BR112021004065B1 - Método para formar um artigo - Google Patents

Abstract

A presente invenção provê um método para formar um artigo (100) a partir de uma composição de plástico fundido que compreende um polímero e um agente de sopro. O método provê que durante uma etapa de injeção (c) e uma etapa de embalagem (d), a pressão de injeção e a pressão de embalagem, respectivamente, sejam mantidas acima de um limite mínimo de pressão em pelo menos uma segunda região (32) da cavidade (8) para manter o agente de sopro físico como um gás dissolvido no polímero de modo que substancialmente nenhuma bolha de gás seja formada na pelo menos uma segunda região, durante uma etapa de abertura do molde (e), pelo menos parte da composição de plástico fundido é exposta a uma pressão externa inferior do que um limite de pressão mínima para formar no artigo pelo menos uma primeira porção compreendendo espuma celular expandida formada a partir da composição de plástico, e antes da etapa de abertura (e), a composição de plástico na pelo menos uma segunda região da cavidade foi resfriada de modo que seja totalmente solidificada para formar no artigo pelo menos uma segunda porção compreendendo uma composição de plástico não expandido de fase sólida substancialmente homogênea

Description

[001] A presente invenção se refere à formação de artigos de plástico espumado, por exemplo, copos ou recipientes para alimentos.

[002] Na indústria de acondicionamentos, um tipo de copo descartável comumente usado (por exemplo, copos de café para viagem) é um copo de papel com um revestimento interno de um material plástico, por exemplo, polietileno de baixa densidade (LDPE). Como esses copos são feitos de dois materiais diferentes que podem ser difíceis e/ou caros de separar, sua reciclagem pode ser um desafio. Além disso, como há uma costura em um lado do copo onde o material de papel é unido, o líquido pode vazar da área da junção na borda do copo quando o copo é inclinado para consumo da bebida de dentro (particularmente quando o copo é usado em conexão com uma tampa que tem um bocal através do qual a bebida passa para o consumo).

[003] Esforços têm sido feitos na indústria para prover copos descartáveis de polipropileno. Na moldagem por injeção convencional, uma parede espessa é necessária para criar algum isolamento térmico em um copo. Normalmente, uma estrutura celular provê o isolamento térmico e um agente de sopro é adicionado ao polímero termoplástico para criar uma estrutura espumada para melhorar ainda mais o isolamento térmico e para reduzir a densidade da parede espumada.

[004] O documento WO-A-2017/134181 descreve um artigo e um método para formar o artigo, no qual o artigo é um copo de polipropileno que tem regiões expandidas e não expandidas. As regiões expandidas tornam-se translúcidas, como resultado da formação de espuma celular nessas regiões. Também é descrito que as regiões não expandidas tornam-se translúcidas, porque há alguma formação de células expandidas nessas regiões. É desejável que as regiões não expandidas se tornem transparentes, isto é, visualmente claras, como resultado da ausência de espuma celular sendo formada nessas regiões. No entanto, pode ser difícil controlar o processo para obter regiões não expandidas transparentes ou visualmente claras.

[005] A presente invenção visa, pelo menos parcialmente, superar o problema de alcançar regiões de espuma celular expandida translúcida e regiões não expandidas, isto é, visualmente claras, em um artigo.

[006] A presente invenção provê um método para formar um artigo de acordo com a reivindicação 1.

[007] As características preferidas do método são definidas nas reivindicações dependentes.

[008] O método da presente invenção forma um artigo que pode ter qualquer forma, morfologia ou função. No entanto, a presente invenção tem aplicação particular na fabricação de artigos ocos, como um copo ou qualquer outro recipiente ou reservatório para conter um líquido.

[009] As vantagens da presente invenção são que o artigo formado pelo método é facilmente reciclável e reutilizável, tem um alto nível de rigidez provido pelas regiões expandidas e também possui boas propriedades de isolamento térmico providas pelas regiões expandidas, ainda incorpora regiões não expandidas que podem prover propriedades estruturais e/ou estéticas ao artigo.

[0010] As regiões sem espuma são transparentes ou visualmente claras.

[0011] A presente invenção é pelo menos parcialmente baseada na verificação, pelo presente inventor, de que o controle da pressão durante as fases de injeção e embalagem em relação a uma pressão mínima de limite pode garantir de forma confiável que regiões do artigo não são expandidas após o artigo ter sido exposto a uma pressão reduzida, por exemplo pressão atmosférica, durante a expansão para formar as regiões expandidas.

[0012] O presente inventor também verificou que os artigos produzidos pelo método da presente invenção também têm o nível de rigidez necessário para tais artigos, apesar da redução na quantidade de material usado nos mesmos. Verificou-se que à medida que a composição de plástico espumado celular, tipicamente um polímero termoplástico como uma poliolefina, tipicamente polipropileno, resfria lentamente, devido às suas qualidades de isolamento térmico, a cristalinidade da composição de plástico pode aumentar, o que por sua vez pode aumentar a rigidez da composição de plástico espumado celular. A expansão da composição de plástico fundido entre a primeira e a segunda películas através da formação de espuma também provê aos artigos boas propriedades de isolamento térmico.

[0013] Além disso, uma vez que todo o recipiente pode ser feito de uma única camada de material reciclável (ou seja, nenhuma camada de materiais diferentes que precisam ser separados), o recipiente é mais fácil de reciclar do que os copos de papel revestidos de plástico comumente usados.

[0014] Além disso, como os artigos são moldados por injeção nos métodos da presente invenção, não há nenhuma junção presente no artigo através da qual um vazamento de um líquido contido no mesmo possa ocorrer.

[0015] As modalidades da presente invenção serão agora descritas, apenas a título de exemplo com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 é uma vista lateral de um copo formado pelo método de uma modalidade da presente invenção; a Figura 2 é um corte transversal na linha AA de uma primeira parte do copo da Figura 1 ilustrando a aparência de uma região translúcida expandida do copo em diferentes estágios no método da presente invenção; e a Figura 3 é um corte transversal na linha BB de uma segunda parte do copo da Figura 1 ilustrando a aparência de uma região transparente não expandida do copo em diferentes estágios no método da presente invenção.

[0016] Com referência à Figura 1, é mostrada uma vista lateral de um artigo, por exemplo, um copo, tal como um copo para café, formado pelo método da presente invenção.

[0017] O copo 100 tem uma parede lateral anular 102 tendo uma região de espuma expandida anular 104 e uma região anular não expandida 106. Neste relatório descritivo, o termo “anular” significa “geralmente semelhante a um anel”, não está limitado a formas geometricamente circulares e abrange formas que podem ser circulares ou diferentes de circulares, por exemplo elípticas, poligonais, etc. A região de espuma expandida 104 tem tipicamente uma espessura de 1 a 4 mm, opcionalmente de 1 a 3 mm. A região não expandida 106 tem tipicamente uma espessura de 0,25 a 0,75 mm, opcionalmente de 0,25 a 0,5 mm.

[0018] A região de espuma expandida 104 parece translúcida a olho nu porque a espuma celular expandida inclui células que têm paredes celulares que refletem a luz visível. No entanto, se um pigmento for incorporado no polímero termoplástico em uma concentração elevada, a região expandida 104 pode parecer opaca, com uma cor sólida.

[0019] Em contraste, a região não expandida 106 não tem células, ou se quaisquer células estiverem presentes, por exemplo, em uma concentração baixa, elas têm um tamanho de célula tipicamente inferior a 0,5 mícron e, portanto, não são visíveis a olho nu e, consequentemente, as regiões não expandidas 106 parecem transparentes a olho nu. A região não expandida 106 parece transparente a olho nu, uma vez que o agente de sopro, nesta modalidade CO2 gasoso, permaneceu em solução no polímero, nesta modalidade polipropileno, durante a fabricação do artigo. Após a solidificação do polímero fundido, não é possível que as células se formem como um resultado de qualquer ação do agente de sopro.

[0020] A presente invenção se refere à fabricação confiável de tal artigo que compreende tanto uma região de espuma expandida translúcida 104 quanto uma região não expandida transparente 106.

[0021] Com referência à Figura 2, é mostrado um corte transversal na linha AA ilustrando a aparência da região expandida 104 em diferentes estágios no método da presente invenção.

[0022] Nas Figuras 2 e 3, as distâncias são exageradas para fins de clareza de ilustração.

[0023] Com referência ao lado esquerdo da Figura 2, a região expandida 104 do artigo é formada usando um molde 2 tendo uma primeira parte externa anular 12 e uma segunda parte interna anular 14. A primeira e a segunda partes 12, 14 têm as respectivas primeira e segunda superfícies de formação de cavidades 22a, 24a. A primeira superfície de formação de cavidade 22a da parte externa 12 do molde compreende corrugações 25, as corrugações 25 na primeira superfície de formação de cavidade 22a tendo picos e depressões, por exemplo na forma de uma onda sinusoidal. A onda sinusoidal pode ter uma variedade de configurações diferentes em relação à forma e morfologia dos picos e depressões. A segunda superfície de formação de cavidade 24a é de preferência lisa e sem quaisquer ondulações.

[0024] O molde 2 é fechado definindo assim uma primeira região 30 de uma cavidade 8 entre a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidades 22a, 24a. Uma composição de plástico fundido 50, compreendendo um polímero e um agente de sopro físico, é injetada na cavidade 8. O agente de sopro físico é um gás dissolvido no polímero.

[0025] Na modalidade da presente invenção, o polímero da composição de plástico pode compreender uma poliolefina ou mistura de uma pluralidade de poliolefinas, opcionalmente polietileno ou polipropileno; ou um poliéster, opcionalmente tereftalato de polietileno ou tereftalato de polibutileno; ou ácido polilático. Na modalidade preferida, o polímero compreende polipropileno. Os polipropilenos com um Índice de Fluxo de Fusão (MFI) de 10 a 120 são particularmente preferidos. O índice de fluxo de fusão de um polímero pode ser medido de acordo com ASTM D1238.

[0026] Os agentes de sopro que podem ser usados na modalidade da presente invenção incluem agentes de sopro físicos na forma de um gás dissolvido na composição de plástico fundido. Esse gás pode compreender, por exemplo, dióxido de carbono. O gás pode de maneira opcional incluir adicionalmente uma composição de perfume (isto é, um aroma) que permanece presente no material polimérico após a expansão, para melhorar a experiência do consumidor.

[0027] Ao usar dióxido de carbono como o agente de sopro, o gás CO2 é produzido pelo agente de sopro na extrusora da máquina de moldagem por injeção e o gás CO2 então vai para a solução durante a fase de injeção (normalmente de 30 a 50 MPa (300 a 500 bar)) devido à alta pressão exercida sobre o material sendo maior do que a pressão necessária (normalmente maior que 7,5 MPa (75 bar)) para forçar o CO2 em solução dentro da resina termoplástica fundida, tal como polipropileno.

[0028] A composição de plástico fundido é injetada em uma pressão de injeção Pinjeção. Normalmente, a pressão de injeção Pinjeção é de pelo menos 15 MPa (150 bar).

[0029] Após a etapa de injeção, uma pressão de embalagem, Pembalagem, é aplicada à cavidade 8 em uma etapa de embalagem. Normalmente, a pressão de embalagem Pembalagem é de pelo menos 15 MPa (150 bar).

[0030] Durante pelo menos uma ou ambas etapa de injeção (c) e etapa de embalagem (d), a composição de plástico injetado 50 em contato com a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidade 22a, 24a é resfriada para formar a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6, respectivamente, adjacente e em contato com as primeira e segunda superfícies de formação de cavidade 22a, 24a.

[0031] Após a etapa de embalagem (d) na pelo menos uma primeira região 30 da cavidade 8, pelo menos parte da composição de plástico entre a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6 permanece fundida.

[0032] Durante a etapa de injeção (c) e a etapa de embalagem (d), a pressão de injeção Pinjeção e a pressão de embalagem Pembalagem, respectivamente, estão acima de um limite de pressão mínimo, Plimite, na primeira região 30 da cavidade 8. Normalmente, o limite mínimo de pressão Plimite é 7,5 MPa (75 bar). Isso evita que, na primeira região 30, o agente de sopro físico saia parcialmente da solução no polímero, de modo que bolhas de gás celular não sejam formadas na primeira região 30 durante a etapa de injeção (c) e a etapa de embalagem (d).

[0033] Com referência ao lado direito da Figura 2, subsequentemente, o molde 2 é aberto antes que a composição de plástico fundido entre a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6 tenha se solidificado na pelo menos uma primeira região 30 da cavidade 8.

[0034] Esta primeira região 30 da cavidade do molde 8 é espessa e, portanto, a resina de polímero fundida requer um período de tempo relativamente longo, mais longo do que as etapas de injeção e embalagem, para se resfriar e se solidificar. Além disso, esta primeira região 30 pode ser aquecida adicionalmente por um aquecedor externo para manter a resina de polímero em uma fase líquida fundida.

[0035] Durante a etapa de abertura (e), pelo menos parte da composição de plástico fundido é exposta a uma pressão externa inferior ao limite mínimo de pressão, por exemplo pressão atmosférica, para formar no artigo pelo menos uma primeira porção compreendendo espuma celular expandida formada a partir da composição de plástico.

[0036] Esta etapa de abertura permite, assim, que a composição de plástico fundido entre a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6 se expanda através da formação de espuma para formar uma espuma celular expandida 20. A etapa de abertura compreende a remoção da primeira parte 12 do molde 2 de modo que a primeira película sólida 4 não esteja mais em contato com a primeira superfície de formação de cavidade 22a, enquanto mantém a segunda película sólida 6 em contato com a segunda superfície de formação de cavidade 24a. Na modalidade ilustrada, esta abertura é alcançada removendo a parte externa 12 do molde 2, expondo a primeira película 4 à pressão atmosférica e deixando a segunda película 6 na parte interna 14. No entanto, qualquer outra configuração para abrir o molde pode ser usada.

[0037] O lado direito da Figura 2 mostra a primeira película sólida 4, a segunda película sólida 6 e a composição de plástico 50 entre a primeiro e a segunda películas sólidas 4, 6, composição de plástico 10 esta que se expandiu através da formação de espuma para formar células 18 em uma matriz sólida 40, e depois se solidificou. No lado direito da Figura 2, a parte externa 12 do molde foi removida do artigo e o artigo permanece na parte interna 14 ou núcleo.

[0038] Como pode ser visto, a expansão resultou nas áreas formadas na primeira película sólida 4 sendo “sopradas” de modo que a distância entre a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6 do artigo acabado 28 seja substancialmente constante em torno da circunferência de o artigo. O gás de sopro saiu da solução no polímero de modo que forme uma espuma celular expandida.

[0039] A pressão atua para empurrar a primeira película externa sólida 4 para longe da segunda película externa sólida 6. O empuxo de afastamento da primeira e segunda películas 4, 6 ocorre nas áreas que retiveram uma alta concentração de agente de sopro, que sai da solução e, portanto, é expandido. A parede lateral expandida pode ter a estrutura nervurada descrita em WO-A-2017/134181.

[0040] Com referência à Figura 3, é mostrado um corte transversal na linha BB ilustrando o aparecimento da região não expandida 106 em fases correspondentes no método da presente invenção.

[0041] Quanto à Figura 2, referindo-se ao lado esquerdo da Figura 3, a região não expandida 106 do artigo é formada usando o molde 2 tendo a primeira parte externa anular 12 e a segunda parte interna anular 14.

[0042] O molde 2 é fechado definindo assim uma segunda região 32 da cavidade 8 entre a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidade 22b, 24b. A primeira e a segunda superfícies de formação de cavidade 22b, 24b formam uma região de cavidade estreita 32 e são de preferência lisas e sem quaisquer ondulações.

[0043] Durante a etapa de injeção (c) e a etapa de embalagem (d), a pressão de injeção e a pressão de embalagem, respectivamente, são mantidas acima do limite de pressão mínimo em uma segunda região 32 da cavidade 8 para manter o agente de sopro físico como um gás dissolvido no polímero de modo que substancialmente nenhuma bolha de gás seja formada em uma segunda região 32.

[0044] Antes da etapa de abertura (e), a composição de plástico em uma segunda região 32 da cavidade 8 é resfriada de modo que seja totalmente solidificada, para formar no artigo pelo menos uma região não expandida 106 compreendendo uma composição plástica não expandida de fase sólida substancialmente homogênea.

[0045] Esta segunda região 32 da cavidade do molde 8 é fina e, portanto, a resina de polímero fundida requer um período de tempo relativamente curto, mais curto do que as etapas de injeção e embalagem, para se resfriar e se solidificar. Além disso, esta segunda região 32 pode ser adicionalmente resfriada por um resfriador externo para fazer a transição da resina de polímero da fase líquida fundida para uma fase sólida.

[0046] Portanto, opcionalmente entre a etapa de injeção (c) e a etapa de abertura (e), pelo menos uma segunda região 32 da cavidade 8 é submetida a uma etapa de resfriamento (f) para resfriar a composição plástico na pelo menos uma segunda região 32 abaixo da temperatura de fusão da composição de plástico ao longo da espessura da cavidade 8 na pelo menos uma segunda região 32.

[0047] Durante pelo menos uma ou ambas etapa de injeção (c) e etapa de embalagem (d), na segunda região 32 da cavidade 8 a composição de plástico injetada em contato com a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidade 22b, 24b é resfriada para formar não apenas a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6, respectivamente adjacentes e em contato com as primeira e segunda superfícies de formação de cavidades 22b, 24b, mas também uma parede sólida 38 ao longo de sua espessura através da largura 40 da segunda região 32 da cavidade 8.

[0048] Após a etapa de embalagem (d) em pelo menos uma segunda região 32 da cavidade 8, toda a espessura da composição de plástico entre a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6 é solidificada.

[0049] Com referência ao lado direito da Figura 2, subsequentemente, o molde 2 é aberto antes que a composição de plástico fundido entre a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6 tenha se solidificado na pelo menos uma primeira região 30 da cavidade 8.

[0050] Após a etapa de abertura, a composição de plástico sólido entre a primeira e a segunda películas sólidas 4, 6 não pode se expandir mais através da formação de espuma e não pode formar uma espuma celular expandida. Portanto, a região não expandida 106 parece transparente a olho nu.

[0051] Em ambos os primeiro e segundo aspectos da presente invenção, o artigo pode ser um copo ou recipiente, por exemplo, um copo para café ou um recipiente adequado para aquecer sopa no microndas. Os artigos podem ser descartáveis ou reutilizáveis e, em ambos os casos, são recicláveis, uma vez que o artigo é composto por um único polímero, por exemplo, polipropileno.

[0052] Várias modificações às modalidades ilustradas serão evidentes para os versados na técnica e pretendem ser incluídas no âmbito da presente invenção.

Claims (13)

1. Método para formar um artigo (100), o método caracterizado pelo fato de que compreende: (a) prover um molde (2) tendo uma primeira parte (12) e uma segunda parte (14), a primeira e a segunda partes (12, 14) tendo respectivas primeira e segunda superfícies de formação de cavidades (22a, 24a); (b) fechar o molde (2), definindo assim uma cavidade (8) entre a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidades (22a, 24a); (c) injetar uma composição de plástico (50) fundido compreendendo um polímero e um agente de sopro físico na cavidade (8), em que o agente de sopro físico é um gás dissolvido no polímero, a composição de plástico (50) fundido sendo injetada a uma pressão de injeção; (d) após a etapa de injeção, aplicar uma pressão de embalagem à cavidade (8) em uma etapa de embalagem, em que durante pelo menos uma ou ambas a etapa de injeção (c) e a etapa de embalagem (d), a composição de plástico (50) injetada em contato com a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidade (22a, 24a) são resfriadas para formar a primeira e a segunda películas sólidas (4, 6), respectivamente adjacentes e em contato com a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidade (22a, 24a), e em que após a etapa de embalagem (d) em pelo menos uma primeira região (30) da cavidade (8) pelo menos parte da composição de plástico (50) entre a primeira e a segunda películas sólidas (4, 6) permanece fundida; (e) abrir o molde (2) antes que a composição de plástico (50) fundido entre a primeira e a segunda películas sólidas (4, 6) tenha se solidificado na pelo menos uma primeira região (30) da cavidade (8), permitindo assim que a composição de plástico (50) fundido entre a primeira e a segunda películas sólidas (4, 6) se expanda através da formação de espuma para formar uma espuma celular (20) expandida, em que a etapa de abertura compreende a remoção da primeira parte (12) do molde (2) de modo que a primeira película sólida (4) não esteja mais em contato com a primeira superfície de formação de cavidade (22a), enquanto mantém a segundo película sólida (6) em contato com a segunda superfície de formação de cavidade (24a), em que durante a etapa de injeção (c) e a etapa de embalagem (d), a pressão de injeção e a pressão de embalagem, respectivamente, são mantidas acima de um limite de pressão mínimo em pelo menos uma segunda região (32) da cavidade (8) para manter o agente de sopro físico como um gás dissolvido no polímero de modo que nenhuma bolha de gás seja formada na pelo menos uma segunda região (30), durante a etapa de abertura (e), pelo menos parte da composição de plástico (50) fundido é exposta a uma pressão externa inferior ao limite mínimo de pressão para formar no artigo (100) pelo menos uma primeira porção (104) compreendendo espuma celular expandida formada a partir da composição de plástico (50), e em que antes da etapa de abertura (e), a composição de plástico na pelo menos uma segunda região (32) da cavidade (8) foi resfriada de modo que seja totalmente solidificada para formar no artigo (100) pelo menos uma segunda porção (106) compreendendo uma composição plástica não expandida de fase sólida homogênea.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma segunda porção (106) é transparente à luz visível.

3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a pelo menos primeira porção (104) é translúcida ou opaca à luz visível.

4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o polímero é polipropileno.

5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o limite mínimo de pressão é de 7,5 MPa (75 bar).

6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o agente de sopro é dióxido de carbono.

7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que durante a etapa de injeção (c) a pressão de injeção é de pelo menos 15 MPa (150 bar).

8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que durante a etapa de embalagem (d) a pressão de embalagem é de pelo menos 15 MPa (150 bar).

9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que durante a etapa de abertura (e) a primeira película sólida (4) é exposta à atmosfera e a pressão externa é a pressão atmosférica.

10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que entre a etapa de injeção (c) e a etapa de abertura (e), a pelo menos uma segunda região (32) da cavidade (8) é submetida a uma etapa de resfriamento (f) para resfriar a composição de plástico na pelo menos uma segunda região (32) abaixo da temperatura de fusão da composição de plástico (50) ao longo da espessura da cavidade (8) na pelo menos uma segunda região (32).

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o artigo (100) é um artigo oco e a primeira e a segunda partes (12, 14) têm as respectivas primeira e segunda superfícies de formação de cavidades (22a, 24a) anulares e na etapa (b) a cavidade (8) é uma cavidade anular entre a primeira e a segunda superfícies de formação de cavidades (22a, 24a) anulares.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a primeira e a segunda partes (12, 14) são, respectivamente, partes externas e internas que formam as superfícies externa e interna do artigo (100) oco.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o artigo (100) oco é um copo, caneca, garrafa, bacia, tigela ou recipiente ou reservatório para conter um líquido.