, um operador pode inserir os parâmetros selecionados, por exemplo, os parâmetros desejados de dosagem de gás SCF na GUI. Um elemento de processamento do sistema então calcula todos os parâmetros subsidiários e tempo real e otimiza a entrega do SCF na máquina de moldagem por injeção. Consequentemente, a unidade de controle do sistema garante que o sistema de dosagem de gás e máquina de moldagem por injeção trabalhem simbioticamente juntas, tal como por meio de uma rede de controles de computador. Portanto, este sistema de dosagem de gás é um atributo único da presente divulgação como o gás inerte supercrítico pode ser usado sem esforço como um agente de expansão físico para produzir espumas flexíveis biodegradável e industrialmente compostável da presente divulgação em substituição de agentes de expansão reativos quimicamente usados em espumas flexíveis convencionais. Esse controle da mistura do SCF no biopolímero é útil para criar a solução monofásica.

[0096] Além disso, durante o processo de moldagem por injeção da presente divulgação, o SCF é injetado no polímero fundido. Uma única fase da solução mista de polímero-SCP é obtida sob temperatura e pressão definida dentro da rosca e barril da máquina de moldagem por injeção. A temperatura e pressão podem ser controladas de forma variável e se relacionam diretamente com o tipo de espuma flexível, sendo produzida e para que tipo de aplicação o produto final será usado. Neste estágio, a concentração de SCF é determinada pela saturação, pressão do processo microcelular e temperatura da mistura. Um exemplo pode ser fornecido para fazer uma espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável da presente divulgação para uso na fabricação de mobiliário com espuma, automotivo, esportivo, e/ou parte de calçados, especificamente uma sola intermediária. Um exemplo não limitante de uma mistura de biopolímero adequada para uso neste exemplo não limitante é o biopoliéster PBAT rapidamente renovável formado em um composto biopolímero.

[0097] Consequentemente, o composto biopolímero granulado é primeiro alimentado na máquina de moldagem por injeção por meio da rosca. Em seguida, o biopolímero é movido lentamente através da rosca e barril da máquina de moldagem por injeção, quando uma dosagem de gás SCF específico for introduzido e misturado homogeneamente no composto de biopolímero agora fundido, completamente saturado. O composto de biopolímero fundido e SCF são agora uma solução monofásica. Um exemplo não limitante da concentração inicial de Gás SCF pode ser Co= 0,25% com uma temperatura de fusão, variando entre 176°C e 250°C, e mais preferencialmente no intervalo de 180°C.

[0098] Adicionalmente, em várias concretizações, a temperatura dentro do molde pode ser controlada com precisão junto com a pressão, tal como em um protocolo de controle dinâmico de temperatura do molde ((DMTC - Dynamic Molde Temperaturs Control). Por exemplo, um Processo DMTC pode ser empregada para garantir estrutura celular consistente dentro do fundido de biopolímero expandido. Particularmente, o DMTC pode ser configurado, de modo a incluir a rápida mudança e controle da temperatura e/ou pressão do molde durante o estágio de enchimento de injeção. Isso, portanto controla dinamicamente a temperatura e/ou pressão do molde em termos de ambos ciclagem térmica quente e fria, com ou sem pressão.

[0099] Por exemplo, o módulo de controle do sistema pode ser configurado, de modo a controlar a temperatura do molde durante o estágio de enchimento da injeção, por exemplo, em tais casos, um controle dinâmico de temperatura do molde pode ser empregado. Mais particularmente, em comparação com processos de moldagem por injeção convencionalmente conhecido, uma importante característica do controle dinâmico de temperatura do molde empregada neste documento é que a própria temperatura do molde pode ser controlada dinamicamente. Antes da injeção de fusão da solução monofásica, o molde pode primeiro ser aquecido até um limite superior predefinido. Durante o estágio de enchimento do fundido, a temperatura da superfície da cavidade do molde pode ser mantida mais alta do que o limite superior para prevenir o fundido de solidificar prematuramente. Quando o processo de enchimento do fundido é concluído, o molde é resfriado rapidamente até o limite inferior (a temperatura de injeção), e então a peça de espuma moldada é ejetada para fora da cavidade do molde.

[00100] O controle dinâmico de temperatura do molde (DMTC), conforme implementado neste documento, depende de um método de controle baseado no rápido aquecimento da haste elétrica e no rápido resfriamento de água. Especificamente, o DMTC empregado por esta divulgação consiste em cinco componentes principais: um compressor de ar, um dispositivo de troca de válvula, uma unidade de controle de temperatura do molde controlada por computador, um molde aquecido eletricamente e uma torre de resfriamento. A torre de resfriamento pode ser usada para fornecer resfriamento de água suficiente para o molde. O compressor de ar é usado para produzir ar comprimido como gás de aquecimento de válvulas pneumáticas e para impedir que a água residual de resfriamento entre no molde após o resfriamento. O dispositivo de troca de válvula é usado para trocar as válvulas para transferir diferentes meios de dutos para o molde, tal como ciclagem térmica quente e fria.

[00101] Por conseguinte, em vários casos, as máquinas e processos neste documento podem incluir dutos e outros conduítes para a passagem de materiais reagentes, cujos conduítes estão associados com um ou mais unidades de troca de calor, de modo a aquecer e/ou resfriar os reagentes a medida que são bombeados para dentro e/ou através de conduítes e tubos. Em tal ocaso, o trocador pode ser controlado para ajustar a temperatura ao nível reativo. Em uma extremidade do tubo uma cabeça de distribuição pode ser incluída, a qual pode estar associada com uma ou mais válvulas. Além disso, a cabeça de distribuição pode ser conectada a uma linha de processamento. O molde aquecido eletricamente é usado para moldar a forma final das peças de espuma. A função do controle de temperatura do molde é controlar o aquecimento e resfriamento do molde; tudo isto é coordenado com a máquina de moldagem por injeção por controle de computador.

[00102] Da mesma forma, conforme indicado, a pressão pode também ser controlada de forma precisa, tal como por meio de um protocolo de contrapressão (GCP - Gas Counterpressure Protocol). Por exemplo, um protocolo GCP pode ser utilizado no processo de fabricação, de modo a garantir ao produto final melhor estrutura de espuma ideal, e para fazê-lo de uma maneira que haja pouca ou nenhuma espuma flexível na película resultante. Por exemplo, usando este processo GCP, uma cavidade de molde pressurizada pode ser injetada com um SCF, que sozinho e juntos podem funcionar para neutralizar a expansão de gás dentro do fundido. Particularmente, conforme a contrapressão é liberada, as bolhas de gás que convencionalmente iriam romper a superfície ficam presas em seu interior, criando uma película lisa.

[00103] Este processo de contrapressão de gás evita que as bolhas de gás entrem em contato e rompam a superfície da formação de material de espuma como a peça de espuma é formada. Isto é conseguido pela pressão da contrapressão sendo aplicada pelo sistema GCP na cavidade de molde ou em torno do mesmo tempo de disparo da injeção de solução monofásica fundido e tempo de retenção. As bolhas de gás são submetidas a forças imensas e, portanto, a solução da fase única fundida não tem oportunidade de liberar as bolhas pressas para o exterior da estrutura de espuma durante a formação. O resultado é uma peça de espuma moldada com uma película cosmeticamente lisa formada na parte externa da peça.

[00104] Consequentemente, conforme implementado neste documento, o controlador do sistema pode implementar um procedimento de contrapressão de gás (GCP) que é configurado para melhorar o controle do processo de formação de espuma através da aplicação de diferentes pressões de gás no estágio injeção de fundido da moldagem por injeção da espuma. Por exemplo, pelo controle de vários componentes do sistema, o sistema de controle pode ser configurado para aplicar diferentes pressões de solução monofásica SCF contida em várias roscas e pressões GCP, tal como os tamanhos de injeção, tempos, temperaturas de fusão e temperaturas do molde adequados.

[00105] Desta maneira, um sistema completo é criado pelo qual peças de espuma flexível biodegradáveis e industrialmente compostáveis e comercialmente aceitáveis de alta qualidade podendo ser produzido. Especificamente, mudanças sutis nas pressões de GCP afetam a qualidade da superfície da espuma. For exemplo, sem o uso de GCP, as bolhas formadas no polímero fundido localizado dentro da cavidade de molde podem ser liberadas e a aparência cosmética da resultante peça de espuma pode não ser aceitável. Adicionalmente, sem o uso de GCP, a espessura da película poderia ficar indesejavelmente espessa, pois não haveria contrapressão para neutralizar o rápido resfriamento da solução monofásica fundida, à medida que é expandida no molde. Particularmente, em uma solução monofásica o limite do molde de aço durante a injeção se solidificaria instantaneamente com uma película espessa indesejada que não seria aceitável para a maioria das aplicações comerciais. Em suma, os parâmetros do processo têm um impacto demonstrável na qualidade da peça final. Consequentemente, desta maneira, este processo GCP pode ser implementado de uma maneira para controlar a formação de espuma, tal como por meio de um ou mais de qualidade de superfície, estrutura da espuma, espessura da película e semelhantes.

[00106] Portanto, em várias concretizações, o sistema pode ser configurado, de modo a produzir um SCF, de modo a formar uma Solução monofásica. Particularmente, em várias concretizações, uma solução monofásica é criada, na qual o SCF pode ser: totalmente dissolvido e uniformemente disperso no biopolímero fundido, que ocorre dentro do barril de injeção barril sob condições de processo cuidadosamente controlado. Por exemplo, como discutido, a formação de uma solução monofásica é crítica para a produção consistente de peças de espuma moldadas produzidas e massa coerente da presente divulgação.

[00107] Consequentemente, o processo do sistema de moldagem por injeção deve ser configurado para ser controlável e repetido de uma maneira muito consistente. Para alcançar isso, a primeira linha de defesa é garantir que os compostos de biopolímero e o SCF sejam misturados homogeneamente em uma solução monofásica, tal como quando a solução monofásica é totalmente saturada e dispersa dentro do fundido de biopolímero dentro do barril da máquina de moldagem por injeção. Uma vez que uma solução monofásica é alcançada, o sistema pode inserir de forma confiável o peso da dose desejável, tempo de retenção da dose e a dosagem do gás GCP para customizar uma peça de espuma moldada reproduzível infinitamente de forma otimizada em termos de tempo e produção em massa.

[00108] Sendo assim, o SCF deve ser medido com precisão no fluxo de massa no biopolímero por um período fixo de tempo. Por exemplo, o módulo de controle do sistema pode ser configurado, de modo que, durante o período de dosagem, as condições certas de: temperatura, pressão e cisalhamento seja estabelecida dentro do barril. Da mesma forma, a contrapressão, a velocidade da rosca e temperatura do barril podem ser controladas com precisão por um ou mais elementos de controle do sistema. Adicionalmente, o sistema de distribuição de SCF pode ser modulado, de modo a estabelecer as condições do processo que cria solução monofásica ideal.

[00109] Por exemplo, como discutido acima, o módulo de controle pode ser acoplado de forma comunicável a um dispositivo de medição de fluxo de massa associado ao sistema que está configurado para medir a taxa de fluxo de massa de um fluido itinerante através de um ou mais vasos, por exemplo, tubos, do sistema. A taxa de fluxo de massa é a massa do fluido itinerante além de um ponto fixo por unidade de tempo. No que se refere à presente divulgação, os princípios de medição de fluxo de massa são implementados para garantir a repetibilidade consistente do processo de moldagem de espuma. Especificamente, como descrito acima, um injetor especialmente projetado é acoplado ao barril de moldagem por injeção que é capaz de ser controlado por programação controlada por computador de um processador do sistema. Consequentemente, o sistema pode ser configurado para implementar uma distribuição de dosagem de gás SCF específica no fundido de biopolímero e o programa controlado por computador pode otimizar a entrega com base na coleta de dados em tempo real da taxa de fluxo de massa, tal como por meio de realimentação de um ou mais sensores do sistema. Este uso de medição de fluxo de massa garante os controles de processamento mais otimizados para a solução monofásica da presente invenção.

[00110] Consequentemente, durante o período de dosagem, a temperatura em todo o sistema, tal como dentro do barril, pode ser controlada, de modo a estar entre 100°C e 600°C, tal como entre 200°C e 500°C, por exemplo, entre 300°C e 400°C, e mais particularmente, entre o intervalo de 320°C e 380°C, incluindo entre 360°C e 380°C dentro do barril. Da mesma forma, a pressão de distribuição de SCF pode ser controlada com precisão, de modo a estar em um intervalo entre 1.000 (70,31 kgf/cm²) e

8.000 PSI (562,46 kgf/cm²), tal como entre 1.500 ( kgf/cm²)e

6.000 (421,84kgf/cm²) PSI (kgf/cm²),por exemplo, entre 2.000 (562,46 kgf/cm²) e 5.500 PSI (386,69kgf/cm²), particularmente, entre 3.000 (210,92kgf/cm²)e 4.000 (281,23kgf/cm²)PSI e mais particularmente entre o intervalo de 2.600 (182,80kgf/cm²)e 2.800 PSI (196,85kgf/cm²).

[00111] Desta forma, o módulo de controle pode ser configurado, de modo que a temperatura e a pressão trabalhem em conjunto para gerar os núcleos ideais e as bolhas resultantes dentro do fundido de biopolímero e formação de matriz da espuma resultante. Adicionalmente, no que diz respeito a cisalhamento, o cisalhamento é estabelecido dentro do barril, quando as camadas de biopolímero fundido fluem uma em relação a outra. Portanto, durante a injeção, o composto de biopolímero fundido pode ser fluir através do canal de distribuição de fundido de bocal do barril, tal como antes entrar no molde como uma fonte.

[00112] O cisalhamento é o alongamento do biopolímero entre a rosca giratória e o barril estacionário, fazendo com que o calor se desenvolva dentro do material. Portanto, o cisalhamento deve ser controlado no processo de moldagem por injeção. Consequentemente, uma ou mais unidades de controle do sistema pode ser configurada, de modo a controlar a velocidade de injeção, o tempo de enchimento e a tolerância neste, de modo a alcançar as condições adequadas para a produção de um determinado composto de biopolímero, com um determinado tamanho de máquina de moldagem por injeção e com um determinado tamanho de rosca e barril da máquina de moldagem por injeção.

[00113] A contrapressão pode também ser controlada. Por exemplo, a contrapressão é a pressão na máquina de moldagem por injeção que é exercida pelo biopolímero, quando é injetado no molde. Especificamente, a contrapressão é a resistência aplicada a rosca de injeção, enquanto ela se recupera para carregar a próxima dose de biopolímero no molde. Conforme indicado acima, os vários parâmetros do sistema podem ser configurados, de modo a controlar e/ou modular a contrapressão.

[00114] Além disso, um controlador do sistema pode ser configurado para controlar e modular a velocidade da rosca-.

A velocidade da rosca pode ser controlada por controle de computador. Como indicado, durante a fase inicial de operação de moldagem por injeção, a rosca gira dentro do barril para homogeneizar a mistura do composto de biopolímero em fusão em conjunto com o Gás SCF. Um exemplo não limitante da velocidade da rosca da presente divulgação pode ser de l ou 5 ou 10 a 75 ou 100 ou 200 rpm, por exemplo, de 20, 25, ou 30 a 40, 50 ou 60 rpm.

[00115] O sistema pode incluir uma unidade de controle aquecimento e/ou resfriamento que pode ser associada com o barril, de modo a controlar a temperatura no mesmo. Consequentemente, o módulo de controle pode ser configurado para controlar a temperatura do barril. Portanto, a temperatura do barril pode ser controlada, de modo a tornar a temperatura nele mais quente ou mais, conforme necessário para o processo de formação de espuma.

[00116] Consequentemente, em vista do acima exposto, o sistema de distribuição de SCF pode incluir uma unidade de controle que é configurada para controlar uma combinação de pressão de distribuição do SCF e o peso da dose de SCF, que é tipicamente medida em gramas. A pressão e dose de SCF pode ser controlada de maneira a afetar a solução monofásica. Isto é, quanto menor a dose de SCF, menor saturação de SCF é necessária dentro do fundido de biopolímero, ao passo que quanto maior for a dose de SCF, maior será a saturação necessária de SCF dentro do fundido. Da mesma forma, quanto mais baixa a pressão de distribuição de SCF, menor a absorção de saturação, e, portanto, menor é o crescimento dos núcleos que podem crescer para formar bolhas dentro do fundido de biopolímero. E quanto maior a pressão de distribuição de SCF, maior será a absorção de saturação, portanto, maior será o crescimento do núcleo que podem crescer para formar bolhas dentro da mistura fundida.

[00117] Com relação à saturação, o sistema e aparelho são configurados para fornecer um gás para a câmara de fusão sob uma temperatura e uma pressão, de modo que um fluido supercrítico seja formado e saturado dentro do fundido de biopolímero, tal como durante a rotação da rosca. Consequentemente, uma solução monofásica é criada sob uma temperatura e pressão controladas. Especificamente, uma única fase da solução mista de polímero-SCP pode ser obtida neste documento sob temperatura e pressão definida dentro da rosca e barril máquina de moldagem por injeção. Mais especificamente, o controlador do sistema pode controlar de forma variável a temperatura e pressão de uma maneira que é dependente do tipo de espuma flexível, que está sendo produzida e para que tipo de produto final está sendo produzido.

[00118] Neste estágio, a concentração de SCF pode ser determinada e controlada, tal como por um circuito de realimentação, em que a quantidade de saturação é determinada, tal como por meio de um sensor, que avalia a progressão do processo de saturação e em seguida modula a pressão do processo microcelular e a temperatura da mistura com base na obtenção de um determinado ponto de ajuste para o nível de saturação. Em tal caso, o fluido supercrítico

(SCF) satura controladamente dentro do fundido de biopolímero durante a rotação da rosca e isto cria uma solução monofásica sob temperatura e pressão definida. O SCF é uma parte de uma das duas partes da mistura de composto de biopolímero fundido e é usado como um agente de expansão físico na presença de pressão e temperatura definida no presente molde de injeção.

[00119] Consequentemente, em vista do acima exposto, em um aspecto, é fornecido neste documento uma máquina e método de uso da mesma para a produção de uma espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável. Particularmente, em um caso, a espuma é produzida e/ou usada na produção de espuma, tal como por meio de um processo de moldagem por injeção microcelular (MuCell - MicroCellular), por exemplo, fabricação MuCell. A fabricação MuCell emprega um fluido supercrítico, como descrito acima, que é submetido à extrema pressão e dissolvido em um polímero fundido dentro de um barril de rosca de uma ferramenta de fabricação, tal como descrito abaixo, que é configurado para otimizar a dosagem de SCF com a finalidade de gerar uma mistura de biopolímero fundido que é aquecido até o estado líquido.

[00120] Portanto, no centro da máquina de moldagem por injeção está o barril da máquina de moldagem por injeção e a rosca nele contido, ambos comumente feito de aço para ferramenta. O barril é o principal portal de distribuição para a presente solução monofásica antes de ser dosada e então pressionada ou "lançada" no componente do molde com temperatura controlada dinamicamente. Consequentemente, o fundido de biopolímero é distribuído no barril através do funil da máquina de moldagem por injeção. E o controlador do sistema alimenta uma determinada quantidade de pelotas de bioplástico granular no funil de carga como uma das primeiras etapas na operação da máquina de injeção de molde.

[00121] Especificamente, durante a injeção, o SCF vaporiza e se torna bolhas de gás, por exemplo, espuma na forma de peças moldadas acabadas. Como as bolhas atingem tamanho de microns, o processo produz formação de espuma microcelular. O processo descrito neste documento é vantajoso em relação às tecnologias de injeção convencionais, porque resulta em um produto derivado, que evidencia um ou mais dos seguintes: menos contração, produtos de peso baixo, com poucas marcas de afundamento e pode ser gerado por precursores de baixo custo. Mais especificamente, no que diz respeito a menor contração, a contração pode ser controlada, entendendo que a contração volumétrica é causada pela contração térmica, o que afeta todos os polímeros, e, assim, a contração pode ser evitada, rastreando o progresso da contração, por meio de um sistema de sensor, e controlando com precisão as condições do barril, de modo a modular o processo de contração.

[00122] Essencialmente, a contração descreve a extensão e que o material altera o volume, à medida que se transforma de um líquido para um sólido. Na moldagem por injeção convencional, os moldes não têm a temperatura controlada com pressão, de modo que os polímeros fundidos usados nos métodos convencionais se contraem ao entrar em contato com a ferramenta de aço fria do molde de injeção, e isso causa contração. Nas máquinas e sistemas presentes, a contração pode ser controlada e normalmente não é um problema, devido ao molde pressurizado de temperatura controlada que garante que o biopolímero fundido preencha a área de superfície máxima dentro do molde sem resfriamento prematuro, bem como a tensão uniforme aplicada da própria cavidade do molde pressurizado, auxiliando ainda mais neste aspecto.

[00123] Com relação à produção de produtos de pouco peso como uma regra geral, quanto mais um polímero é expandido, maior será sua redução de peso. O presente sistema, no entanto, é configurado para otimizar a solução monofásica para modular as condições por meio da aplicação de pressão, temperatura e tempo apropriados, de modo que a qualidade ideal de uma espuma leve possa ser alcançada. Isso é bom para aplicações de produto que requerem uma espuma leve, tal como um amortecimento, espumas para calçados e espumas usadas para produzir equipamento esportivo, por exemplo. Da mesma forma, com relação ao controle de marcas de afundamento na fabricação de espuma flexível convencional, marcas de afundamento e vazios são causadas pela contração localizada do material em seções espessas sem compensação suficiente, quando a peça está resfriando.

[00124] Particularmente, a marca de afundamento normalmente ocorre em uma superfície que é oposta e/ou adjacente ao suporte ou aresta. Isso ocorre devido à remoção desequilibrada de calor e/ou fatores similar. Depois que o material do lado externo da peça espumada resfriou e solidificou, o material do núcleo começa a resfriar. Sua contração puxa a superfície da parede principal para dentro, causando uma marca de afundamento. Se a película for suficientemente rígida, a deformação da película pode ser substituída pela formação de um vazio no núcleo.

[00125] Ao contrário da marca de afundamento e dos desafios de vazio enfrentado com a modelagem de espuma flexível convencional, a configuração da máquina e os parâmetros do sistema presente são controláveis, de modo a produzir uma espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável da presente divulgação que minimiza o aparecimento desses problemas. Particularmente, no presente processo, o Gás SCF é controlado de maneira a modular, por exemplo, maximizar, a estrutura celular da matriz do polímero dentro do processo de formação de espuma. Esta maximização do processo de formação de espuma especializada é melhor garantia para que não haja marcas de afundamentos ou vazios indesejados dentro da peça final espumada.

[00126] Adicionalmente, conforme indicado, um benefício útil do presente sistema é que utiliza materiais de baixo custo, e os produtos finais produzidos têm menos deformação. Particularmente, por muitas das razões discutidas acima, a presente divulgação se beneficia de um processo em que o gás SCF é responsável por maximizar a estrutura celular da matriz do polímero dentro do processo de formação de espuma. Esta maximização do processo de formação de espuma especializado garante que exista deformação mínima dentro da peça de espuma final.

[00127] Outro benefício do presente sistema é que pode ser configurado, de modo a controlar as tolerâncias. Por exemplo, o sistema pode ser configurado para realizar moldagem por injeção espuma flexível de tolerância apertada. Particularmente, a moldagem de espuma por injeção flexível de tolerância apertada como apresentada neste documento pode ser empregada, de modo a produzir peças que funcionem juntas suavemente e contribuam para uma taxa de falha geral mais baixa para o produto.

[00128] Para que um produto trabalhe de forma confiável e com pretendido, todas as suas partes precisam se encaixar perfeitamente. Consequentemente, os presentes aparelhos e suas partes componentes foram projetados para controlar rigidamente as tolerâncias. Tipicamente, essas partes são produzidas com a melhor tolerância possível. Existem diferentes intervalos de tolerâncias aceitáveis; por exemplo, uma tolerância muito restrita é +/- 0,001". As vezes até a alguns milésimos de polegada podem significar diferença entre uma peça que se encaixa e uma que não se encaixa.

[00129] Consequentemente, é útil identificar tolerâncias estreitas no início da fase de projeto. Isso ocorre porque os engenheiros de projeto devem levar em consideração os requisitos para a geometria da peça espumada, o tamanho geral da peça espumada e a espessura da parede da peça espumada - todos os quais têm uma influência no controle de tolerância, e todos podem exacerbar marcas de afundamento, deformação e tolerâncias de peças inconsistentes se não forem gerenciadas com cuidado. Os sistemas e aparelhos presentes superam a maioria desses desafios, embora ainda usem as melhores práticas de projeto, como o Gás SCF que é responsável por maximizar a estrutura celular da matriz do polímero dentro do processo de formação de espuma. Da mesma forma, o sistema pode ser configurado para resfriar mais rapidamente dentro dos moldes.

[00130] Como um resultado do acima exposto, as marcas de afundamentos, deformação e inconsistências na tolerância são muito reduzidas. Isso se deve em grande parte às células microscópicas de tamanho uniforme e uniformemente distribuídas dentro da matriz de espuma. Consequentemente, a fim de alcançar esses benefícios o processo de formação de espuma microcelular deve ser controlado de forma precisa. Por exemplo, conforme indicado, quando a formação de espuma ocorre ao longo da frente de fusão, o avanço pode introduzir riscos e marcas do fluxo na superfície moldada, desta forma causando imperfeições.

[00131] Em adição ao exposto acima, essas imperfeições podem ser minimizadas ainda mais empregando uma ou mais de tecnologias de co-injeção e decoração de molde deste documento. No entanto, em muitos casos, isso pode ter um custo proibitivo. Mesmo assim, o presente sistema supera tais casos de custos proibitivos, selecionando oportunidades de produtos premium onde os valores adicionais da presente divulgação podem ser aceitos e apreciados.

[00132] Deve-se notar que em vários casos, pode ter desvantagens para formação de espuma de SCF, como em alguns casos, pode causar mudanças na viscosidade de fusão e outras propriedades físicas. Particularmente, quando difundido uniformemente o SCF em um polímero fundido, a solução monofásica, atua como um agente plastificante reversível, reduzindo a viscosidade do polímero e o aumento do volume livre. Este efeito também reduz a temperatura de transição vítrea dos polímeros, bem como a resistência à tração dos mesmos. Isso pode permitir tamanhos de bolhas não uniformes.

[00133] Tamanhos de bolhas não uniformes levam potencialmente à produção de uma peça de espuma moldada, que tem propriedades de desempenho técnico inconsistentes em toda a peça, e também problemas cosméticos potencialmente indesejáveis. Esses são os dois problemas, quando tentamos produzir uma espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável reproduzível de forma consistente que contém as mesmas propriedades de desempenho técnico de parte a parte durante a produção em massa. O presente sistema está configurado para superar essas dificuldades.

[00134] Consequentemente, como discutido acima, para superar essas desvantagens, e para controlar mais precisamente o processo de formação de espuma microcelular, a contrapressão de gás (GCP) discutida acima é empregada. Conforme discutido acima, a contrapressão de gás é controlada com precisão, de modo que as bolhas de gás sejam reguladas, para que não entre em contato e rompam a superfície do material de espuma, à medida que a peça de espuma é formada. Isso é conseguido pela pressão contrária aplicada pelo sistema GCP na cavidade de molde, que pode ser ao mesmo tempo ou próximo ao mesmo tempo em que a solução monofásica fundida é injetada, enquanto controla o tempo de retenção dentro do molde. A temperatura e pressão do molde pode também ser controlada com precisão para este fim.

[00135] Uma vez injetada, as bolhas de gás inerte são submetidas a forças imensas e, portanto, a solução monofásica fundida não tem a oportunidade de liberar bolhas presas para o lado de fora da estrutura de espuma, enquanto está sendo formada. Da mesma forma, as imensas forças exercidas na solução monofásica ajudam a distribuir melhor os milhões de pequenas bolhas dentro da estrutura de formação de espuma dentro do molde, bem como para auxiliar na consistência do tamanho da bolha. O resultado é uma peça de espuma moldada com película cosmeticamente lisa formada na parte externa da peça, e um tamanho de bolha consistente para desempenho de propriedades técnicas, de parte a parte, durante a produção em massa.

[00136] Por exemplo, o sistema pode ser configurado, de modo a permitir a introdução de GCP para controlar o processo de formação de espuma, como por meio de aplicação de diferentes pressões de gás e/ou temperaturas no estágio de injeção do fundido. Consequentemente, o GCP é introduzido no processo de formação de espuma dentro da cavidade do molde que fica dentro da máquina de moldagem por injeção. Primeiro, um gás inerte é bombeado por um compressor de gás e a bomba de gás dentro da cavidade do molde através de uma válvula de controle de gás. Um sensor de pressão de gás alimenta dados em tempo real a partir do valor de controle de gás que retorna para o controlador de computador.

[00137] O sistema inicia a dosagem de GCP na cavidade do molde, definindo os parâmetros de dosagem e os tempos de retenção dentro do sistema de computador. O sistema de computador então inicia a dosagem adequada da dose do GCP inerte na cavidade do molde. Sem o uso de GCP, o fundido de biopolímero entraria na cavidade de molde e imediatamente começaria a formar espuma, gerando bolhas de gás não uniformes que rompem a superfície e criam marcas de redemoinho indesejável no exterior da espuma, o que é problemático.

[00138] Da mesma forma, a velocidade de injeção pode também ser controlada com precisão, tal como quando a velocidade de injeção pode ser determinada pela diferença entre a pressão da rosca (Prosca) e a pressão de gás (Pgas). Especificamente, quando Prosca é um pouco mais alta que Pgas, e ambos os parâmetros são alto suficientes, o fundido dissolvido SCP- flui na cavidade do molde sem formação de espuma. Definir Prosca mais alto que Pgas, e Pgas mais baixo que a pressão crítica, resulta na formação de espuma parcial. Finalmente, a escolha apropriada de Prosca, Pgas, e diferença de pressão combinada com temperatura dinâmica do molde permite um controle mais preciso do tamanho de bolha. Consequentemente, pelo ajuste desses parâmetros faixas induzidas por fluxo podem ser minimizadas, se não eliminadas por completo.

[00139] Especificamente, esses parâmetros podem ser determinados em parte por uma consideração do comportamento do fluxo. Por exemplo, em uma concretização, um (fluxo) reológico foi produzido com o comportamento de um polímero fundido que foi dissolvido com 0,4% em peso de SCF de N2, sob diferentes temperaturas de molde (185, 195, e 205C, velocidade de injeções (5, 10, e 15mm/s velocidade da rosca) e GCP's (50, 100, 200, e 300 bar). Nesses casos, a taxa de cisalhamento medida estava dentro do intervalo de 3000-11OOO s-1, e a temperatura de transição vítrea, Tg, foi reduzida de 96 a 50 C, quando o GCP foi 300 bar. Da mesma forma, neste caso, em comparação com a moldagem de injeção convencional, a viscosidade do fundido reduziu de cerca de 30%, enquanto o GCP foi aumentado de 50 a 200 bar.

[00140] Especificamente, quando o GCP é de 300 bar, a viscosidade da injeção monofásica sem qualquer formação de espuma pode ser reduzida em até 50%, dependendo das condições de injeção. Isto é útil, porque reduz requisitos de pressão e temperatura, o que desta forma reduz o custo de fabricação, especificamente custo de energia, e também reduz o tempo do ciclo de peças de espuma durante a produção. Consequentemente, esses parâmetros de sistema para maior economia de energia, devido aos menores requisitos de pressão e temperatura, e menor tempo de ciclo, o que se traduz em mais peças produzidas mais rapidamente e por menos dinheiro, tal como selecionando o composto de biopolímero correto e ajustando as temperaturas, pressões do processo, e tempo de retenção para ajustar as propriedades mecânicas dos materiais.

[00141] Adicionalmente, conforme indicado, uma característica importante das máquinas e sistemas atuais é que podem ser configuradas para controlar o tamanho de bolha, de modo a serem mais uniforme. Como discutido acima, isto pode ser efetuado em peça pelo controle da temperatura,

pressão, controle de dosagem de SCF, GCP, DMTC, e outros parâmetros discutido acima. Todos esses atributos funcionam em conjunto para garantir os tamanhos de bolhas ideias e mais uniformes e sua dispersão homogênea ideal dentro da matriz de espuma. Além disso, a qualidade da superfície pode ser melhorada, controlando o curso de fluido ao longo da frente de fusão.

[00142] Como o próprio nome sugere, a frente de fusão é o ponto em que a solução monofásica fundida entra na cavidade de moldagem. A velocidade da frente de fusão é a velocidade avançada da frente de fusão. Para qualquer molde que tenha uma geometria de cavidade complexa, a peça da cavidade pode encher mais rápido que outras áreas. Ao controlar a velocidade da frente de fusão, como controlar a temperatura, pressão e controle de dosagem de SCF, entre controlar outros parâmetros, uma velocidade de preenchimento da cavidade do molde mais uniforme pode ser alcançada, e isso garante que a qualidade da superfície da peça de espuma resultante pode ser cosmeticamente aceitável.

[00143] Consequentemente, uma vez que a solução monofásica foi criada, a máquina de moldagem por injeção modificada, como descrito acima, mantém a solução em um estado pressurizado até o início da injeção. Por exemplo, a máquina pode ser configurada para alcançar através dos esforços combinados de um bocal de corte e controle da posição da rosca, conforme indicado acima. Particularmente, o bocal de corte pode ser configurado, de modo a servir como a conexão entre barril de plastificação (com parafuso alternativo) e o molde. Tais bocais de corte podem ser auto controlados ou controlados externamente, e eles podem ser usados para evitar gotejamento do fundido entre os disparos de fundido e assim prevenir despressurização e a formação de espuma prematura no molde.

[00144] Consequentemente, o bocal de corte evita despressurização e formação de espuma prematura no molde. Por exemplo, sem o bocal de corte, a solução monofásica não teria pressão suficiente dentro da cavidade de molde e a peça de espuma moldada desejada não seria produzida. Da mesma forma, o controle de posição do parafuso ativo ou passivo pode ser empregado para evitar a despressurização por meio do movimento de retorno do parafuso.

[00145] Particularmente, o sistema pode ser configurado, de modo a implementar o controle ativo posição da rosca, tal como onde a posição da rosca é continuamente monitorada, e a pressão aplicada para o retorno da rosca é ajustado para manter um determinado ponto de ajuste de posição ou a constante que é mantida no sentido contrário da rosca. Por exemplo, no controle de posição passivo, o óleo usado para regular a contrapressão é impedido de escoar para o tanque no fim da recuperação da rosca. Este óleo residual impede que a rosca se mova no sentido contrário, devido à pressão da solução monofásica.

[00146] Adicionalmente, conforme indicado acima, um projeto de molde adequado ajuda a manter a solução monofásica. Especificamente, nestes casos, em que um molde inclui um sistema de câmara quente, uma ou mais passagens de válvula podem ser incluídas e controladas, de modo a evitar que o material goteje dos bocais, tal como após a abertura do molde. Mais particularmente, um sistema de câmara aquecido pode ser usado neste documento no aparelho de moldagem por injeção e pode incluir um sistema de partes que são fisicamente aquecidos, tal qual possa ser usada mais efetivamente para transferir plástico fundido do bocal da máquina na cavidade da ferramenta de molde. Por exemplo, uma "câmara frio" ou uma "câmara quente " pode ser usado, tanto quanto uma câmara fria é um canal físico não aquecido que é empregado para direcionar o plástico fundido na cavidade de molde depois que ele deixa o bocal, e as câmaras quentes são aquecidas, enquanto câmaras frias não são.

[00147] Da mesma forma, em vários casos, o aparelho pode incluir uma quebra de bocal, que é configurada para quebrar o contato com a bucha de jito durante operação normal. Esta configuração é útil em moldes de pilha ou tandem, que emprega um fechamento na bucha de jito. Particularmente, a bucha de jito pode ser configurada para aceitar o bocal da máquina e assim permitir que o composto de biopolímero fundidos entre no molde. No caso em que o bocal da máquina tem que ser desengatado de fazer contato com a bucha de jito, o composto de biopolímero fundido pode gotejar para trás da bucha de jito e a despressurização do molde pode ocorrer. Qualquer resíduo de gotejo de fundido pode aumentar os custos de produção, afetar negativamente a próxima dose do fundido, e pode até mesmo evitar o fechamento adequado do molde o que potencialmente criaria ainda mais problemas.

[00148] Para superar isso, a seleção de uma bucha de jito com fechamento pode ser empregada. Caso contrário, a pressão da câmara quente será aliviada através da bucha de jito. Particularmente, quando uma bucha de jito requer um fechamento, o fechamento evita que o aumento da pressão do molde de escape em adição a outros benefícios mencionados acima. Qualquer despressurização do molde impediria potencialmente a formação de espuma do fundido da peça do molde como um resultado, a desejada peça moldada não seria formada.

[00149] Conforme indicado acima, uma variedade de agentes espumantes pode ser utilizada para moldagem de espumas microcelulares por injeção de biodegradável e industrialmente compostável. Em casos particulares, esses agentes espumantes podem incluir gases inertes e/ou nobres, tal como gás nitrogênio inerte ou dióxido de carbono ou outros gases capazes de serem convertidos em um estado de fluido supercrítico (SCF). De acordo com os aparelhos, sistemas e seus métodos de uso divulgados neste documento o SCF pode ser introduzido, por exemplo, injetada, na maquinaria, por exemplo, para barril de fusão, tal como através de um injetor controlado por computador especialmente projetado que pode ser acoplado, por exemplo, afixado ao barril da máquina de moldagem por injeção, tal como para alimentar o agente formador de espuma na mistura de biopolímero fundido dentro do barril. O controlador da máquina de moldagem por injeção pode ser programado para distribuir uma quantidade de dosagem de gás SCF, seja nitrogênio ou dióxido de carbono ou semelhantes, no fundido de biopolímero, cuja distribuição pode ser otimizada pelo controlador do sistema.

[00150] Consequentemente, cada um dos agentes espumantes SCF acima mencionados tem seu lugar, dependendo dos requerimentos técnicos da peça final produzida. Particularmente, conforme indicado, um SCF útil é dióxido de carbono e se estado supercrítico é mais denso que o nitrogênio à mesma pressão, ainda tem uma capacidade de calor muito maior. Os experimentos mostraram que o dióxido de carbono em um estado supercrítico produz espumas densas que podem ser úteis em certas aplicações de amortecimento. Em contraste, o nitrogênio supercrítico pode ser usado para produzir peça de espuma de baixa densidade com células menores que é útil para aplicações de calçados e artigos esportivos da presente divulgação.

[00151] Consequentemente, um agente formador de espuma útil pata produzir artigos esportivos, tal como sapatos, é gás nitrogênio SCF, pois fornece redução de peso e uma estrutura celular fina em porcentagens de peso muito mais baixo do que o dióxido de carbono SCF, mas para uso mobiliário e automotivo, um agente formador de espuma útil é dióxido de carbono que produz uma estrutura celular muito maior, embora em tamanho e/ou peso maiores. Especificamente, em vários casos, o aprimoramento na redução de peso de peças de espuma é uma característica útil para aplicações de produtos que requerem quantidade de peso menor. Como um exemplo não limitante, é uma necessidade contínua para tênis de corrida conter espumas flexíveis que são muito mais leves e que demonstrem a capacidade de resistir a abusos repetitivos.

[00152] Ao oferecer uma redução de peso com estrutura celular fina no exemplo acima mencionado, a peça de espuma flexível seria confiável por sua capacidade de aumentar a eficiência do corredor por meio de fazer um sapato aceitavelmente leve. Além disso, a estrutura celular fina da espuma acima mencionado garantiria um tênis de corrida muito durável tendo partes componentes que seriam capazes de lidar com forças de impacto repetidas decorrentes do corredor aplicar constantemente pressão e impacto sobre as partes espumadas dos sapatos durante uma locomoção acelerada.

[00153] Na verdade, os níveis de nitrogênio SCF serão normalmente pelo menos 75% mais baixo que o nível de dióxido de carbono SCF necessário para alcançar peças comparáveis. Assim sendo, os requisitos de nível de nitrogênio de SCF grandemente reduzidos, quando comparados ao dióxido de carbono de SCF garantem a economia de material ideal e economia de tempo ao produzir em massa as espumas flexíveis biodegradáveis e industrialmente compostáveis da presente divulgação, como empregado na fabricação de componentes de calçado. O dióxido de carbono SCF, no entanto, é um agente formador de espuma útil em uma variedade de situações particulares, tal como quando a redução da viscosidade é o objetivo principal do processamento e/ou quando a aplicação não pode tolerar a ação de formação de espuma mais agressiva do nitrogênio SCF.

[00154] Em certos casos, dióxido de carbono SCF é um agente formador de espuma adequado, particularmente em espumas semiflexíveis. Ambas as espumas flexíveis e semiflexíveis podem ser incluídas na mesma categoria de espumas flexíveis pois ambas são derivadas de polímeros com uma transição vítrea (Tg) abaixo de sua temperatura de serviço, que é usualmente a temperatura ambiente. Durante o processo de formação de espuma física com um agente de expansão físico, uma depressão na transição vítrea é vista. Essas diferenças na eficácia dos agentes espumantes de nitrogênio e dióxido de carbono decorrem de seu comportamento na fusão do biopolímero.

[00155] Por exemplo, o dióxido de carbono, que se torna um fluido a 31,1ºC e 72,2 bar, é de 4 a 5 vezes mais solúvel em biopolímeros do que o nitrogênio, que se torna um fluido supercrítico a -147ºC e 34 bar. Por exemplo, o ponto de saturação em um biopolímero não preenchido é cerca de 1,5 a 2 por cento por peso de nitrogênio, dependendo das condições de temperatura e pressão, enquanto o nível de saturação dióxido de carbono está próximo de 8 por cento por peso. O dióxido de carbono também exibe uma maior mobilidade no biopolímero, permitindo que ele migre mais para dentro das bolhas existentes do que o nitrogênio. Do ponto de vista da nucleação de célula, maior solubilidade e mobilidade significa que menos células serão nucleadas, e aquelas que se tornarem nucleadas tenderão a ser grandes.

[00156] A solubilidade, entretanto, torna-se uma vantagem quando o objetivo é reduzir a viscosidade. Um SCF dissolvido em um biopolímero atua como um agente plastificante, reduzindo a viscosidade do biopolímero. Com a redução da viscosidade é parcialmente uma função da quantidade de SCF adicionado ao biopolímero e porque o dióxido de carbono tem um limite solubilidade mais alto que o nitrogênio, a capacidade de reduzir a viscosidade com dióxido de carbono é maior. O dióxido de carbono também é útil, quando a quantidade de nitrogênio necessária para produzir uma peça é tão baixa que não é possível processar as peças de forma consistente.

[00157] Uma vez que o dióxido de carbono é um agente formador de espuma muito mais agressivo, às vezes é mais fácil administrar níveis baixos de dióxido de carbono. Por exemplo, 0,15 ou 0,2 por cento dióxido de carbono em comparação com níveis muito baixos de nitrogênio de menos que 0,05 por cento. Casos conforme indicado no exemplo anterior ocorrem principalmente com materiais macios e peças de seções transversais espessas. Consequentemente, o agente formador de espuma físico, seja ele nitrogênio SCF ou dióxido de carbono SCF ou outro SCF, desempenha um papel útil nas peças de espuma final e nos produtos eventuais que os conterão.

[00158] Em primeiro lugar, é útil selecionar a combinação apropriada de composto biopolímero ou de biopolímero e o associado gás SCF. Secundariamente, a utilização do gás SCF por meio do peso e pressão de dosagem ideal é fundamental para garantir a saturação máxima dentro da solução monofásica, e para garantir a geração ideal de núcleo para produzir milhões de bolhas uniformes dentro da matriz de formação espuma. Adicionalmente, o resultado final, uma peça de espuma flexível moldada por injeção formada de maneira homogênea, depende de todos os aspectos do processo de dosagem do gás SCF e GCP gás, trabalhando simbioticamente com a temperatura e tempo de espera da máquina de moldagem por injeção, para alcançar peças de espuma moldadas aceitáveis comercialmente, como explicado acima.

[00159] Conforme indicado, em um aspecto, é fornecido um processo de fabricação de espumas flexíveis biodegradável e industrialmente compostável, sejam de células abertas ou células fechadas. Em vários casos, o processo de fabricação inclui uma ou mais das seguintes etapas. Primeiro, um biopolímero termoplástico pode ser misturado em um masterbarch para a formação de espuma. Como um exemplo não limitante, o masterbatch referenciado pode ser produzida por extrusora de rosca dupla em que dois ou mais biopolímeros, enchimento e/ou aditivos podem ser misturados homogeneamente em um único polímero fundido, tal como dentro do barril de extrusão. A mistura de biopolímero fundida é então extrudada em cadeia, resfriada e peletizada em grânulos chamados de masterbatch, que pode então ser processado como descrito acima. Qualquer combinação de biopolímeros, bioplásticos, enchimentos, aditivos e corantes adequados podem ser incorporados na produção de masterbatch. Consequentemente, uma vez produzida, a mistura de biopolímero termoplástico pode ser moldada por injeção em um formato de molde adequado com um SCF, tal como nitrogênio inerte ou gás de dióxido de carbono.

[00160] Como descrito acima, a presente moldagem por injeção pode ser empregada em um processo de fabricação para a produção de peças por injeção de material fundido em um molde do produto. Na presente divulgação, um biopolímero ou composto de mistura de biopolímero adequado é selecionado, tal como na forma granular. Os grânulos acima mencionados podem ser pré-secados em secador de pelota auxiliar para garantir que qualquer umidade latente seja removida. As pelotas pré-secadas podem então ser introduzidas no funil da máquina de moldagem por injeção. O operador então seleciona as temperaturas ideais do barril, bocal temperatura e molde da máquina de moldagem por injeção, e insere esses valores para controle por computador.

[00161] Além disso, a porcentagem e pressão ideais de dosagem de gás SCF, bem como a dosagem e pressão ideais de gás GCP gás pode ser escalonado e esses valores podem ser inseridos ou de outra forma determinados pela unidade de controle sistema, por exemplo, dinamicamente. Uma vez que o sistema está configurado corretamente, a máquina de moldagem por injeção está pronta para operar. Os grânulos podem ser liberados na rosca e barril da máquina de moldagem por injeção em uma quantidade especificada por controle de computador onde eles são fundidos a uma temperatura específica ou temperaturas estabelecidas.

[00162] O gás SCF é introduzido no barril da máquina de moldagem por injeção através do injetor SCF por controle de computador sobre pressão e tamanho de dose controlada. O SCF satura os grânulos agora fundidos e uma solução monofásica é gerada. Então, com contrapressão adequada e o posicionamento da rosca, a máquina de moldagem por injeção envia uma dose medida de solução monofásica para a cavidade do molde com temperatura controlada dinamicamente. O crescimento do núcleo é experimentado dentro da fusão e milhões de bolhas microcelulares são formadas dentro do fundido de biopolímero. Substancialmente e simultaneamente, o sistema GCP envia uma dose pré medida de gás de contrapressão para o molde pelo controle de computador que otimiza a uniformidade das células e condições de textura da superfície para uma aparência cosmética ideal. A temperatura do molde com temperatura controlada dinamicamente pode então ser trocada para resfriamento da água e a formação de bolhas e a expansão do fundido termina. Neste ponto, a peça de espuma flexível moldada está agora formada e é ejetada do molde.

[00163] Particularmente, conforme indicado acima, o sistema pode ser configurado, de modo a implementar controle dinâmico da temperatura do molde, que pode ser usada para produzir estrutura celular ideal. Por exemplo, como descrito, o controle dinâmico de temperatura do molde (DMTC - Dynamic Mold Temperature Control) implementa o aquecimento rápido da haste elétrica e o resfriamento da água. Mais particularmente, o procedimento DMTC empregado neste documento pode incluir um ou mais dos seguintes cinco componentes principais: um compressor de ar, um dispositivo de troca de válvula, uma unidade de controle de temperatura controlada por computador, um molde aquecido eletricamente e uma torre de resfriamento. A torre de resfriamento é configurada para fornecer o resfriamento água para o molde, para o desempenho das operações de resfriamento, enquanto um compressor de ar configurado adequadamente gera ar comprimido para conduzir o gás através das válvulas pneumáticas, de modo a impedir que qualquer água residual de resfriamento entre no molde após o resfriamento. Um ou mais dispositivos de troca de válvula podem ser configurados e empregados para alterar as válvulas para transferir meios diferentes de várias tubulações da máquina para o molde, tal como para ciclos térmicos a quente e a frio. Um elemento de aquecimento controlado eletricamente pode ser incluído e configurado para moldar a forma final das peças espumadas. Juntos à torre de água e o elemento de aquecimento podem funcionar, de modo a controlar com precisão a temperatura do molde, para que o aquecimento e resfriamento do molde possam ser rapidamente aquecidos e/ou resfriados no desempenho do processo de moldagem.

[00164] Tudo isso é coordenado com a máquina de moldagem por injeção pelo processador de computador devidamente configurado. Para um caso, um exemplo não limitante do controle de temperatura para resfriamento de água do sistema DMTC da presente invenção pode ser de 15º a 30° C, e em outro exemplo não limitante do elemento de aquecimento o intervalo de temperatura do sistema DMTC pode variar entre 60° a 150°C, e pode ser no intervalo de 90°C a 130°C, e pode ser qualquer temperatura entre estas. Desta maneira, a fusão do biopolímero, pressão, e tempo podem ser controlados, de modo que uma espuma flexível desejável seja formada.

[00165] Particularmente, durante o processo de moldagem por injeção da presente divulgação, SCF é injetado no polímero fundido. Uma fase única da solução mista de polímero SCP é obtida sob temperatura e pressão definida dentro da rosca e barril da máquina de moldagem por injeção. A temperatura e pressão podem ser controladas de forma variável por controle de computador e se relacionam diretamente ao tipo de espuma flexível, sendo produzida e para que tipo de aplicação do produto. Ao aplicar diferentes pressões de solução monofásica SCF contida na rosca e pressões de GCP, em conjunto com tamanho da dose adequada, tempo de retenção da dose, temperaturas de fusão e temperaturas do molde, um sistema inteiro é criado pelo qual peças de espuma flexível biodegradável industrialmente compostável de alta qualidade e comercialmente aceitáveis podem ser produzidas, tal como utilizando contrapressão gás no processo de moldagem por injeção de modo que garanta a estrutura de espuma ideal com o mínimo de defeito cosméticos e pouca ou nenhuma película do lado de fora da peça de espuma.

[00166] Conforme indicado, um benefício útil dos produtos produzida de acordo com os dispositivos, sistemas e seus métodos divulgados neste documento é que eles podem ser biodegradáveis e/ou compostáveis, tal como em um protocolo compostagem residencial ou industrial. Particularmente, a produção de bens que são configurados para serem decompostos em um regime de compostagem industrial garante que a espuma flexível durará a vida útil do produto resultante, tal como pela funcionalização de uma maneira que não se quebre ou desintegre durante o uso dentro dos produtos acabados. Por exemplo, seria prejudicial para uma pessoa comprar móveis, um par de sapatos, ou outro equipamento atlético que foi feito da espuma flexível desta divulgação apenas para ter a espuma degradada durante o uso regular antes do final da vida útil do produto.

[00167] Mais particularmente, a presente divulgação de benefícios do uso de um agente formador de espuma inerte e polímeros ou composto de biopolímeros biodegradável e industrialmente biocompostável. Esses dois aspectos se unem para formar uma solução monofásica que é funcionalizada dentro de um sistema especializado de moldagem por injeção de espuma flexível. O resultado são espumas flexíveis biodegradáveis e industrialmente compostáveis para uso em numerosos tipos de produtos finais; um exemplo não limitante do que são espumas para calçados para uso na fabricação de calçados. As espumas flexíveis resultantes não são reticuladas, livre de produtos químicos e benigna ao meio ambiente.

[00168] No final da vida das espumas flexíveis biodegradáveis e industrialmente compostáveis, ela pode ser redirecionada por meio do desvio de resíduos para instalações de compostagem industriais apropriadas, onde a espuma é moída e compostável industrialmente em biomassa utilizável. O resultado final produz um sistema pelo qual aspectos da chamada economia circular são respeitados. A espuma flexível da presente divulgação começa e termina como "sujeira da sujeira", o que significa que o processo biológico natural foi adaptado para fazer materiais e produtos para uso humano com o mínimo de impacto ambiental. Essas espumas flexíveis não comprometem as propriedades de desempenho técnico durante sua vida útil, nem seu projeto ambientalmente consciente.

[00169] Como discutido neste documento acima, os dispositivos, sistemas, e seus métodos de uso neste documento pode ser empregada com o propósito de produzir um ou mais produtos finais moldados, tal como por componentes para uso em calçados, assentos, automotivos, equipamento de proteção, e/ou equipamento esportivo. Consequentemente, em várias concretizações, fornecidas neste documento é um ou mais componentes úteis na construção de um calçado, tal como uma sola, sola intermediária e/ou palmilha da mesma, tal como onde a sola forma a base do calçado, e é configurado para fazer contato com o solo, a sola intermediária forma uma estrutura intermediária e elementos de amortecimento e a palmilha é configurada para ser inserida dentro de um calçado e deste modo fornecer amortecimento e/ou suporte para o calçado.

[00170] Em certas concretizações, o componente de calçado pode incluir um material de espuma produzida neste documento que pode ser ecologicamente correto, biodegradável e compostável. Em vários casos, cada componente individual pode ser composto de uma pluralidade de camadas, incluindo uma camada de base e uma camada de amortecimento, tal como é a camada de amortecimento. Por exemplo, em concretizações particulares, um membro de suporte, tal como um membro de suporte sendo acoplado à camada de base pode ser incluída, e onde o componente é uma palmilha, em um ou mais de uma porção de contato com o arco ou calcanhar pode ser incluída.

[00171] Particularmente, em várias concretizações, um material espumado pode ser produzido, tal como onde os materiais de espuma podem ser usados na produção de almofadas,

mobiliário acolchoado, componentes de calçado, tal como palmilhas, tapetes, fibras, tramas e semelhantes. Outros produtos úteis podem incluir calafetagem, tal como calafetagem de silicone, luvas médicas de silicone, tubos de silicone para sistemas de entrega de remédios, adesivos de silicone, lubrificantes de silicone, tintas de silicone e outros produtos adequados de silicone, por exemplo, preservativos. Em várias concretizações, os produtos de espuma podem ser produzidos em uma maneira onde o material espumado pode ter um ou mais das propriedades antimicrobiana, antibacterianas, antifúngicas, antivirais e/ou anti-inflamáveis.

[00172] Mais particularmente, em um aspecto, esta divulgação pode ser direcionada geralmente para um processo para a fabricação de mobiliário, tal como mobiliário estofado e/ou almofadas dos mesmos, tal como mobiliário que inclui ou é outra maneira compreendida de espuma, por exemplo, que é biodegradável e/ou compostável. Portanto, as espumas da divulgação são vantajosas para uso na fabricação de mobiliário que incluem tais inserções de espuma produzida. As resinas e espumas produzidas e empregadas provaram ser vantajosas para uso como materiais de acolchoamento, tal como travesseiros, sofás, camas, almofadas de assento, ou for outros mobiliários estofados e semelhantes.

[00173] Por exemplo, de acordo com os métodos divulgados neste documento acima, um molde de um bloco pequeno ou grande de espuma pode ser produzido, tal como para formar uma inserção de espuma, tal como para uso em mobiliário ou componentes acessórios de carro. O bloco de espuma pode então ser cortada em blocos pequenos do tamanho e forma desejada e baseado no tipo e forma da mobiliário sendo produzida. Especificamente, os blocos dimensionados e cortados podem então ser aplicados ou de outra forma caber dentro da mobília ou estrutura do carro ou outro material delimitador, juntos que podem ser cobertos para produzir o produto de mobiliário final, seja uma almofada, sofá, almofada, por exemplo, um sofá ou almofada de carro ou semelhante. Adicionalmente, quando desejado, um revestimento externo ou material delimitador pode ser fixado ao material da estrutura, como por meio de grampeamento e / ou aderência, ou de outra forma preso à estrutura de um artigo a ser estofado e coberto com um tecido ou outro material.

[00174] Consequentemente, em várias concretizações, quando fabricação de mobiliário estofado, tal como um sofá ou um assento de carro, uma moldura pode ser produzida. Vários componentes internos, por exemplo, estruturais, componentes do mobiliário podem ser instalados dentro da estrutura, tal como molas ou semelhantes, e então as folhas espumadas, produzidas de acordo com os métodos divulgados neste documento acima, pode ser posicionado em, sobre e entorno das molas, tal como para amortecedores e/ou isolamento. Naturalmente, outros materiais podem ser incluídos, tal como camadas de algodão, lã, feltro, produtos à base de borracha, e semelhantes, e um material de cobertura pode então ser adicionado, de modo a cobrir estruturas e terminar a fabricação do produto.

[00175] Especificamente, as presentes espumas juntamente com outros materiais divulgados neste documento podem funcionar como preenchimento ou enchimento, que pode ser moldado, ajustado e colocado sobre uma cobertura conforme o material de cobertura é esticado sobre a estrutura. Adicionalmente, conforme indicado, em vários casos, os produtos de espuma produzidos neste documento são úteis em cima daqueles conhecidos na matéria para uma série de razões, não menos das quais é o fato que as espumas de PU e/ou EVAs típicas não estão em qualquer maneira biodegradável, ao passo que os componentes de espumas produzidas neste documento são. Portanto, em várias concretizações, é fornecido método de construção de mobiliário sobre uma moldura aberta. Por exemplo, em um caso, o método pode incluir um ou mais dos seguintes passos.

[00176] Particularmente, o método pode incluir o fornecimento de uma estrutura, a estrutura definindo a traseira, uma pluralidade de paredes laterais e porções da base, tal como onde a porção da estrutura traseira é estendida substancialmente vertical e a porção da base se estende substancialmente na horizontal, em relação uma à outra, de modo que a parte da base atravessa a porção vertical. O método pode ainda incluir o corte de uma folha plana de espuma de tamanho e forma apropriada para fornecer enchimento para as porções de trás e base e/ou porções da parede lateral, corte do material de cobertura plana em tamanho e formato apropriado para terminar as porções de trás e base e/ou porções de parede lateral, fixando as folhas de espuma e o material de cobertura juntos em posições espaçadas e comprimindo a espuma para formar um projeto predeterminado contornado na superfície externa do mesmo, e para formar um subconjunto substancialmente plano caracterizado por: a folha de espuma e o material de cobertura serem livres para movimento relativo intermediário nas posições de fixação e modelagem, e fixação do subconjunto à estrutura. A cobertura para a almofada de espuma ou artigo acolchoado pode ser qualquer material de cobertura adequado normalmente usados em estofamento de mobiliário e cobertura de ornamental de almofadas e semelhantes, tais como tecidos de lã trancados, tecido de nylon trançados, ou tecido entrelaçado de outras várias fibras sintéticas, bem como materiais como couro e semelhantes.

[00177] Além disso, em outro aspecto, esta divulgação é direcionada geralmente para um processo para a fabricação de componentes de calçado, tal como solas, solas intermediárias, e/ou as palmilhas de calçados, tal como componentes de calçado que incluem ou são de outra maneira compreendido como espuma, por exemplo, espuma compostável. Especificamente, em concretizações particulares, métodos para fazer solas, solas intermediárias, palmilhas e/ou outras inserções de calçados são fornecidos. Por exemplo, a presente inserção de calçado pode ser uma forma de dispositivo de amortecimento que é adaptado para ser inserido ou outra forma ajustado dentro de um calçado, por exemplo, um calçado de corrida ou tênis, que pode ser configurado de modo a reduzir o impacto de um pé batendo em uma superfície, por exemplo, o solo durante a corrida ou caminhada, desta forma absorvendo e/ou atenuando o choque do pé.

[00178] Particularmente, componentes de sola de calçado, incluem sola intermediárias e inserções que pode incluir de uma ou uma multiplicidade de camadas. Por exemplo, em alguns casos, uma camada de base, uma camada de espuma e/ou uma camada de tecido pode ser fornecida. Especificamente, uma camada de base de um material relativamente resiliente e/ou uma camada de espuma, por exemplo, disposta sobre a camada de base, e/ou uma camada de tecido disposta sobre a camada de espuma pode ser incluída. Consequentemente, o método pode incluir formar integralmente a camada de base, a camada de espuma, e o tecido em uma folha de três lâminas. Em vários casos, uma camada de suporte pode ser disposta em uma área do calcanhar, cuja camada de suporte pode ser construída de um material rígido, tal como de densidade mais alta que a da laminada. Um adesivo, cola ou outro mecanismo de fixação pode ser fornecido e empregado para fixar e formar as três camadas laminadas com a camada de suporte.

[00179] Mais particularmente, em outros casos, o método para fazer um componente de calçado, tal como uma inserção, pode incluir as etapas de: fornece uma camada de espuma e/ou fornece uma camada de tecido; aquecer a camada de espuma; unir as camadas de espuma e tecido; fornece uma camada de base, por exemplo, uma camada de base tendo uma densidade que é a mesma, maior ou uma menor densidade como a da camada de espuma; e aquecimento de pelo menos uma camada de base e camada de espuma, de modo a acoplar a camada de base com a camada de espuma, de modo a formar uma dual ou trilaminada.

[00180] Os métodos podem incluir ainda fornecer um membro de suporte pré-formado, tal como um suporte de arco e/ou membro de calcanhar, cujos membros podem ter uma densidade substancialmente a mesma, ou menor, ou maior que a densidade da camada de espuma. Em casos particulares, o membro de suporte pode ser formado de um material de espuma compressor, de modo a obter maior densidade, e assim maior rigidez em comparação com a da camada de espuma. Adicionalmente, um adesivo reativado por calor e/ou pressão pode ser aplicado entre o suporte e/ou membro de calcanhar e o laminado. Uma pressão de moldagem pode então ser aplicada para a composição, de modo a causar a formação e/ou montagem do trilaminado no suporte e/ou membro de calcanhar, de modo a formar um inserte de calçado integral de uma peça, com o membro de calcanhar pré-formado, formando uma porção traseira e/ou o membro de suporte formar porção intermediária da superfície inferior da inserção do calçado acabado, por exemplo, no meio e/ou área do calcanhar do mesmo, e a camada de base formar a superfície inferior da inserção do calçado acabado na sua área dianteira.

[00181] Deve ser notado, no entanto, que um suporte e/ou membro de calcanhar não necessita ser incluído, e em alguns casos, um ou mais dos componentes laminados podem ser excluídos ou outras camadas laminadas acrescentadas. Deve se ainda notar que em certas concretizações, a camada de espuma pode ser mais flexível e/ou amortecedora, por exemplo, tendo um maior duômetro, que a camada de base, que por sua vez pode ser mais flexível e/ou amortecedora, por exemplo, tendo um maior duômetro, que o membro de suporte. Portanto, a espuma mais flexível e a camada de bases pode ser relativamente resiliente e conformar-se na forma do tamanho e configuração do calçado desejado, enquanto a camada(s) de suporte pode ser relativamente mais rígida.

[00182] Particularmente, conforme indicado, a camada de espuma e/ou um ou mais das camadas de suporte pode ser construída de material de espuma biodegradável e/ou ecologicamente correto divulgado neste documento. Especificamente, a camada de suporte pode ser de uma espuma mais densa, tornando assim a camada de suporte mais rígida. Portanto, em várias concretizações, a camada de espuma pode ter uma densidade de cerca de 2 (0,9072) ou cerca de 3 (1,3608) ou cerca de 5 (2,2689) a cerca de 10 lbs (4,5359 kg). por pés cúbicos (0,0283 m3) ou mais, tal como uma densidade no intervalo entre cerca de 4-6 lbs (1,8144 – 2,7215) kg. por pés cúbicos (0,0283 m3). Adicionalmente, a camada de espuma pode ter espessura de 1/8" mais ou menos 5%, tal como em um intervalo de espessura de cerca de 3/32"- 5/32".

[00183] Da mesma forma, a camada de base pode também ter uma densidade de cerca de 2 ou cerca de 3 ou cerca de 5 a cerca de 10 lbs (4,5360 kg). por pés cúbicos (0,0283 m3). ou mais, tal como uma densidade no intervalo entre cerca de 4-6 lbs (1,8144 – 2,7215 kg). por pés cúbicos (0,0283 m3). A espessura da camada de base pode ser na ordem de cerca de 5/l 6" mais ou menos l0%. No entanto, em vários casos, a espessura da camada de base pode variar de cerca de 1/4" (o,635) ou menos a cerca de 7/16" (1,11 cm) em espessura. No que diz respeito a camada de suporte, que pode ser formada principalmente na área do arco e/ou calcanhar da inserção, que também pode ser feita de espuma biodegradável e/ou compostável divulgada neste documento.

[00184] No entanto, a camada de suporte pode ser feita por compressão, de modo que a densidade final seja na ordem de 22-23 lbs (9,9790 -10,4326 kg). por pés cúbicos ((0,0283 m3). A camada de tecido pode ser construída de qualquer material adequado, por exemplo, algodão, poliéster, ou uma malha polipropileno. Em vários casos, o material e camada de espumas podem ser laminados juntos por uma técnica de laminação por chama que emprega chama aberta que é direcionada para a camada de espuma. A chama aberta gera calor suficiente na superfície para causar fusão da folha plana da camada de espuma. Uma vez fundida, a camada de tecido pode ser unida a elas e as duas camadas juntas em sanduiche podem ser colocadas entre os rolos resfriados, enquanto pressão suficiente é aplicada entre os rolos, de modo que as duas camadas sejam unidas.

[00185] Neste ponto do processo, essas camadas são ainda mantidas na forma de folha plana. Essas camadas integradas podem então ser unidas, também por laminação de chama, com a camada de base. As camadas de material e espuma previamente integrados podem ser unidas com a camada de suporte e essas camadas multilaminadas podem então ser passadas entre rolos resfriados. Nesta etapa do processo, essas camadas ainda estão na forma de folha plana. As camadas assim laminadas até esse ponto estão então prontas para serem moldadas. Isso pode ser realizado por aquecimento das camadas laminadas a uma temperatura de molde de aproximadamente 250º F, tal como por um período de cerca de 1 à cerca de 5 minutos ou mais, por exemplo, cerca de 225 segundos. Isso aquece as camadas previamente laminadas suficientemente para permitir que sejam inseridas em um molde.

[00186] O seguinte é uma descrição de várias implementações da presente divulgação que faz referências para as figuras anexadas. Consequentemente, em um aspecto, um componente de calçado é fornecido. Particularmente, como ilustrado na Figura 1, uma concretização da presente divulgação é um componente de calçados, a saber uma sola intermediária de calçado de espuma flexível microcelular que é feita de uma mistura de biopolímero termoplástico biodegradável e industrialmente compostável I 02.

[00187] Especificamente, a sola intermediária de calçado de espuma flexível biodegradável microcelular moldada por injeção e industrialmente compostável é feita de um ou mais biopolímero e a mistura de biopolímero, tal como incluindo um biopolímero termoplástico. Particularmente, biopolímero termoplástico ou a mistura de biopolímero usada para fabricar as espumas flexíveis microcelulares moldadas por injeção biodegradáveis e industrialmente compostáveis podem ser opcionalmente criadas a partir de qualquer número de co- poliésteres alifático e alifático-aromático, ou semelhantes.

[00188] Um exemplo não limitante de um biopolímero adequado que encontra uso na produção de biopolímero ou mistura de biopolímero consiste de ácido polilático (PLA), poli(L-lactic acid) (PLLA), poli(butileno adipato-co-

tereftalato) (PBAT), policaprolactone (PCL), polihidroxi alcanoato (PHA), polibutileno succinate (PBS), policaprolactone (PCL), polibutileno succinate adipato (PBSA), polibutileno adipato (PBA), e termoplástico amido (TPS). Adicionalmente, mistura de biopolímeros híbridos podem ser utilizados na fabricação de espumas flexíveis microcelular moldado por injeção biodegradável e industrialmente compostável. Um exemplo não limitante de uma mistura de biopolímero híbrido consiste de poli(buti1eno adipato-co-tereftalato) contendo algas (PBAT - Poly(Buty1ene Adipate-co-Terephthalate).

[00189] No exemplo fornecido, as porções de algas do biopolímero híbrido consiste em quaisquer espécies adequadas de algas em uma forma de pó seco. Vários exemplos não limitantes de espécies algas adequadas incluem algas azuis- verdes, algas verdes, algas vermelhas, algas marrons e diatomáceas e suas combinações. O pó de algas secas acima mencionado pode ser extrudado e equipamento padrão de rosca com o biopolímero PBAT, tal que os pós de alga desnaturem na cadeia de polímero do PBAT. Assim, isso forma um biopolímero híbrido para uso na fabricação de espumas flexíveis microcelular moldado por injeção biodegradável e industrialmente compostável da presente divulgação.

[00190] Os produtos de espuma produzidos podem incluir ou de outra forma incorporar um número dos seguintes ingredientes: um pó de enchimento e / ou um ou mais aditivos. Particularmente, dependendo da aplicação, aditivos podem ser utilizados nas formulações de biopolímero. Por exemplo, poli

(ácido aspártico-co-lactídeo) oligomérico (PAL) pode ser opcionalmente composto em masterbatch para acelerar biodegradação. Adicionalmente, enchimentos tais como carbonato de cálcio precipitado de aragonita, amidos ou semelhantes, podem ser utilizados para reduzir o custo da peça, enquanto mantém a integridade renovável e biodegradável das espumas flexíveis acabadas.

[00191] Além disso, aditivos adicionais para uso nas formulações de biopolímero pode consistir em um ou mais dos seguintes. Agentes de nucleação, tais como talco microlamelar ou aragonita oolítica de alta razão de aspecto, podem ser incluídos. Tais agentes de nucleação podem melhorar muitas das propriedades principais da espuma flexível resultante, evitando coalescência celular, reduzir a densidade aparente e melhorar a resiliência de recuperação, entre outros atributos benéficos aprimorados. Vários exemplos não limitantes de agentes de nucleação para uso na produção espumas flexíveis microcelular moldado por injeção biodegradável e industrialmente compostável são talco microlamelar comercializado como Mistrocélula® by Imerys Talc America Inc., Houston, Texas e aragonita oolítica de alta proporção de aspecto comercializado como OceanCal® por Calcean Minerals & Materials LLC, Gadsden, Alabam.

[00192] Colorantes, Tintas e Pigmentos também podem ser incluídos. Por exemplo, vários colorantes, tal como tintas, pigmentos ou bio-pigmentos podem ser opcionalmente usados nas formulações de biopolímeros da presente invenção. Vários exemplos não limitantes são pigmentos naturais de origem vegetal que foram feitos sob medida para uso de biopolímero, tal como uma ampla variedade oferecida por Treffert GmBH & Co. KG, Bingen am Rhein, Germany ou aqueles oferecidos pela by Holland Colours Americas Inc., Richmond, Indiana.

[00193] Existem várias configurações e concretizações que podem ser empregadas, dependendo de: as propriedades físicas desejado, e o uso final pretendido da sola intermediária de calçado 100, seja para trabalho, recreação, uso de água, ou semelhantes, que não devem ser limitados por esses exemplos.

[00194] Um dispositivo adequado do sistema pode ser exemplificado na Figura 2 e pode ser empregado na produção de um material de espuma como divulgado acima neste documento. Por exemplo, em uso, um masterbatch de biopolímero 202 é alimentado no funil de carga 204 de qualquer adequado máquina de moldagem por injeção 206. O masterbatch de biopolímero é liquefeito por aquecimento, enquanto é transportado através rosca da máquina de moldagem por injeção 208. O nitrogênio ou gás CO2 210 é injetado no fundido de biopolímero e misturado

212. Além disso, a mistura de biopolímero e gás está sob pressão e é injetada na ferramenta de moldagem por injeção

214. Em conjunto com a injeção de gás biopolímero, o sistema de contrapressão do gás 216 envia uma dose medida de nitrogênio ou gás CO2 218 par aa ferramenta de moldagem pressurizada por meio do valor de controle de gás 220.

[00195] Pouco depois disso, o sistema de controle de temperatura de molde dinâmico (DMTC) 222 está controlado e ajustado à temperatura dentro da ferramenta de moldagem 214. A ferramenta de moldagem 214 é então suficientemente resfriada e a peça de espuma flexível microcelular moldada por injeção biodegradável e industrialmente compostável resultante é ejetada da máquina de moldagem por injeção.

[00196] A Figura 3 fornece fluxograma para ilustrar o método 300 de produzir uma espuma flexível microcelular moldado por injeção biodegradável e industrialmente compostável. Em 302, uma mistura de biopolímero é selecionada, e em 304 a mistura é puxada para a máquina de moldagem por injeção através do funil de material. Em 306, a mistura de biopolímero é liquefeita e homogeneizada enquanto está sendo transportada através da rosca da máquina de moldagem por injeção. Em 308, o nitrogênio ou gás CO2 é injetada no fundido de biopolímero. Em 310, a mistura de biopolímero e gás está sob pressão e injetada na ferramenta de moldagem por injeção. Em 312, a temperatura da ferramenta de moldagem por injeção é controlada dinamicamente para garantir a estrutura celular ideal. Em 314, a dose ideal de contrapressão de gás é aplicada para a ferramenta de moldagem por injeção para um período de tempo suficiente para garantir a estrutura de espuma ideal com espessura mínima de película. Em 316, a ferramenta de moldagem por injeção é suficientemente resfriada e a peça de espuma moldada resultante é ejetada da máquina de moldagem por injeção.

[00197] Em algumas implementações, e sem apresentar limitações, um processo de fabricação de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável divulgada neste documento inclui as etapas descritas abaixo. Os procedimentos de configuração do processo giram em torno do estabelecimento de uma dosagem controlada de SCF no barril de injeção: nas condições de velocidade, temperatura e pressão da rosca que resultam em uma solução monofásica.

[00198] Garantindo que as condições básicas de dosagem de SCF sejam atendidas, existem principalmente sete pontos de ajuste do processo: Pressão de entrega de SCF: Definir a pressão do bioplástico contra a qual o SCF está dosando durante a rotação da rosca. Isso se refere a ambos a contrapressão específica do biopolímero durante a recuperação da rosca e também controle de posição da rosca durante parada da rosca. Como um exemplo não limitante, os pontos de ajuste da pressão para distribuição do biopolímero podem estar no intervalo de 2.000 psi (140,61kgf/cm2) e 3.000 psi (210,92kgf/cm2), e mais preferencialmente no intervalo de 2.700 psi (189,83kgf/cm2) e 2.800 psi (196,86kgf/cm2). Esses pontos de ajuste da posição da rosca defini a posição da rosca na qual a dosagem SCF começa, que pode então definir a injetor SCF para a posição de aberta ou fechada. A posição deve ser definida de forma que a pressão no barril durante a recuperação da rosca se torne estável antes do início da dosagem. Como um exemplo não limitante, a posição aberta pode estar no intervalo de 0,3 e 0,4 inches (0,762 – 1,016 cm).

[00199] A porcentagem do tamanho da dose e SCF também podem ser controlados. Isso controla a massa real de SCF dosado durante cada ciclo. Como um exemplo não limitante, O tamanho da dose pode estar no intervalo de 100 gramas a 300 gramas, e mais preferencialmente 200 gramas. Um exemplo não limitante da porcentagem do SCF poderia estar no intervalo de 0,45% e

0,75%, e mais preferencialmente 0,5%. O sistema pode também ser configurado para otimizar a dosagem. Isso é efetuado para maximizar o tempo de dosagem e minimizar a razão de fluxo (diferença de pressão entre a pressão de pré-medição e a pressão de distribuição). Um exemplo não limitante do tempo de dosagem está entre 1-2 segundos, e mais preferencialmente 1,7 segundos.

[00200] Um controle dinâmico da temperatura do molde (DMTC- Dynamic Mould Temperature Control) também pode ser implementado. Este é um processo que envolve a mudança rápida e o controle da temperatura do molde durante a etapa de enchimento da injeção, de modo a controlar dinamicamente a temperatura do molda em termos de ambos os ciclos térmicos quentes e frios. Antes da injeção do fundido, o molde é primeiro aquecido até um limite superior predefinido. Durante o estágio de enchimento do fundido, a temperatura da superfície da cavidade do molde é mantida mais alta do que o limite superior para evitar que o fundido solidifique prematuramente.

[00201] Quando o processo de enchimento do fundido termina, o molde é resfriado rapidamente até um limite inferior conhecido como temperatura de ejeção, que é a temperatura que a peça é ejetada para fora da cavidade de molde. Um exemplo não limitante do intervalo de temperatura do molde ótimo da presente divulgação está entre 40°C e 150°C com uma velocidade resfriamento entre 1°C por segundo e 15°C por segundo, e mais preferencialmente 11°C por segundo. Um exemplo não limitante do tempo de resfriamento do molde da presente invenção está entre 80 segundos e 100 segundos.

[00202] Da mesma forma, a contrapressão do gás (GCP - Gas CounterPressure) pode também ser controlada. Este é um processo que inclui uma cavidade de molde pressurizada, que é injetado com gás nitrogênio para neutralizar a expansão do gás dentro do fundido. À medida que a contrapressão é liberada, as bolhas de gás que convencionalmente iriam penetrar na superfície ficam presas no interior, criando uma película lisa. O GCP controla a formação de espuma por meio da qualidade da superfície, estrutura da espuma e espessura da película. Um exemplo não limitante de contrapressão de gás da presente invenção é O bar/1 0bar/30 bar/50 bar com um tempo de retenção entre 1 segundo e 25 segundos, e mais preferencialmente 5 segundos. Um exemplo não limitante do diâmetro médio da célula microcelular da presente invenção pode ser medido em micrômetros (µm) entre 1 micrometro e 100 micrometros, e mais preferencialmente 40 micrometros.

[00203] Em vista do exposto acima, em algumas implementações, uma mistura de biopolímero termoplástica adequado é produzida. Uma vez que a mistura termoplástica é produzida, a mistura de biopolímero termoplástico pode ser moldado por injeção em formato de molde adequado, tal como com a adição de um gás inerte, como gás nitrogênio. Adicionalmente, a pressão pode também ser controlada com precisão.

[00204] Por exemplo, a utilização de contrapressão de gás no processo de moldagem por injeção pode ser implementada. Isso também é útil ainda para garantir a estrutura de espuma ideal com a menor quantidade de defeitos cosméticos, e pouca nenhuma película plástica do lado de fora da peça espumada, o que é importante para fazer um produto espumado que pode ter uma multiplicidade de utilizações finais, com base na forma do molde. O processo de moldagem pode incluir a implementação de um controle dinâmico da temperatura do molde. Por exemplo, em várias concretizações, controlar dinamicamente a temperatura do processo de moldagem é útil para obter uma estrutura celular ótima. Outros elementos do processo de moldagem que podem ser controlados incluem: o fundido de biopolímero, a pressão e tempo, de modo que a espuma flexível desejada é formada.

[00205] Consequentemente, como vista e exposto acima, a presente divulgação relata para um processo para a formação de espuma microcelular moldada por injeção de várias composições de espuma flexível a partir de resinas termoplásticas bioderivadas biodegradável e industrialmente compostáveis para uso em, por exemplo, componentes de calçados, componentes de assento, acessórios de proteção de engrenagem e acessórios para esportes aquáticos.

[00206] A criação de uma estrutura de espuma flexível microcelular biodegradável e industrialmente compostável começa com um biopolímero ou mistura de biopolímero adequado tal como esses de origem de co-poliéster alifático e alifático-aromático. Um exemplo não limitante de uma mistura de biopolímero adequada é ácido polilático (PLA) e poli(butileno adipato-co-tereftalato) (PBAT). As resinas de biopolímero termoplástico misturadas acima mencionadas têm mostrado propriedades técnicas vantajosas na formação da estrutura de espuma flexível microcelular ótima da invenção. Algumas das propriedades técnicas aprimoradas incluem propriedades de envelhecimento aceitáveis, alongamento excelente e conjunto de compressão excepcional, entre outros benefícios.

[00207] Os biopolímeros de co-poliéster alifático e alifático-aromático ou misturas de biopolímeros ideais por si só não podem produzir uma espuma flexível sem um agente formador de espuma e processo de formação de espuma adequados. O agente formador de espuma amplamente conhecido em uso hoje é uma substância química chamada azodicarbonamida (ADA - AzoDicarbonAmide). A azodicarbonamida é tipicamente pré- impregnada em resinas masterbatch termoplásticas petroquímicas para uso em processes convencionais de moldagem por injeção espuma. Infelizmente, ADA não é ecologicamente correta e é suspeita de ser cancerígena para a saúde humana. Além disso, as resinas masterbatch termoplásticas petroquímicas convencionais não são biodegradáveis nem industrialmente compostáveis. Para alcançar a espuma flexível mais biodegradável e industrialmente compostável para a invenção acima mencionada, gás de nitrogênio inerte ou dióxido de carbono em um estado de fluido supercrítico é usado como um agente formador de espuma físico em um processo de moldagem por injeção modificado. Um processo de formação de espuma física modificado é empregado em conjunto com um masterbarch de biopolímero termoplástico ou mistura de biopolímero adequado, de modo que o biopolímero ou mistura de biopolímero e agente formador de espuma trabalhem harmoniosamente para produzir as espumas flexíveis biodegradável e industrialmente compostável mais adequadas.

[00208] O processo de moldagem por injeção desta divulgação se baseia na nucleação celular homogênea que ocorre quando uma solução monofásica de biopolímero ou mistura de biopolímero e fluido supercrítico (SCF) passa através da passagem de injeção para a cavidade do molde. Conforme a solução entra no molde, a pressão reduz o que causa o SCF saia da solução criando núcleo de célula. As células então crescem até que o material preencha o molde, e os recursos de expansão SCF são esgotadas. Este processo de fabricação é executado em máquinas de moldagem por injeção que foram modificadas para permitir a dosagem, distribuição e mistura do SCF no biopolímero para criar a solução monofásica. O controle dinâmico da temperatura do molde (DMTC - Dynamic Mould Temperature Control) é empregada para garantir uma estrutura celular consistente dentro do fundido de biopolímero em expansão. O DMTC pode ser mais bem descrito como a rápida mudança e controle da temperatura do molde durante o estágio de enchimento da injeção; isso portanto controla dinamicamente a temperatura do molde em termos de ciclagem térmica quente e fria. A contrapressão de gás (GCP - Gas CounterPressure) também é utilizada no processo de fabricação para garantir a estrutura de espuma ideal com pouca ou nenhuma película na espuma flexível resultante. O GCP pode ser descrito melhor como um processo que inclui uma cavidade de molde pressurizada que é injetada com SCF para neutralizar a expansão do gás dentro do fundido. À medida que a contrapressão é liberada, as bolhas de gás que convencionalmente iriam penetrar na superfície ficam presas no interior, criando uma película lisa. O GCP controla a formação de espuma por meio da qualidade da superfície, estrutura da espuma e espessura da película.

[00209] A criação da solução monofásica, na qual o SCF é totalmente dissolvido e uniformemente disperso no biopolímero fundido, ocorre dentro do barril de injeção barril sob condições de processo cuidadosamente controlada. O SCF deve ser medido com precisão no fluxo de massa no biopolímero por um período fixo de tempo. E durante o período de dosagem, as condições certas de temperatura, pressão e cisalhamento podem ser estabelecidas dentro do barril. O controle de contrapressão, velocidade de rosca e temperatura do barril, bem como o sistema de distribuição de SCF todos desempenham um papel no estabelecimento das condições do processo que cria a solução monofásica.

[00210] Uma vez criada a solução monofásica, uma máquina de moldagem por injeção modificada mantém a solução em um estado pressurizado até o início da injeção. A máquina alcança isso através dos esforços combinados de um bocal de fechamento e controle de posição de rosca. O bocal de fechamento evita a despressurização e formação de espuma prematura no molde. O controle de posição ativa ou passiva da rosca evita a despressurização por meio do movimento de sentido contrário da rosca. Durante controle de posição ativo da rosca, a posição da rosca é continuamente monitorada, e a pressão aplicada na parte traseira da rosca é ajustada para manter um ponto de ajuste da posição ou uma pressão constante é mantida na parte traseira da rosca. No controle de posição passivo, o óleo usado para regular contrapressão é impedido de escoar para seu tanque final da recuperação da rosca. Este óleo residual impede que a rosca se mova no sentido contrário devido à pressão da solução monofásica.

[00211] O projeto adequado do molde também ajuda a manter a solução monofásica. Os moldes com sistema câmara quente requer válvula de passagem para evitar que o material goteje dos bocais quando o molde é aberto. Os moldes nos quais o bocal da máquina rompe o contato com a bucha de jito durante a operação normal, tal como em moldes em pilha ou em tandem, requerem um fechamento na bucha de jito. Caso contrário, a pressão da câmara quente será aliviada pela bucha de jito.

[00212] O agente formador de espuma utilizado para moldagem por injeção as espumas microcelular biodegradável e industrialmente compostável é gás de nitrogênio inerte ou dióxido de carbono em um estado de fluido supercrítico (SCF - SuperCritical Fluid). Cada um dos agentes espumantes acima mencionados tem seu lugar, dependendo dos requisitos técnicos da peça final sendo produzida.

[00213] Um agente formador de espuma útil para esta invenção é o gás de nitrogênio SCF, uma vez que fornece redução de peso melhorada e uma estrutura celular fina porcentagens de peso muito mais baixa que do dióxido de carbono SCF. Na verdade, os níveis de nitrogênio SCF serão normalmente pelo menos 75 por cento mais baixo do que o nível de dióxido de carbono SCF necessário para alcançar peças comparáveis. O dióxido de carbono SCF, no entanto, é o agente formador de espuma preferido em duas situações: quando a redução da viscosidade é o objetivo do processamento primário ou quando a aplicação não pode tolerar a ação de formação de espuma mais agressiva do nitrogênio SCF.

[00214] As diferenças na eficácia de dois agentes espumantes decorrem de seu comportamento na biopolímero fundido. O dióxido de carbono, que se torna um fluido SCF a 31,1º Celsius e 72,2 bar, é 4 a 5 vezes mais solúvel em biopolímeros do que o nitrogênio, que se torna um fluido supercrítico a -147 Celsius e 34 bar. Por exemplo, o ponto de saturação em um biopolímero não preenchido é cerca de 1,5 a2 por cento por peso de nitrogênio, dependendo de condições de temperatura e pressão, enquanto o nível de saturação de dióxido de carbono é próximo de 8 por cento por peso. O dióxido de carbono também exibe uma maior mobilidade no biopolímero, permitindo que ele migre mais para dentro das bolhas existentes do que o nitrogênio. Do ponto de vista da nucleação de célula, maior solubilidade e mobilidade significa que menos células serão nucleadas, e aquelas que se nuclearem tenderão a ser maiores.

[00215] A solubilidade, no entanto, torna-se uma vantagem quando o objetivo é a redução da viscosidade. Um SCF dissolvido em um biopolímero atua como um agente plastificante, reduzindo a viscosidade do biopolímero. Como a redução da viscosidade é parcialmente uma função da quantidade de SCF adicionado no biopolímero e porque o dióxido de carbono tem um limite de solubilidade mais alto que o nitrogênio, a capacidade de reduzir a viscosidade com dióxido de carbono é maior.

[00216] O dióxido de carbono também é preferido, quando a quantidade de nitrogênio necessária para produzir uma peça é tão baixa que não é possível processar as peças de forma consistente. Como o dióxido de carbono é agente formador de espuma muito menos agressivo, algumas vezes é mais fácil administrar baixos níveis de dióxido de carbono. Por exemplo, 0,15 ou 0,2 por cento de dióxido de carbono em comparação com os níveis muito de nitrogênio em menos de 0,05 por cento. Os casos indicados conforme exemplo anterior ocorrem principalmente em materiais macios e peças com seções transversais espessas.

[00217] Embora poucas concretizações tenham sido descritas em detalhes acima, outras modificações são possíveis. Outras concretizações podem estar dentro do escopo das reivindicações seguintes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para a fabricação de um produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável, o método compreende: introdução de um masterbatch combinado de biopolímero termoplástico para formação de espuma em um barril de um aparelho de montagem; introdução de um fluido no barril sob condições de temperatura e pressão para produzir um fluido super crítico, que após contato com o masterbatch misturado de biopolímero termoplástico produz uma espuma fundida termoplástica; injetar a espuma fundida termoplástica em uma cavidade de um formato de molde adequado; aplicação de uma contrapressão de gás para a cavidade; e resfriar a cavidade para produzir o produto moldado.

2. Método de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado por: a introdução de um ou mais dos masterbatch de biopolímero termoplástico ser através de uma bucha de jito.

3. Método de acordo com a Reivindicação 2, caracterizado por: o masterbatch misturado de biopolímero termoplástico ser produzida através de uma extrusora de rosca dupla

4. Método de acordo com a Reivindicação 3, caracterizado por: o masterbatch misturado de biopolímero termoplástico incluir um ou mais de ácido polilactídeo (PLA - PolyLactide Acid), polihidroxialcanoato (PHA - PolyHydroxyAlkanoate), acetato de celulose (CA - Cellulose Acetate), amido e um termoplástico derivado de petróleo.

5. Método de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado por: o fluido ser introduzido na barra através de uma unidade de medida.

6. Método de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado por: o fluido supercrítico inclui um ou mais de nitrogênio e dióxido de carbono.

7. Método de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por: o fluido supercrítico ser introduzido sob pressão e a uma temperatura, a pressão variando de cerca de 150 bar a cerca de 300 bar, e a temperatura variando de cerca de 150°C e cerca de 350°C.

8. Método de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por: a temperatura ser controlada via controle dinâmico de temperatura do molde.

9. Método de acordo com a Reivindicação 8, caracterizado por: a contrapressão de gás variar de cerca de 5 bar a cerca de 50 bar aplicada por um período de tempo entre 1 segundo a 25 segundos.

10. Método de acordo com a Reivindicação 9, caracterizado por: o produto moldado ser um componente de calçado incluindo um ou mais de uma sola, uma entressola e uma palmilha.

11. Aparelho de montagem por injeção para produzir um produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável, o aparelho de montagem por injeção compreender: um funil de carga configurado para receber e introduzir uma pluralidade de biopolímeros termoplásticos no aparelho de montagem, os biopolímeros termoplásticos formando um masterbatch para ser misturado; uma unidade de medida configurada para receber um fluido,

e introduzir o fluido recebido no aparelho de montagem sob condições, de modo a produzir um fluido supercrítico após a referida introdução; um barril tendo uma primeira cavidade configurada para receber o masterbatch de biopolímero termoplástico misturado e o fluido quando introduzido no aparelho de montagem seja de tal maneira que uma espuma fundida termoplástica é produzida quando o fluido supercrítico entra em contato com o masterbatch de biopolímero termoplástico misturado dentro da primeira cavidade; uma unidade de distribuição de contrapressão de gás configurada para fornecer uma contrapressão de gás para a primeira cavidade de modo a controlar a expansão do fundido espumado; e um molde tendo uma segunda cavidade em comunicação de fluido com a primeira cavidade do barril, a segunda cavidade sendo configurada para receber o fundido espumado e produzir um produto moldado de espuma flexível quando o fundido é resfriado.

12. Aparelho de montagem por injeção de acordo com a Reivindicação 11, adicionalmente compreendendo um parafuso alternativo que é configurado para comprimir o fundido espumado dentro da primeira cavidade, e para transportar o fundido espumado comprimido para a segunda cavidade do molde.

13. Aparelho de montagem por injeção de acordo com a Reivindicação 12, adicionalmente compreendendo um conduíte entre a primeira cavidade do barril e a segunda cavidade do molde, o conduíte incluindo um bocal, caracterizado por: o bocal adicionalmente incluir uma bucha de jito de modo a formar uma vedação entre o barril e o molde.

14. Aparelho de montagem por injeção de acordo com a Reivindicação 13, caracterizado por: o biopolímero termoplástico compreender um ou mais dos ácido polilactídeo (PLA), polihidroxialcanoato (PHA), acetato de celulose (CA), amido e um termoplástico derivado de petróleo, e o fluido compreender um ou mais de nitrogênio e dióxido de carbono.

15. Aparelho de montagem por injeção de acordo com a Reivindicação 14, caracterizado por: o molde ter uma forma de modo a produzir um produto moldado de um componente de calçado incluindo um ou mais de uma sola, uma entressola e uma palmilha.

16. Sistema para produzir um produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável, o sistema compreendendo: aparelho de montagem por injeção para produzir o produto moldado de espuma flexível biodegradável e industrialmente compostável, o aparelho de montagem por injeção compreendendo: um funil de carga configurado para receber e introduzir uma pluralidade de biopolímeros termoplásticos no aparelho de montagem, os biopolímeros termoplásticos formando uma masterbatch para ser misturado; um barril tendo uma primeira cavidade configurada para receber o masterbatch de biopolímero termoplástico misturado de modo a produzir um fundido espumado; e um molde tendo uma segunda cavidade em comunicação de fluido com a primeira cavidade do barril, a segunda cavidade sendo configurada para receber o fundido espumado e produzir o produto moldado de espuma flexível quando o fundido e resfriado;

um sistema de dosagem de gás supercrítico configurado para receber um fluido e introduzir o fluido recebido na primeira cavidade do barril sob condições de modo a produzir um fluido supercrítico após a referida introdução, o fluido supercrítico produzir o famoso fundido quando o fluido supercrítico contata o masterbatch de biopolímero termoplástico misturado dentro da primeira cavidade; um sistema de controle de temperatura dinâmico configurado para controlar a temperatura dentro de uma ou mais da primeira e segunda cavidades; uma unidade de distribuição de contrapressão de gás configurada para fornecer uma contrapressão de gás para a primeira cavidade de modo a controlar a expansão do fundido espumado; e uma unidade de controle que compreende um ou mais microprocessadores, a unidade de controle para controlar um ou mais dentre os aparelhos de montagem por injeção, o sistema de dosagem de gás supercrítico, o sistema de controle de temperatura dinâmico e a unidade de distribuição de contrapressão de gás, de acordo com um ou mais parâmetros do sistema.

17. Sistema de acordo com a Reivindicação 16, adicionalmente compreendendo um ou mais sensores, o um ou mais sensores selecionados da lista, incluindo uma temperatura, pressão, acelerômetro, giroscópio e um sensor de orientação, o um ou mais sensores sendo configurado para serem posicionados dentro de uma ou mais cavidades do aparelho de moldagem por injeção.

18. Sistema de acordo com a Reivindicação 17, adicionalmente compreendendo um módulo de comunicações acoplado a um ou mais dos módulos de controle, o sistema de dosagem de gás supercrítico, o sistema de controle dinâmico de temperatura e unidade de controle de contrapressão de gás, o módulo de comunicações sendo configurado para realizar um ou mais protocolos de comunicação sem fio selecionado da lista incluindo WIFI, Bluetooth, Bluetooth de baixo consumo e comunicações celulares.

19. Sistema de acordo com a Reivindicação 18, caracterizado por: o sistema de controle dinâmico de temperatura incluir um ou mais elementos de aquecimento e um elemento de resfriamento acoplado a um ou mais do interior e exterior do barril e do molde.

20. Sistema de acordo com a Reivindicação 19, caracterizado por: o molde ter uma forma de modo a produzir um produto moldado de um componente de calçado incluindo um ou mais de uma sola, uma entressola e uma palmilha.