DE10312248A1

DE10312248A1 - Verfahren und Vorrichtung und Formen abbaubarer Polymere unter dem Schutz eines inaktiven Gases

Info

Publication number: DE10312248A1
Application number: DE10312248A
Authority: DE
Inventors: How Tseng; Sheng-Yang Lee; Yu-Chi Huang; Chien-Chung Yang
Original assignee: Biotech One Inc
Current assignee: Biotech One Inc
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2003-10-23
Also published as: TW583229B; JP2003291176A; US20030178737A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen eines abbaubaren Polymers unter dem Schutz eines inaktiven Gases wird offenbart, um eine Spritzgussanlage zum Gießen eines abbaubaren Polymers zu Endprodukten zu verwenden, und um ein inaktives Gas zur Bildung eines Luftschutzschildes zu verwenden, der das zugeführte abbaubare Polymer während des Spritzgießens gegenüber Luft isoliert.

Description

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Formen abbaubarer Polymere und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen abbaubarer Polymere unter dem Schutz eines inaktiven Gases.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Zur Herstellung thermoplastischer Polymerprodukte wird herkömmlicherweise Spritzgussverfahren eingesetzt (Mainil-Varlet, 1997, Spritzguss). Während des Spritzgießens wird ein Polymer in dem Materialdurchgang in der Spritzgussanlage in einen flüssigen Zustand überführt, worauf ein Druck ausgeübt wird, um das geschmolzene Polymer in die Gußform einzuspritzen. Die Heiztemperatur muß den Schmelzpunkt (tm) des zugeführten Polymers übersteigen, so daß das zugeführte Polymer in den flüssigen Zustand überführt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt liegt der Schmelzfluß-Index (MI), d. h. der wichtige Index beim Bearbeiten eines Spritzgusses, ungefähr bei 10, dem optimalen Kennwert. Wenn der MI-Wert des geschmolzenen Polymers übermäßig hoch ist (übermäßig hohe Fluiditätsgröße), dann wird der Formungsvorgang schwierig. Ist der MI-Wert übermäßig klein, dann wird der Formungsvorgang unmöglich.
Spritzguss stellt ein schnelles und leistungsfähiges Verfahren zum Herstellen von Polymeren in gewünschten Formen dar. Jedoch weist dieses Verfahren, wie nachstehend aufgeführt, noch Nachteile auf:

1. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften abbaubarer Polymere werden im geschmolzenem Zustand instabil, was eine Instabilität des Endprodukts mit sich bringt.
2. Gemäß herkömmlicher Spritzguss-Verfahren wird ein Polymer in der Gegenwart von Luft geschmolzen. Jedoch können sich auf Grund der in der Luft enthaltenen aktiven Elemente die Eigenschaften der Polymere ändern.

Auf Grund der vorstehend aufgeführten Nachteile ist das des Spritzguss-Verfahren für bestimmte Materialien, die gegenüber Hitze und Umgebung empfindlich sind, nicht geeignet. Bei gegenüber Hitze und Umgebung empfindlichen Spritzmaterialien sollten andere Zeitraubende Verfahren verwendet werden. Daher können herkömmliche Spritzguss-Verfahren ohne spezielle Schutzmittel nicht zum Formen abbaubarer Polymere verwendet werden.
Eine ideale Spritzguss-Schutzvorrichtung sollte die folgenden Vorteile aufweisen:

1. Sie gibt für das geschmolzene Polymer eine stabile externe Umgebung vor, die das Polymer stabil hält.
2. Sie isoliert das geschmolzene Polymer vollständig von der Luft, wodurch der Kontakt des geschmolzenen Polymers mit Feuchtigkeit oder aktiven Elementen der Luft verhindert wird.
3. Sie ist preiswert und ihr Betrieb einfach.

Es sind Spritzguss-Schutzsysteme und -Vorrichtungen entwickelt worden. Auf Grund der folgenden Nachteile arbeiten diese bekannten Spritzguss-Schutzsysteme und -Vorrichtungen jedoch noch nicht zufriedenstellend:

1. Umfängliche Systemgröße:
Im allgemeinen sind herkömmliche Spritzguss-Schutzsysteme und Vorrichtungen schwer und groß, wodurch sie viel Installationsraum einnehmen.
2. Schwieriges Betriebsverfahren:
Das Betriebsverfahren herkömmlicher Spritzguss-Schutzsysteme und Vorrichtungen ist im allgemeinen kompliziert und weist Beschränkungen auf, die ein Hindernis ihrer Anwendbarkeit darstellen.
3. Geringe Schutzwirkung:
Beim Spritzgießen in Endprodukte können sich die Materialeigenschaften ändern, so kann beispielsweise die Festigkeit herabgesetzt, das Molekulargewicht verringert werden oder Spuren von Wasser können auf Grund der Pyrolyse-Wirkung des Polymers unter geringem Schutz der herkömmlichen Spritzguss-Schutzsysteme und Vorrichtungen in dem Endprodukt aufgetreten.

Es ist daher wünschenswert ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen abbaubarer Polymere bereitzustellen, die vorstehende Nachteile überwinden.

Zusammenfassung der Erfindung

Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen abbaubarer Polymere unter dem Schutz eines inaktiven Gases, das die Qualität des abbaubaren Polymers wirkungsvoll erhält, bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Formen abbaubarer Polymere unter dem Schutz eines inaktiven Gases, das einfach zu betreiben ist ohne den Herstellungsvorgang zu beeinflussen, bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Formen abbaubarer Polymere unter dem Schutz eines inaktiven Gases bereitzustellen, die kompakt, preisgünstig und Platz sparend ist.
Um diese Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen, ist es vorgesehen das Verfahren und die Vorrichtung zum Formen abbaubarer Polymere unter dem Schutz eines inaktiven Gases, einer Spritzguss-Anlage zu verwenden, um ein abbaubares Polymer in Endprodukte zu formen, wobei ein inaktives Gas in die Spritzguss-Anlage eingeführt wird, um ein Luftschutzschild auszubilden, daß das zugeführte abbaubare Polymer während des Spritzgießens gegenüber der Luft isoliert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung der Anordnung der ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 2 ist eine schematische Zeichnung der Anordnung der zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 3 stellt ein Biegefestigkeitsverschiebungs-Diagramm dar, das von Teststreifen in Abwesenheit eines inerten Gasschutzes erhalten wurde.
Fig. 4 stellt ein Biegefestigkeitsverschiebungs-Diagramm dar, das von Teststreifen in Gegenwart eines inerten Gassschutzes erhalten wurde.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Formgießen eines abbaubaren Polymers unter dem Schutz eines inaktiven Gases gemäß der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform gezeigt, die eine vertikal angeordnete Spritzguss-Anlage 10, eine Gußform 20 und eine Quelle 30 für inaktives Gas umfasst.
Die Spritzguss-Anlage 10 umfasst einen Zylinder 11, der einen Materialdurchgang 12 definiert, eine an dem Zylinder 11 drehbar angebrachte Füllschnecke 13, einen Trichter 14, ein zwischen dem Trichter 14 und dem Zylinder 11 gekoppeltes Beschickungsrohr 15, eine Einspritzdüse 16 am Vorderende des Zylinders 11 und mehrere elektrische Heizelemente 17, die um den Umfang des Zylinders 11 angeordnet sind.
Die Gußform 20 ist mit der Einspritzdüse 16 verbunden, und ist dazu angepasst, um aus der Einspritzdüse 16 eingespritztes geschmolzenes Material in eine Form zu bringen.
Die Quelle 30 für inaktives Gas umfasst einen Druckluftbehälter 31, der ein inaktives Gas (beispielsweise Stickstoff N₂, Argon Ar, oder jede Art von Inertgasen) enthält, ein Anschlußrohr 33, das zwischen den Druckluftbehälter 31 und das Beschickungsrohr 15 gekoppelt ist und derart angepasst ist, um Vorrats-Inertgas aus dem Druckluftbehälter 31 in das Beschickungsrohr 15 abzugeben, und ein in das Anschlußrohr 33 eingebautes Steuerventil 32, das derart angepasst ist, die Strömungsrate des durch das Anschlußrohr 33 gelangenden inaktiven Vorratsgases, zu regulieren. Aufgrund der gegenüber der Luft größeren relativen Dichte des zugeführten inaktiven Gases, strömt zugeführte inaktive Gas in den Materialdurchgang 12 nach unten, wodurch während des Betriebs der Spritzguss-Anlage 10 die Luft aus dem Materialdurchgang 12 verdrängt wird und an einer Material-Beschickungszone 18 und einer Material-Schmelzzone 19 des Materialdurchgangs 12 eine Luftschutzschicht bildet. Daher ist das zugeführte abbaubare Polymer beim Schmelzen gegenüber Luft isoliert.
Fig. 2 zeigt eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform. Diese Ausführungsform umfasst eine horizontal ausgerichtete Spritzguss-Anlage 40, eine Gußform 50 und eine Quelle 60 für inaktives Gases. Im wesentlichen ist die Struktur und das Prinzip dieser alternativen Ausführungsform mit der der vorstehenden ersten Ausführungsform gleich, mit der Maßgabe der Anordnung des Anschlußrohrs 61 zwischen der Quelle 60 für das inaktive Gas und der Gußform 50. Während des Betriebs der horizontal ausgerichteten Spritzguss-Anlage 40 isoliert das zugeführte inaktive Gas auch das abbaubare geschmolzene Polymer gegenüber Luft in der Formungszone 51, die in der Gußform 50 definiert ist.
Die erfindungsgemäße Wirkung wird am Beispiel des Formens eines wasser- und temperaturempfindlichen thermoplastischen Polymers (Polylactid) klar. Polylactid ist ein wohlbekanntes Kunststoffmaterial (Schneider, 1955). Es ist ein synthetisiertes, weißes, biologisch abbaubares halbkristallines Polymer, das zu der Gruppe der Poly-alpha-Hydroxysäuren gehört und eine Glasübergangs-Temperatur von 57°C und eine Schmelztemperatur von 150°C (Vert et al., 1981) aufweist. Teststreifen werden unter unterschiedlichen Bedingungen hergestellt und mittels Biegeprüfung und Molekulargewichtsanalyse untersucht. Poly-L-Lactid (PLLA/Poly-DL- Lactid (PDLLA) (95/5) mit einem Molekulargewicht von 140 kDa und einem Schmelzpunkt von 150°C wird verwendet und bei einer Heiztemperatur von 155°C und in Anwesenheit von Stickstoff mit einer Gas-Strömungsrate von 20 ml/min zu Teststreifen mit einer Größe von 6 × 2 × 25 mm³ spritz-gegossen.

Mechanischer Test

Ein mechanisches Testsystem wird eingesetzt, um die Biegefestigkeit der Proben zu untersuchen und den Unterschied zu beobachten. Die Proben schließen zwei Gruppen ein, d. h. eine Gruppe A und eine Gruppe B. Gruppe A umfasst fünf Teststreifen, die aus hergestelltem, abbaubarem Polymer in Abwesenheit des Schutzes eines inaktiven Gases spritz-gegossen wurden. Gruppe B umfasst fünf Spritzguss-Teststreifen, die aus abbaubarem Polymer in Anwesenheit eines Schutzes mit inaktivem Gas hergestellt wurden. Die erhaltenen Untersuchungs-Ergebnisse sind in Fig. 3 und 4 und den folgenden Tabellen I und II dargestellt. Tabelle I

Tabelle II

Molekulargewichtsabweichungen

Entsprechend der Verweilzeit des Materials in dem Beschickungsrohr, werden die Proben in acht Gruppen mit je zwei Stücken wie folgt eingeteilt:

1. Ohne Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 0 Minuten.
2. Ohne Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 10 Minuten.
3. Ohne Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 15 Minuten.
4. Ohne Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 30 Minuten.
5. Mit Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 0 Minuten.
6. Mit Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 10 Minuten.
7. Mit Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 15 Minuten.
8. Mit Schutz eines Inertgases, Beobachtungszeit 30 Minuten.

Aus dem vorstehenden Testergebnis ist ersichtlich, dass der Schutz mit einem inaktiven Gas die Pyrolyse-Wirkung auf ein Polymers herabsetzt.

Claims

1. Verfahren zum Formen eines abbaubaren Polymers umfassend den Schritt des Zuführens eines inaktiven Gases, das nicht mit dem Polymer reagiert, um ein Luftschutzschild zu bilden, das das zugeführte abbaubare Polymer beim Gießen des zugeführten abbaubaren Polymers gegenüber Luft isoliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zugeführte inaktive Gas zwischen einer Material- Beschickungszone, bei der das zu gießende abbaubare Polymer zugeführt wird, und einer Material-Schmelzzone, bei der das zugeführte abbaubare Polymer geschmolzen wird, ein Luftschutzschild ausbildet.

3. Verfahren nach Abspruch 2, wobei das inaktive Gas einer Formbildungszone zugeführt wird, bei der das zugeführte abbaubare Polymer geformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das inaktive Gas ausgewählt ist unter Inertgasen, einschließlich Stickstoff und Argon.

5. Verfahren zum Formen eines abbaubaren Polymers, umfassend den Schritt des Einsatzes einer Spritzgussanlage, um ein zugeführtes abbaubares Polymer zu gießen, und den Schritt des Zuführens eines inaktiven Gases zu der Spritzgussanlage, um zwischen einer Material- Beschickungszone und einer Material-Schmelzzone in der Spritzgussanlage einen Luftschutzschild auszubilden, um das zugeführte abbaubare Polymer während des Betriebs der Spritzgussanlage gegenüber Luft zu isolieren.

6. Verfahren nach Anspruch 5, weiter umfassend den Schritt des Zuführens des inaktiven Gases zu einer Formbildungszone, bei der das zugeführte abbaubare Polymer gegossen wird.

7. Vorrichtung zum Formen eines abbaubaren Polymers umfassend:
eine Spritzgussanlage die einen Zylinder aufweist, der einen Materialdurchgang darin definiert, eine drehbar in den Zylinder eingebaute Füllschnecke, einen mit dem Zylinder in Verbindung stehenden Trichter, und eine Einspritzdüse in einem vorderen Ende des Zylinders, und
eine Quelle für inaktives Gas, die mit dem Trichter verbunden und derart angepasst ist, um ein inaktives Gas zuzuführen, um den Materialdurchgang aufzufüllen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Quelle für inaktives Gas einen Behälter umfasst, der das Gas enthält, und ein Steuerventil, das derart angepasst ist, die Strömungsrate des Vorrats- Inertgases zu dem Materialdurchgang zu steuern.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, die weiter eine mit der Einspritzdüse verbundene Gußform umfasst und ein derart angepasstes Anschlußrohr, das das inaktive Gas von der Quelle des inaktiven Gases zu der Gußform leitet.