CH704899A2 - Produzione a freddo di granulo termoplastico in forma di blends e/o masterbatch e/o compounds. - Google Patents

Abstract

Gli impianti oggetto della presente invenzione si basano su un processo innovativo per omogeinizzazione/agglomerazione a freddo (senza induzione di calore) di granuli termoplastici sotto forma di blends, caricati, additivati, masterbatch ecc. per stampaggio e/o estrusione, tramite un legante termoresistente di origine naturale e/o di sintesi. Gli impianti ed il processo permettono di abbattere sensibilmente i costi di produzione, con maggiore flessibilità e semplificazione produttiva, anche di compounds e blends molto complessi. La presente invenzione prevede due tipologie di impianto: A) Impianto con carica diretta per caduta da tramoggia in trafila cilindrica in acciaio con fori di diametro variabile tra i 2.5 mm e i 3.5 mm e spessore compreso tra i 150 mm e 300 mm dove per mezzo di un sistema di schiacciamento a rulli e pale il materiale si scalda per frizionamento e forzatamente viene estruso attraverso i canali producendo uno spaghetto che poi viene raffreddato e troncato con taglierina B) Impianto ad estrusione a coclea con trafila a testa piana in acciaio con fori di diametro variabile tra i 2.5 mm e i 4.5 mm e spessore tra i 100 mm e 350 mm dove la coclea ha in testa un sistema di rulli e pale che frizionano e scaldano il materiale e forzatamente lo estrudono attraverso i canali, dove il granulo in forma di spaghetto viene raffreddato e tagliato per mezzo di una taglierina a filo di acciaio caldo.

Description

[0001] Gli impianti tradizionali per la produzione di granulo termoplastico funzionano per induzione di calore con conseguenti elevati consumi energetici. La lavorazione dei polimeri termoplastici in fase fusa comporta delle problematiche nella realizzazione di miscele di polimeri diversi (blends) e nell’aggiunta di cariche e/o additivi: quali pigmenti, rinforzi, sostanze antifiamma ecc. (compounds), che necessitano di impianti tecnologicamente complessi e molto costosi, costringendo spesso l’utilizzo di sostanze quali stabilizzanti di processo e/o compatibilizzanti per ottenere la qualità desiderata. I materiali termoplastici sono termosensibili e quindi possono subire delle degradazioni durante i processi produttivi perdendo in parte o completamente le proprie caratteristiche.

[0002] La realizzazione di compounds caricati ha alcuni limiti, in particolar modo nell’uso di polveri o fibre di rinforzo di origine vegetale, che facilmente degradano alle temperature di trasformazione dei polimeri, oppure nella realizzazione di ipercaricati (70-80%).

[0003] La realizzazione di blends (miscele) è in molti casi difficoltosa e non sempre possibile a causa delle diverse temperature di fusione dei singoli polimeri e spesso necessita di leganti e additivi compatibilizzanti.

[0004] Gli impianti oggetto della presente invenzione si basano su un processo innovativo di produzione di granulo termoplastico sotto forma di blends, caricati, additivati, masterbatch ecc. per stampaggio e/o estrusione di materiali termoplastici senza induzione di calore, che permettono di abbattere sensibilmente i costi di produzione, con maggiore flessibilità e semplificazione produttiva, anche di compounds molto complessi.

[0005] Gli impianti sono parte di un processo che si divide in due fasi:

[0006] Miscelazione:

[0007] Questa fase del processo prevede la miscelazione dei polimeri con un legante di origine naturale e/o da resine sintetiche, solubile in acqua o acqua/alcole e/o solvente miscelato con l’ausilio di turbomiscelatore con polveri di polimeri e/o cariche varie e/o additivi vari.

[0008] Le polveri di polimeri variano nella granulometria tra i 200 e i 500 microns. La percentuale di acqua e/o acqua-alcole e/o solvente varia tra il 2 e il 15% meglio se tra il 6 e il 9% a seconda della tipologia di compounds o blends o masterbatch che si vogliono realizzare.

[0009] Una volta ottenuta la miscela, essa viene avviata ad una seconda fase, che varia in funzione della tipologia di semilavorato che si intende ottenere, e quindi alla specifica tipologia di impianto.

[0010] Produzione granulo:

[0011] La produzione del granulo avviene con due diverse tipologie di impianto (oggetto della presente invenzione):

[0012] A) Impianto con carica diretta per caduta da tramoggia in trafila cilindrica in acciaio con fori di diametro variabile tra i 2.5 mm e i 3.5 mm e spessore compreso tra i 150 mm e 300 mm dove per mezzo di un sistema di schiacciamento a rulli e pale il materiale si scalda per frizionamento perdendo buona parte della sua umidità/solvente e forzatamente viene estruso attraverso i canali, dove il granulo in forma di «spaghetto» viene raffreddato per apporto di aria fredda e sistema di aspirazione e troncato a misura dopo il passaggio in una seconda fascia esterna (ved. Figura 1).

[0013] B) Impianto ad estrusione a coclea con trafila a testa piana in acciaio con fori di diametro variabile tra i 2.5 mm e i 4.5 mm e spessore tra i 100 mm e 350 mm dove la coclea ha in testa un sistema di rulli e pale che frizionano e scaldano il materiale perdendo buona parte della sua umidità/solvente e forzatamente lo estrudono attraverso i canali, il granulo in forma di spaghetto viene raffreddato con flusso di aria fredda e tagliato per mezzo di una taglierina a filo di acciaio caldo. (ved. Fig. 2)

VANTAGGI DELLA PRESENTE INVENZIONE

[0014] La presente invenzione e la tecnologia correlata permettono di ottenere i seguenti vantaggi rispetto ai sistemi convenzionali finora utilizzati: Risparmio energetico in quanto gli impianti funzionano senza induzione di calore. Abbattimento dei costi di produzione del granulo. Semplificazione dei processi produttivi e risparmio significativo della gestione dei costi; Ottenimento di particolari blends e compounds non ottenibili con le tecnologie convenzionali, particolarmente quando composti da materiali termosensibili, facilmente degradabili. Estrema flessibilità produttiva nel processare diverse tipologie di polimeri. Costo molto contenuto degli impianti e della gestione degli stessi rispetto a quelli tradizionali.

ESEMPI

Esempio 1 - Preparazione di miscele a base di Policarbonato e copolimeri -acrilonitrile- butadiene- stirene (ABS) - acrilonitrile- stirene (SAN)

[0015] Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele di PC/ABS/SAN in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela, su base 100, è costituita da 65 parti di Policarbonato in polvere, 25 parti di ABS in polvere 10 parti di SAN. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale miscela viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa e acqua pari al 8 % del peso dei polimeri e miscelata con ausilio di macchinario adeguato (turbomiscelatore). In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 6 gr. di metilcellulosa disciolta in 74 g. di acqua.

[0016] Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene inviata al macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale raggiunge una temperatura di circa 40 gradi ed estruso o attraverso un cilindro di acciaio traforato o estrusore con coclea (come sopra descritti), ottenendo un granulo da stampaggio. Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini successivamente testati secondo norme ISO i valori sono riportati in disegno 3 tabella 1.

Esempio 2 - Preparazione di compositi a base di polipropilene (PP) con buccia di caffè (scarto da torrefazione).

[0017] Secondo il presente esempio, vengono realizzate compositi a matrice polipropilenica caricati con fibre naturali (residui lavorazione tostatura caffè o thè o scarti da agricoltura in genere) in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela, su base 100, è costituita da 70 parti di PP in polvere, 30 parti da residuo vegetale tostatura chicchi di caffè. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale miscela viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa e acqua pari al 8 % del peso dei polimeri e miscelata con ausilio di macchinario adeguato (turbomiscelatore). In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 6 gr. di metilcellulosa disciolta in 74 g. di acqua.

[0018] Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene inviata al macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale raggiunge una temperatura di circa 40 gradi ed estruso o attraverso un cilindro di acciaio traforato o estrusore con coclea (come sopra descritti), ottenendo un granulo da stampaggio. Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini successivamente testati secondo norme ISO i valori sono riportati in disegno 3 tabella 2.

Esempio 3 - Preparazione di miscele a base di acetato di cellulosa e additivi plastificanti.

[0019] Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele di Acetato di cellullosa e additivi in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela, su base 100, è costituita da 75 parti di Acetato di Cellulosa in polvere, 25 parti di additivi plastificanti in polvere. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale miscela viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa e acqua pari al 8% del peso dei polimeri e miscelata con ausilio di macchinario adeguato (turbomiscelatore). In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 6 gr. di metilcellulosa disciolta in 74 g. di acqua.

[0020] Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene inviata al macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale raggiunge una temperatura di circa 40 gradi ed estruso o attraverso un cilindro di acciaio traforato o estrusore con coclea (come sopra descritti), ottenendo un granulo da stampaggio. Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini successivamente testati secondo norme ISO i valori sono riportati in disegno 4 tabella 1.

Esempio 4 - Preparazione di miscele a base di acetato di cellulosa, additivi plastificanti e fibra di carbonio 100 micron.

[0021] Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele di Acetato di cellullosa e additivi in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela, su base 100, è costituita da 60 parti di Acetato di Cellulosa in polvere, 10 parti di additivi plastificanti in polvere e 30 parti di fibra di carbonio a dimensione 100 micron. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale miscela viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa e acqua pari al 8 % del peso dei polimeri e miscelata con ausilio di macchinario adeguato (turbomiscelatore). In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 6 gr. di metilcellulosa disciolta in 74 g. di acqua.

[0022] Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene inviata al macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale raggiunge una temperatura di circa 40 gradi ed estruso o attraverso un cilindro di acciaio traforato o estrusore con coclea (come sopra descritti), ottenendo un granulo da stampaggio. Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini successivamente testati secondo norme ISO i valori sono riportati in disegno 4 tabella 2.

Esempio 5 - Preparazione di miscele a base di SMMA (stirene metilmetacrilato) e PVDF (polivinildenfluoruro).

[0023] Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele SMMA e PVDF in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela, su base 100, è costituita da 80 parti di SMMA in polvere e 20 parti di PVDF in polvere. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale miscela viene quindi aggiunta una soluzione di resina acrilica (acronal) e acqua pari al 8 % del peso dei polimeri e miscelata con ausilio di macchinario adeguato (turbomiscelatore). In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 20 gr. di resina acrilica disciolta in 60 g. di acqua.

[0024] Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene inviata al macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale raggiunge una temperatura di circa 40 gradi ed estruso o attraverso un cilindro di acciaio traforato o estrusore con coclea (come sopra descritti), ottenendo un granulo da stampaggio.

Esempio 6 Preparazione di miscele a base di PPS (polifenilensolfuro) e PVDF (polivinildenfluoruro ).

[0025] Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele di PPS e PVDF in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela, su base 100, è costituita da 60 parti di PPS in polvere e 40 parti di PVDF in polvere. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale miscela viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa e acqua pari al 8% del peso dei polimeri e miscelata con ausilio di macchinario adeguato (turbomiscelatore). In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 6 gr. di metilcellulosa disciolta in 74 g. di acqua.

[0026] Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene inviata al macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale raggiunge una temperatura di circa 40 gradi ed estruso o attraverso un cilindro di acciaio traforato o estrusore con coclea (come sopra descritti), ottenendo un granulo da stampaggio.il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini successivamente testati secondo norme ISO i valori sono riportati in disegno 5 tabella 1.

Esempio 7 - Preparazione di master a base di fibre naturali (residui lavorazione tostatura caffè o thè o scarti da agricoltura in genere) e PE (polietilene).

[0027] Secondo il presente esempio, viene realizzato un master a matrice fibre naturali (residui lavorazione tostatura caffè o thè o scarti da agricoltura in genere) e PE (Polietilene) in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela, su base 100, è costituita da 10 parti di PE in polvere e 90 parti di fibra vegetale a micronaggio variabile. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale miscela viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa e acqua pari al 9 % del peso dei polimeri e miscelata con ausilio di macchinario adeguato (turbomiscelatore). In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 7 gr. di metilcellulosa disciolta in 83 g. di acqua.

[0028] Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene inviata al macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale raggiunge una temperatura di circa 40 gradi ed estruso o attraverso un cilindro di acciaio traforato o estrusore con coclea (come sopra descritti), ottenendo un master per carica. Il granulato viene utilizzato come master da carica nelle produzioni tradizionali a trafila di compounds (polimeri caricati).

Claims (10)

1. Processo fisico a freddo eseguito con macchinari adeguati per la realizzazione di granulo di materiali compositi e/o blends (miscele) contenenti polimeri termoplastici e/o polveri minerali e/o farine vegetali e/o fibre in genere. Realizzati con l’ausilio di leganti, di origine naturale e/o di sintesi disciolti in solventi e/o acqua e/o acqua e alcoli, che agiscono sulla miscela di polimeri e cariche permettendo di ottenere a freddo dei granuli conglomerati e che alla fine del processo risultano una carica inerte.

2. Impianto con carica diretta per caduta verticale da tramoggia in trafila cilindrica in acciaio con fori di diametro variabile tra i 2.5 mm e i 3.5 mm e spessore compreso tra i 150 mm e 300 mm dove per mezzo di un sistema di schiacciamento a rulli e pale il materiale si scalda per frizionamento perdendo buona parte della sua umidità/solvente e forzatamente viene estruso attraverso i canali presenti in una prima fascia cilindrica, il granulo in forma di «spaghetto» viene raffreddato per apporto di aria fredda e sistema di aspirazione e troncato a misura dopo il passaggio in una seconda fascia cilindrica esterna.

3. Impianto ad estrusione a coclea con trafila a testa piana in testa, in acciaio con fori di diametro variabile tra i 2.5 mm e i 4.5 mm e spessore tra i 100 mm e 350 mm dove la coclea ha in testa un sistema di rulli che frizionano e scaldano il materiale che perde buona parte della sua umidità/solvente e forzatamente viene estruso attraverso i canali, dove il granulo in forma di spaghetto viene raffreddato con flusso di aria fredda e tagliato per mezzo di una taglierina a filo di acciaio caldo.

4. Processo secondo la rivendicazione 1 in cui i polimeri da miscelare sono termoplastici con punto di fusione in un intervallo di temperatura compreso tra gli 80 e i 280 °C.

5. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 2 - 3 - 4 in cui viene realizzato a freddo un blend (miscela) PC/ABS/SAN in percentuale variabile dei componenti.

6. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 2 - 3 - 4 in cui vengono realizzati a freddo compositi a matrice polipropilenica caricati con fibre naturali (residui lavorazione tostatura caffè o thè o scarti da agricoltura in genere) in percentuali variabili dei componenti.

7. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 2 - 3 - 4 in cui vengono realizzati a freddo miscele di Acetato di cellullosa e additivi - compositi composti da acetato di cellulosa e cariche (fibre polveri) in percentuali variabili dei componenti.

8. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 2 - 3 - 4 in cui viene realizzato un blend (miscela) SMMA e PVDF in percentuali variabili dei due componenti.

9. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 2 - 3 - 4 in cui viene realizzato un blend (miscela) di PPS e PVDF in percentuali variabili dei due componenti.

10. Processo secondo le rivendicazioni 1 - 2 - 3 - 4 in cui viene realizzato un masterbatches composto da polveri/fibre naturali (residui lavorazione tostatura caffè o thè o scarti da agricoltura in genere) e PE (Polietilene) in percentuali variabili dei due componenti.