ES2232672T3 - Dispositivo de mezcla y un procedimiento para la obtencion de masas de moldeo termoplasticamente elaborables, particularmente con mezclas de aditivos. - Google Patents

Dispositivo de mezcla y un procedimiento para la obtencion de masas de moldeo termoplasticamente elaborables, particularmente con mezclas de aditivos.

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Abstract

Dispositivo de mezcla consistente en al menos una máquina de husillos S1 y una máquina de husillos S2, estando dotada S1 al menos en la zona de plastificación y de homogeneización con dispositivos de calentamiento y uniéndose la apertura de salida de S2 en la zona de plastificación o de homogeneizado de S1 con el cilindro de husillos de S1, caracterizado porque la unión de S1 y de S2 se lleva a cabo mediante un dispositivo de unión, que esta dotado con un dispositivo refrigerante con efecto hasta la pared interna del cilindro de husillos de S1 y pudiendo formar los husillos de S2 en la transición de S2 hasta S1 una presión lo suficientemente elevada para propulsar la presión de S1.

Description

Dispositivo de mezcla y un procedimiento para la obtención de masas de moldeo termoplásticamente elaborables, particularmente con mezclas de aditivos.
La presente invención se refiere a un dispositivo de mezcla según la reivindicación 1.
La presente invención se refiere además al empleo del dispositivo de mezcla para la obtención de masas de moldeo termoplásticamente elaborables, particularmente denominadas con "mezclas de aditivos".
La invención se refiere además a un procedimiento para la obtención de masas de moldeo termoplásticamente elaborables, particularmente con mezclas de aditivos, según la reivindicación 7.
Los polímeros orgánicos, como, por ejemplo, termoplásticos, se dotan generalmente en el transcurso de al menos una etapa de elaboración de aditivos. En el caso de estos aditivos se trata, por ejemplo, de estabilizantes contra la degradación oxidativa que puede estar iniciada por la luz o por el calor, recogedores de ácidos, que neutralizan productos residuales de ácidos provocados por productos residuales de catalizadores, de colorantes, agentes protectores contra la llama, lubricantes, productos antiestáticos o similares.
Para evitar al manejo muchas veces inconvenientes con aditivos puros en la adición de polímeros termoplásticamente elaborables, se emplean a menudo denominadas "mezclas de aditivos". En el caso de estas mezclas de aditivos se trata de masas de moldeo especiales, en las cuales están alojados los aditivos necesarios en una matriz de, por ejemplo, un polímero termoplástico, situándose, sin embargo, el contenido de aditivos en comparación con masas de moldeo aditivadas habituales claramente más elevado. Por la adición de cantidades correspondientes de una mezcla de aditivos a un termoplástico, por ejemplo, no aditivado, se obtienen entonces masas de moldeo con contenidos de aditivos habituales.
El experto conoce los dispositivos y los procedimientos adecuados habitualmente para la obtención de masas de moldeo aditivadas y elaborables termoplásticamente o las mezclas de aditivos (véase, por ejemplo, Saechtling, Kunststoff-Taschenbuch, Hanser Verlag, München, Wien, edición 26, 1995, páginas 192 hasta 246).
Los aditivos citados están presentes a temperatura ambiente a menudo en forma pulverulenta o líquida. El empleo de estos aditivos en forma pulverulenta conlleva inconvenientes en la incorporación en el componente termoplásticamente elaborable con empleo de los dispositivos de mezcla y procedimientos conocidos.
Se forman, por ejemplo, polvos, que pueden ser bajo circunstancias dañinos para la salud o pueden causar explosiones de polvo.
Básicamente puede ser también problemático la incorporación de aditivos pulverulentos en componentes elaborables termoplásticamente, particularmente para la obtención de mezclas de aditivos, si se sitúa el punto de fusión de al menos un componente de aditivos muy lejos por debajo de la temperatura, por ejemplo 50ºC por debajo, que limita el intervalo de temperatura de deformación por calor de la matriz termoplástica hacia abajo, por ejemplo aproximadamente 110ºC. Generalmente pueden ser ya críticos aditivos con un punto de fusión de aproximadamente 150ºC, si la temperatura, que limita el intervalo de temperatura de deformación por calor hacia abajo, es correspondientemente muy elevado, por ejemplo aproximadamente 200ºC. Particularmente problemática es la incorporación, si se sitúa el punto de fusión de un aditivo en aproximadamente 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración del componente termoplásticamente elaborable. La incorporación es, por ejemplo, particularmente crítico, si el punto de fusión del aditivo se sitúa tan solo poco por encima de la temperatura ambiente de las máquinas de elaboración, por ejemplo entre aproximadamente temperatura ambiente y 60ºC. Los problemas, que pueden aparecer en estos casos, son los siguientes: una fusión prematura ya en su dispositivo de dosificación, por lo cual ya no se puede alcanzar, por ejemplo, una formación de presión necesaria para la incorporación con una extrusora; la formación de pegados y aglomeraciones del aditivo; una dosificación irregular o falsa del aditivo; una distribución no homogénea del aditivo en el componente termoplásticamente elaborable, por ejemplo por grandes diferencias de viscosidad entre el componente termoplástico y el aditivo presente como fusión de baja viscosidad; descomposición o cambio de color del aditivo en estado sólido o fundido debido a la solicitación térmica elevada, a menudo bajo influencia de oxígeno de aire.
Una posibilidad de la incorporación de componentes aditivos en la matriz termoplástica es la dosificación en forma líquida del aditivo a una temperatura por encima de su temperatura de fusión. Esta forma de proceder pone como condición, sin embargo, la resistencia térmica del aditivo por encima de su temperatura de fusión. Si la resistencia no está garantizada suficientemente, pueden producirse, por ejemplo, una descomposición del aditivo y un cambio de color de las masas de moldeo termoplásticamente elaborables. Una dosificación en forma líquida limita al empleo de una bomba obligatoriamente transportante como dispositivo de dosificación, ya que con una extrusora ya no puede conseguirse, por ejemplo, ninguna formación de presión necesaria para la dosificación.
La EP 565 184 A1 describe procedimientos, en los cuales se deforman mediante mezcladoras de productos sólidos o bien extrusoras varios componentes de aditivos para dar compactados granulares, que pueden incorporarse entonces en polímeros termoplásticos. Estos compactados obtenidos meramente mediante una presión mecánica sobre los componentes pulverulentos son a menudo poco resistentes contra una abrasión mecánica, por lo cual no puede excluirse el peligro de la formación de polvo. Además se inclinan los compactados de este tipo particularmente a una temperatura ambiente al pegado y a la aglomeración, si contienen componentes con un bajo punto de fusión.
Las WO 98/13412 y EP-A 534 235 ofrecen respectivamente dispositivos de mezcla, que consisten en una extrusora principal y una extrusora lateral, y que se emplean para la obtención de termoplásticos tenazmente modificados partiendo de al menos un componente acuoso. Los dispositivos de este tipo tienen el inconveniente para la obtención de mezclas de aditivos, en las cuales se emplea como aditivo al menos un componente, cuya temperatura de fusión se sitúa muy por debajo de la temperatura, que limita el intervalo de temperatura por deformación por calor de la matriz termoplástica hacia abajo, o cuyo punto de fusión se sitúa en el intervalo o tan solo un poco por encima de la temperatura ambiente de las máquinas de elaboración, por ejemplo entre aproximadamente temperatura ambiente y 60ºC, que puede llegarse en la zona de dosificación de aditivo en la matriz termoplástica a pegados y dosificaciones irregulares. No pueden obtenerse en estos casos masas de moldeo termoplásticas elaborables homogéneas.
La JP-A-61 095923 ofrece un dispositivo para la dosificación de un aditivo en una extrusora con una refrigeración simultánea de la conducción de alimentación.
La US-A-4 547 541 describe un procedimiento para la obtención de mezclas polímeras termoplásticas.
El objeto de la presente invención consistía en poner a disposición dispositivos y procedimientos para la obtención de masas de moldeo homogéneas y termoplásticamente elaborables, particularmente de mezclas de aditivos, a partir de un componente termoplástico y al menos un otro componente, situándose la temperatura de fusión o de descomposición del otro componente muy por debajo, por ejemplo aproximadamente 50ºC por debajo, de la temperatura, que limita el intervalo de la temperatura de deformación por calor del componente termoplástico hacia abajo, por ejemplo aproximadamente 110ºC, o bien se sitúa la temperatura de fusión o de descomposición del otro componente en aproximadamente 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración del componente termoplástico o bien se sitúa la temperatura de fusión o de descomposición del otro componente en el intervalo o tan solo un poco por encima del temperatura ambiente de las máquinas de elaboración, por ejemplo entre aproximadamente temperatura ambiente y 60ºC, donde no aparecen los problemas anteriormente citados.
Esta tarea se cumple por los dispositivos de mezcla inicialmente definidos, que se describen a continuación con más detalle.
El dispositivo de mezcla según la invención consiste en al menos una máquina de husillo S1 y una máquina de husillo S2. En principio puede estar configurado el dispositivo de mezcla también por más que las máquinas de husillo citadas.
Se entiende por máquinas de husillos generalmente todos los aparatos, que estén dotados de dispositivos de transporte en forma de husillo, tornillo o de caracol o de dispositivos de transporte, que actúan en el mismo sentido con estos dispositivos de transporte, y que estén adecuados para la elaboración de productos sólidos, plásticamente deformables o líquidos. Por ejemplo sirven como máquinas de husillo amasadoras de husillo, plastificantes, co-amasadoras, mezcladoras de husillo, extrusoras de cilindros de cizallamiento o extrusoras de husillo. Se prefieren extrusoras de husillo y muy particularmente preferentes extrusoras de doble husillo. Las máquinas de husillo se describen, por ejemplo, por Saechtling, Kunststoff Taschenbuch, Hanser Verlag, München, Wien, edición 26, 1995, páginas 191 hasta 246.
Las máquinas de husillo muestran habitualmente secciones con una función diferente, denominadas "zonas". Las diferentes zonas de las máquinas de husillo no son necesariamente idénticos con los componentes individuales de construcción, como piezas de la carcasa o segmentos de husillo, de los cuales están configuradas las máquinas de husillo, por ejemplo las extrusoras. Una zona consiste generalmente de varios componentes. Las zonas individuales pueden tener según la función diferentes extensiones volumétricas, por ejemplo diferentes longitudes o volúmenes.
Habitualmente muestran las máquinas de husillo una o varias de las zonas descritas a continuación. Además pueden mostrar las máquinas de husillo, sin embargo, también zonas, cuyas funciones no están descritas en lo siguiente de forma explícita.
Se entiende por zona de dosificación aquella sección de una máquina de husillo, en la cual se alimentan uno o varios componentes, por ejemplo un polímero elaborable termoplásticamente, a la máquina de husillo. Esta alimentación puede llevarse a cabo mediante un dispositivo de dosificación, que consiste, por ejemplo en un orificio en el lado superior en la máquina de husillo con un embudo sobrepuesto, de modo que el componente a dosificar llega por la fuerza de gravedad a la máquina de husillo. El dispositivo de dosificación puede consistir, sin embargo, también, por ejemplo, en un husillo transportador o una extrusora, por los cuales se presiona el componente a dosificar por el orificio de dosificación de la máquina de husillo. Las extrusoras adecuadas para finalidades de dosificación son, por ejemplo, extrusoras de dos husillos con husillos peinantes de marcha opuesta. Para componentes líquidos sirven también bombas como dispositivos de dosificación. Los dispositivos de dosificación trabajan a menudo de forma automática. Contiene la zona de dosificación varias orificios de dosificación, pueden estar posicionados los mismos, por ejemplo, sucesivamente a lo largo de un eje imaginario en sentido longitudinal de la máquina de husillo, en forma de un círculo a lo largo del perímetro de la máquina de husillo o a lo largo de forma heliocéntrica alrededor de una máquina de husillo.
Se entiende por zona de plastificación la sección de una máquina de husillo, en la cual se lleva a un componente en un estado deformable en caliente, a menudo líquido de fusión o plásticamente deformable. Generalmente se consigue esto por una calefacción o por energía mecánicamente incorporada. Para la incorporación de energía mecánica entran en consideración como elementos de plastificación los componentes corrientes para el experto, por ejemplo elementos de husillos con un pequeño ascendente en dirección de transporte, bloques de amasado con discos de amasado estrechos o anchos, transportadores o no transportadores, elementos de husillos con ascendentes en contra de la dirección de transporte o una combinación de tales elementos. La selección de los elementos de plastificación en la zona de plastificación va en función de su tipo, número y dimensión de los componentes de la mezcla polímera, particularmente según la viscosidad y la temperatura de reblandecimiento así como de la miscibilidad de los componentes.
Se entiende por zona de homogeneización la sección de una máquina de husillo, en la cual se homogeneizan uno o varios componentes, de los cuales se encuentra al menos uno en estado deformable en caliente. Esta homogeneización se lleva a cabo a menudo por mezcla, amasado o cizallamiento. Los elementos de mezcla, amasado y de cizallamiento son, por ejemplo, los agentes ya descritos como elementos de plastificado.
Se entiende por zona de descarga de una máquina de husillo la sección, en la cual se prepara la descarga de la masa de moldeo termoplásticamente elaborable, por ejemplo de la mezcla de aditivos, y se lleva a cabo a través del orificio de descarga. La zona de descarga consiste a menudo en un tornillo de transporte y en una parte de carcasa cerrada, que está cerrada con un orificio de salida definido.
Preferentemente se emplea como orificio de salida un cabezal de toberas, que esté configurado, por ejemplo, como placa de toberas o como listón de toberas, donde pueden estar formadas las toberas en forma de un círculo (placa perforada de toberas), en forma de ranuras o de otra manera. El producto descargado como barra en el caso de una placa de toberas se enfría, como es habitual, en agua y se granula. Especialmente en el empleo de una tobera en forma de ranura es posible el granulado en cubitos.
En una particular forma de ejecución se emplea en lugar del listón de toberas anteriormente descrita con la demás combinación habitual de descarga de barra, baño de agua y granulador un cabezal de toberas particular con un siguiente granulado subacuático. En este caso sale el material líquido o plástico a través de una placa de toberas con perforaciones preferentemente redondas dispuestas en círculo, se corta bajo agua de cuchillas rotativas y se enfría bajo agua, solidificándose el material para dar granos perlíformes más o menos redondos. En la disposición de las perforaciones son también habituales otras disposiciones circulares y otras formas de perforaciones que redondas.
En una otra forma de ejecución se emplea en lugar de la descarga a través de un listón de toberas, refrigeración por baño de agua y granulado un procedimiento de corte en caliente, en el cual no se refrigera el material líquido o plástico, que sale del cabezal de tobera, no por en líquido, sino se granula todavía en estado caliente después de la salida del cabezal de toberas después de una breve refrigeración por aire. El granulada obtenido se enfría entonces adicionalmente o se enfría adicionalmente en la elaboración adicional, en cuanto esto hace falta.
Las mezclas de aditivos se obtienen preferentemente como granulado. En cuanto la masa de moldeo termoplásticamente elaborable no es una mezcla de aditivos, sino contiene en este estado de elaboración ya todos los aditivos en la cantidad adecuada para la aplicación terminal deseada, es ventajosa también la elaboración adicional en estado caliente o la extrusión directa de placas, láminas, tubos y perfiles.
En otra forma particular de ejecución está dotada la zona de descarga de un dispositivo para el filtrado del material líquido o plástico saliente de la máquina de husillo, que se encuentre delante del cabezal de tobera. Los dispositivos de este tipo para el filtrado de fusión continuo son conocidos para el experto y habituales en el comercio. Puede instalarse, si es necesario, entre la zona de descarga y el filtrado de fusión un órgano de transporte, por ejemplo una bomba de fusión o un tornillo de transporte, para formar en la fusión la presión necesaria para el paso de la unidad de filtrado.
El material líquido o plástico saliente del dispositivo de filtrado se granula o bien se elabora de otra manera adicionalmente, como se ha descrito ya.
Una máquina de husillo puede contener además otras zonas, por ejemplo zonas de ventilación o de desgasificación para la descarga de componentes gaseosos o zonas de aplastamiento y de deshidratación para la separación y la descarga de componentes líquidos, en los cuales puede tratarse de agua, pero también de otros productos. Se describen zonas de desgasificación, de aplastamiento y de deshidratación así como su ejecución mecánica y el posicionamiento por la WO 98/13412, por lo cual se hace expresa referencia referente a estas características a la publicación citada.
Una sección de una máquina de husillo puede reunir en si también dos o varias zonas citadas. En el caso de que se agrega por dosificación en la zona de homogeneización de una extrusora otro producto, entonces funciona la zona de homogeneización al mismo tiempo como zona de dosificación. De manera análoga pueden estar realizadas las otras de las zonas citadas en una sección de la máquina de husillo al mismo tiempo.
Las zonas individuales pueden estar espacialmente entre sí claramente delimitada o seguir entre sí de forma continua. Así es, por ejemplo, en una extrusora es la transición de la zona de plastificación a la zona de homogeneización especialmente no siempre delimitable de forma clara. A menudo tiene lugar una transición continua entre ambas zonas.
Como se conoce generalmente pueden calentarse o refrigerarse las diferentes zonas de una máquina de husillos, por ejemplo una extrusora, de forma individual, para ajustar a lo largo del sentido de transporte un perfil térmico óptimo. Los dispositivos calefactores y refrigerantes adecuados son conocidos por el experto. De forma ejemplificativa se citan como dispositivos calefactores: calefacción directa, cintas calefactoras eléctricas, medios transmisores del calor, como agua, aceites de silicona, parafinas o compuestos similares para el portador del calor de compuestos orgánicos adecuados, fusiones salinas inorgánicas, como, por ejemplo, mezclas de nitrato sódico/nitrato potásico o aleaciones metálicas de baja fusión o también gases, por ejemplo, vapor de agua, tubos calefactoras o camisas calefactoras pasados por medio calefactor. El calentamiento eléctrico o camisas o tubos calefactores pasados por medio calefactor son preferentes.
Los ejemplos para dispositivos refrigerantes adecuados son: refrigeradores de aire, elementos "Peltiere", medios adecuados para la disipación térmica, como agua, soluciones salinas, aguas salinas o tubos y camisas de refrigeración pasados por compuestos orgánicos. Se prefieren los tubos refrigerantes o caminas de refrigeración conductoras.
Las temperaturas a seleccionar en algunos casos y dimensiones volumétricas de las zonas individuales se diferencian en función de las propiedades químicas y físicas de los componentes y sus proporciones cuantitativas.
La máquina de husillos S1 muestra según la invención al menos una zona de dosificación, al menos una zona de plastificación y al menos una zona de homogeneización.
La máquina de husillos S1 está dotada al menos en la zona de plastificación y en la zona de homogeneización con dispositivos calefactores. También otras zonas de S1, por ejemplo las zonas de dosificación, de expulsión o de desgasificación pueden calentarse. Preferentemente está dotada la zona de expulsión con un dispositivo calefactor. Las zonas de S1, que no son la zona de plastificación o de homogeneizado, pueden dotarse también con dispositivos de refrigeración. Preferentemente está dotada la zona de dosificación de S1 con un dispositivo de refrigeración.
La máquina de husillos S2 posee habitualmente al menos de una zona de dosificación. En una forma de ejecución preferente está dotada la zona de dosificación de S2 con una apertura de desgasificación.
La máquina de husillos S2 puede acabarse con o sin dispositivos calefactores o refrigerantes. Preferentemente está dotado S2 en una, varias o en todas sus zonas con un dispositivo refrigerador.
En el dispositivo de mezcla según la invención está unida la apertura de salida de S2 en la zona de plastificación o de homogeneización de S1 con el cilindro de husillo de S1. Preferentemente se lleva a cabo la unión en la zona de homogeneización de S1. Es esencial, que la unión de S1 y S2 se lleva a cabo mediante un dispositivo de unión, que esté dotado con un dispositivo de refrigeración efectivo para el revestimiento interno del cilindro de husillo de S1.
Por cilindro de husillo ha de entenderse el espacio interno de la máquina de husillos, en el cual rotan los elementos de husillo, o bien se transporta el materia a elaborar. La pared interna del cilindro de husillos es la pared de la carcasa de la máquina de husillos, que permanece en contacto con el material a elaborar.
El dispositivo de unión puede tratarse de un componente separado, por ejemplo, una tubuladura de transparencia. En el sentido de la invención tiene que entenderse bajo la denominación "dispositivo de unión" pero también en S1 dispositivos posicionados fijamente, por ejemplo, bridas o uniones de tornillo, en los cuales puede cerrarse directamente S2. En estos casos están dotados los dispositivos de unión posicionados fijamente en S1 y/o la máquina de husillos S2 ya con un dispositivo de refrigeración, que actúa hasta la pared interna del cilindro de husillo de S1, por ejemplo, una envolada de la carcasa total o parcialmente enfriada.
Para la refrigeración del dispositivo de unión son adecuados también los dispositivos de refrigeración citados.
La temperatura de S1, con excepción de la zona de dosificación de S1, se escoge generalmente de modo que se sitúe claramente por encima de la temperatura, que se limita hacia abajo la zona de moldeo por calor del componente desmoldeable térmicamente de forma elaborado de forma termoplástica. Generalmente significa esto, que la temperatura de S1, con excepción de la zona de dosificación de S1, es igual o mayor que la temperatura de reblandecimiento de los termoplásticos a elaborar. Preferentemente se escoge, en este caso, temperaturas de al menos 50ºC, particularmente preferente de al menos 60ºC, por encima de la temperatura de reblandecimiento. Estas y las indicaciones térmicas citadas a continuación para máquinas de husillos se refieren respectivamente a la temperatura, que tienen las partes que están en contacto con los aditivos o los productos de la máquina de husillos, por ejemplo, la pared interna del cilindro de husillo, por ejemplo, la pared interna del cilindro de husillo de una extrusora. El límite superior del intervalo térmico se somete según la perturbación de los componentes elaborables de forma termoplástica empleados, así como de forma opcional a demás componentes permanecientes. Se prefieren, en este caso, temperaturas, en las cuales no se produzca ningún daño de los componentes. Generalmente se escogen temperaturas en el intervalo de 150ºC hasta 400ºC, preferentemente de 160ºC hasta 350ºC. La zona de dosificación de S1 se mantiene generalmente a una temperatura, que se sitúa por debajo de la temperatura de fusión o de reblandecimiento de las substancias dosificadas, para impedir un recubrimiento en esta zona.
La temperatura de la máquina de husillo S2 y/o del dispositivo de unión se escoge habitualmente de manera que la temperatura de expulsión de los componentes elaborados en S2 sea tan baja, que estos componentes se expulsen en la mayor parte en forma sólida de S2. En este caso no se alimenta de S2 generalmente ningún calor hacia el exterior, sino que se refrigera preferentemente según métodos en sí conocidos o citados, de modo que el cilindro de husillo de S2 y/o el dispositivo de unión se refrigere por debajo de la temperatura de fusión de los componentes a dosificar, por ejemplo, a temperatura ambiente.
Una propiedad esencial del dispositivo de mezcla según la invención es que la unión de S1 y S2 se lleve a cabo a través de un dispositivo de unión, que esté dotado con un dispositivo refrigerador con efecto hasta la pared interna del cilindro de husillo de S1. Según la invención es el dispositivo de unión aproximadamente a 50ºC hasta 350ºC más frío que la pared interna del cilindro de husillo de S1 en la zona del punto de unión. Por ejemplo muestra el dispositivo de unión una temperatura de no más que aproximadamente 60ºC, preferentemente no más que 50ºC, particularmente preferente no más que 30ºC, mientras que la pared interna del cilindro de husillo de S1 muestra en la zona del punto de unión una temperatura de más que aproximadamente 110ºC, preferentemente más que 130ºC, particularmente preferente más que 150ºC. Las temperaturas a seleccionar en algunos casos varían según los componentes K1 y K2 a mezclar.
Además en una propiedad esencial del dispositivo de mezcla según la invención, que S2 posea un husillo, que forme en la transición de S2 hasta S1 una presión, que sea lo suficientemente elevada para resistir contra la presión de S1. De este modo pueden dotarse, por ejemplo, los husillos de S2 en el transcurso de S2 hasta S1 de forma sencilla y/o con raíles de husillos estrechos.
En una forma de ejecución preferente se emplean como máquinas de husillos S1 una denominada extrusora principal y como máquina de husillos S2 una denominada extrusora secundaria.
La disposición según la invención de cada extrusora individual puede formarse económicamente con ayuda de elementos de extrusión corrientes en el mercado según el principio de la caja de construcción. Tales elementos están disponibles en forma de husillos dispuestos de formas diversas y de secciones de carcasas pertenecientes, denominados "coladas", y posibilitan una adaptación renovada de la extrusora a los problemas de confección especiales.
Como extrusora principal y/o secundaria puede emplearse extrusoras de un husillo o extrusoras de doble husillo, que giran al mismo sentido, como también pueden funcionar en sentidos opuestos. Preferentemente se emplean como extrusora principal y/o extrusora secundaria extrusoras de doble husillo. Particularmente preferentes son extrusoras de doble husillo compactantes y giratorias en el mismo sentido.
En el intervalo de las zonas de dosificación y, en cuanto existan, en zonas de ventilación, o en las zonas de desgasificación se configuran los husillos de las extrusoras de la extrusora principal o secundaria generalmente como husillos de funcionamiento normal. La extrusora secundaria está dotada preferentemente en todas las zonas con husillos normalmente transportadores. Los husillos normalmente transportadores en el sentido de esta solicitud consisten mayoritariamente en elementos con un perfil "Erdmenger" (completamente autolimpiantes), elementos de empuje, elementos con un perfil trapezoidal, elementos con un perfil rectangular o una combinación de estos elementos. Las aperturas de desgasificación presentes en las zonas de desgasificación pueden dotarse en caso de necesidad también con los husillos taponadores habituales en la práctica, sin embargo esto no es generalmente necesario.
En una forma de ejecución preferente es la extrusora principal una extrusora de husillos dotada en la zona de plastificación y en la zona de homogeneización mayoritariamente con elementos de amasado, de mezcla y de cizallado. Los correspondientes elementos de amasado, de mezcla y de cizallado se escogen en función del comportamiento reológico de los termoplásticos y de otros componentes. Los elementos de mezcla, amasado y de cizallado se han descrito ya.
Pueden emplearse extrusoras principales y/o secundarias con husillos con una profundidad del paso menor, media o mayor (denominados "husillos cortantes en profundidad"). La profundidad del paso de los husillos a emplear es dependiente del tipo de máquina. El tipo de máquina a emplear respectivamente varía según la respectiva finalidad.
El número de pasos de los husillos de la extrusora principal y/o secundaria puede variar. Preferentemente se emplean para la extrusora secundaria en la transición a la extrusora principal husillos de un solo paso. Sin embargo pueden emplearse también husillos con otros pasos, por ejemplo, de rosca simple o de triple rosca, o tales husillos, que muestren secciones con diferentes números de pasos.
Los números de revoluciones de los husillos de la extrusora principal y/o secundaria pueden variar en el transcurso de amplios límites. Preferentemente se emplean números de revoluciones relativamente elevados. Los números de revoluciones adecuados de los husillos de la extrusora principal y/o secundaria se sitúan independientemente entre sí en el intervalo de 50 hasta 1200 revoluciones por minuto, preferentemente de 100 hasta 1000 revoluciones por minuto y particularmente preferente de 400 hasta 900 revoluciones por minuto.
En una forma de ejecución preferente consiste el dispositivo de mezcla según la invención en una extrusora principal y en una extrusora secundaria, mostrando la extrusora principal una zona de dosificación refrigerada mediante refrigeración de agua en aproximadamente temperatura ambiente y zonas de plastificación, homogeneizado y de descarga calentadas a 150ºC hasta 400ºC y se dota con un husillo doble rotativos en el mismo sentido a 50 revoluciones por minuto hasta 1200 revoluciones por minuto. Los husillos dobles de la extrusora principal están formados por dos pasos y están dotados en la zona de dosificación y de descarga con elementos de mezcla, de amasado y de cizallado, y elementos de transporte normales en la zona de plastificado y de homogeneizado. Preferente en el intervalo de la zona de homogeneización de la extrusora principal se conecta una extrusora secundaria con su apertura de salida con el cilindro de husillos de la extrusora principal. La unión de la extrusora secundaria y de la extrusora principal se lleva a cabo mediante una tubuladura de transferencia, que esta dotado con un refrigerador de agua con efecto hasta la pared interna del cilindro de husillos de la extrusora principal, de manera que la tubuladura de transferencia sea más fría en el intervalo de la zona de unión a la extrusora principal de 50 hasta 350ºC, que la pared interna del cilindro de husillos de la extrusora principal en el intervalo de la zona de unión. La extrusora secundaria está preferentemente refrigerada por agua al completo, por ejemplo, a temperatura ambiente. La extrusora lateral está dotada ventajosamente con un husillo doble rotativo en el mismo sentido con 50 revoluciones por minuto hasta 1200 revoluciones por minuto, que forman en la transición de la extrusora secundaria a la extrusora principal una presión, que es lo suficientemente elevada de transportar en contra la presión de fusión de la extrusora principal. Preferentemente esta formado el husillo doble de la extrusora secundaria en la transición a la extrusora principal por un paso, en las otras zonas por dos pasos, y está dotado con husillos de transporte.
Los dispositivos de mezcla según la invención son adecuados para la obtención de masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, denominadas particularmente como mezclas de aditivos. Los mismos son particularmente adecuados para la obtención de masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, particularmente tandas de aditivos de al menos un componente termoplástico K1 y al menos un componente K2, situándose la temperatura de fusión o la temperatura de descomposición T_{s}^{K2} del componente K2 por debajo, muy por ejemplo, de forma aproximada 50ºC por debajo, de la temperatura T_{w}^{K1}, que limita el intervalo de moldeo por calor de los componentes termoplásticos, por ejemplo, de forma aproximada 110ºC o bien situándose T_{S}^{K2} de forma aproximada de 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración de K1, o bien situándose T_{S}^{K2} en el intervalo o tan solo un poco por encima de la temperatura ambiental de las máquinas de elaboración, por ejemplo, entre aproximadamente la temperatura ambiente y 60ºC.
A continuación se describen los procedimientos según la invención para la obtención de masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, particularmente mezclas de aditivos, de al menos un componente termoplástico K1 y al menos un componente K2, situándose la temperatura de fusión o la temperatura de descomposición T_{s}^{K2} del componente K2 muy por debajo, por ejemplo, de forma aproximada 50ºC por debajo, de la temperatura T_{w}^{K1}, que limita el intervalo de moldeo por calor de los componentes termoplásticos, por ejemplo, de forma aproximada 110ºC o bien situándose T_{S}^{K2} de forma aproximada de 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración de K1, o bien situándose T_{S}^{K2} en el intervalo o tan solo un poco por encima de la temperatura ambiental de las máquinas de elaboración, por ejemplo, entre aproximadamente la temperatura ambiente y 60ºC. En el procedimiento según la invención se calienta K1 a una temperatura mayor que T_{w}^{K1}, dosificándose el componente K2 mediante un dispositivo de dosificación refrigerado a una temperatura menor que T_{s}^{K2}, llevándose a cabo una mezcla de los componentes K1 y K2 y refrigerándose la masa de moldeo elaborable de forma termoplástica obtenida o bien se refrigera la mezcla de aditivos según una proceso de moldeo realizable opcionalmente nuevamente a una temperatura menor que T_{w}^{K1}, siendo esencial que K2 se funda en mayor parte después del contacto con K1.
Como componente termoplástico K1 son adecuados principalmente todas las substancias elaborables de forma termoplástica.
De forma ejemplificativa se citan polímeros termoplásticos amorfos o parcialmente cristalinos, entre otras cosas, también poliolefinas, como polietileno de baja o elevada densidad, polipropileno, polímeros bloque de poliolefina, ceras de poliolefina, policarbonatos polialquilentereftalatos, como polibutilentereftalatos y polietilentereftalato, polímeros biológicamente degradables, por ejemplo, poliláctida, policaprolactona o copoliésteres alifáticos-aromáticos, formados por, por ejemplo, ácido tereftálico, ácido adípico y butanodiol, polioximetileno, metacrilato de polimetilo, polifenilensulfuro, polisulfonas, poliétersulfonas, policetonas y poliamidas, así como mezclas, constituidas por estos termoplásticos. Además pueden emplearse también elastómeros termoplásticos, como poliuretano termoplástico (TPU) como componente K1.
Generalmente se prefieren polímeros amorfos. De forma ejemplificativa se citan: metacrilato de polimetilo; copolímeros, formados por metacrilato de metilo y ésteres alquílicos con 2 a 8 átomos de carbono homólogos del ácido (met)acrílico; copolímeros de estireno y acrilonitrilo (polímeros SAN), así como de estireno y metacrilato de metilo, anhídrido del ácido maleico, \alpha-metilestireno, estirenos nucleoalquilados y nucleoclorados, así como butadieno, por ejemplo, copolímeros de estireno-butadieno o copolímeros bloque de estireno-butadieno; poliestireno, cloruro de polivinilo; copolímeros de cloruro de vinilo con cloruro de vinilideno, propileno y ésteres vinílicos; se prefieren metacrilato de polimetilo y polímeros SAN, así como poliestireno y sus copolímeros.
También puede emplearse como componente K1 copolímeros a base de estireno/anhídrido del ácido maleico, estireno/anhídrido del ácido maleico imidado, estireno/anhídrido del ácido maleico/anhídrido del ácido maleico imidado, estireno/metacrilato de metilo/anhídrido del ácido maleico imidado, estireno/metacrilato de metilo, estireno/metacrila-
to de metilo/anhídrido del ácido maleico imidado, estireno/metacrilato de metilo imidado, metacrilato de polimetilo imidado o mezclas, constituidas por estos polímeros.
En todos los componentes K1 termoplásticos citados puede reemplazarse el estireno total o parcialmente por \alpha-metilestireno, o por estirenos nucleoalquilados, o por acrilonitrilo. De los componentes K1 citados en último lugar se prefieren aquellos a base de \alpha-metilestireno/acrilonitrilo, estireno/anhídrido del ácido maleico, estireno/metacrilato de metilo y copolímeros con anhídrido del ácido maleico imidado.
K1 puede ser también una mezcla, constituida por varias substancias elaborables de forma termoplástica. K1 puede ser también una mezcla, constituida por al menos una substancia elaborable de forma termoplástica y una o varias substancias, que no son elaborables termoplásticamente cono tales, cuando la mezcla de todas estas substancias sea elaborable de forma termoplástica.
De este modo se emplean, por ejemplo, en la obtención de medicamentos, agentes fitosanitarios, piensos y/o productos alimenticios mediante extrusión por fusión como aglutinante polímero polímeros, copolímeros, derivados de celulosa, sacarosa, almidón, derivados de almidón, almidón modificado o mezclas, constituidas por los grupos de productos citados como componente K1, por ejemplo, polivinilpirrolidona (PVP), copolímeros de N-vinilpirrolidona (NVP) y acetato de vinilo o propionato de vinilo, copolímeros de acetato de vinilo y ácido crotónico, acetato de polivinilo parcialmente saponificado, polivinilalcohol, acrilatos de polihidroxialquilo, metacrilatos de polihidroxialquilo, poliacrilatos y polimetacrilatos (tipos Eudragit), copolímeros de metacrilato de metilo y ácido acrílico, poliacrilamidas, polietilenglicoles, polivinilformamida (en caso dado parcial o completamente hidrolizado), poliuretanos hinchables con agua con una temperatura de transición vítrea Tg > 20ºC, ésteres de celulosa, éteres de celulosa, particularmente metilcelulosa y etilcelulosa, hidroxialquilcelulosa, particularmente hidroxipropilcelulosa, hidroxialquilalquilcelulosas, particularmente hidroxipropilmetilcelulosa, ftalatos de celulosa, particularmente ftalato de acetato de celulosa y ftalato de hidroxipropilmetilcelulosa y mananos, particularmente galactomananos. De ellos son particularmente preferentes polivinilpirrolidona, copolímeros de N-vinilpirrolidona y ésteres vinílicos, acrilatos de polihidroxialquilo, metacrilatos de polihidroxialquilo, poliacrilatos, polimetacrilatos, alquilcelulosas y hidroxialquilcelulosas.
El aglutinante polímero se reblandece o se funde en la mezcla total de todos los componentes habitualmente por debajo de 180ºC, preferentemente por debajo de 130ºC, formándose una mezcla plástica. Si se necesita se reduce la temperatura de reblandecimiento o de fusión mediante, por ejemplo, substancias auxiliares plastificantes farmacológicamente aceptables. A este componente K1 que actúa como aglutinante polímero se incorporan, por ejemplo, substancias activas sensibles térmicamente o de baja fusión, por ejemplo, substancias activas farmacéuticas, enzimas o vitaminas.
La obtención de los componentes K1 citados en conocida por el experto o puede llevarse a cabo según métodos en sí conocidos.
El denominado intervalo de deformación por calor de una substancia termoplástica es el intervalo térmico, en el cual sea posible una elaboración termoplástica. En el caso idóneo puede aplicarse para la temperatura, que limita el intervalo de deformación por calor una temperatura exactamente definida (por ejemplo la temperatura de fusión de un compuesto). A menudo no es caracterizable el intervalo de deformación por calor, sin embargo, mediante límites térmicos exactamente definidos. Ha de observarse, por ejemplo, en el calentamiento de un termoplástico una transición continua de estado sólido a estado plástico, es decir, el estado deformable por el calor. En el sentido de la invención se entiende por la temperatura T_{W}^{K1}, que limita el intervalo de deformación por calor de K1, que desempeña la temperatura o el intervalo de temperaturas, en el cual tiene lugar en su transcurso la transición de, por ejemplo, sólidos, no deformables por el calor en el intervalo plástico. Según lo anterior se limita el intervalo de deformación por calor de un producto termoplástico a menudo por la temperatura, en la que no se aprecia todavía una descomposición, degradación, coloración o similares. También es a menudo posible en este caso aplicar una temperatura exacta; más bien resulta un intervalo de temperaturas dentro del cual puede apreciarse una deformación por calor, por ejemplo, respectivamente en función de la solicitación mecánica o del tiempo de elaboración, sin que se aprecien efectos negativos por la temperatura.
De este modo se sitúa, por ejemplo, la temperatura T_{W}^{K1} en los termoplásticos parcialmente cristalinos en la proximidad de la temperatura de fusión de la cristalita. Por ejemplo, se sitúa la temperatura de fusión de la cristalita de polietileno de elevada densidad en aproximadamente 130 hasta 146ºC, el intervalo de deformación por calor para polietileno de elevada densidad se sitúa habitualmente en el intervalo de aproximadamente 120 hasta 300ºC. Para más ejemplos de este tipo se refiere Franck/Biederbick, Kunststoff-Kompedium, Vogel Buchverlag Würzburg, 2ª edición 1988, páginas 252 hasta 256.
En los termoplásticos amorfos se sitúa generalmente la temperatura T_{W}^{K1} poco por encima de su temperatura de transición vítrea T_{g}. Por ejemplo se sitúa la temperatura de transición vítrea de copolímeros de estireno-acrilonitrilo (SAN) en aproximadamente 106ºC, el intervalo de moldeo por calor para SAN se sitúa habitualmente en el intervalo de aproximadamente 110 hasta > 300ºC. Para más ejemplos de este tipo se refiere Franck/Biederbick, Kunststoff-Kompedium, Vogel Buchverlag Würzburg, 2ª edición 1988, páginas 263 hasta 266.
Como componente K2 son adecuados, por ejemplo, los aditivos habituales en la elaboración polímera y agentes auxiliares, cuya temperatura T_{s}^{K2} se sitúe muy por debajo, por ejemplo de forma aproximada 50ºC por debajo de la temperatura T_{w}^{K1}, que limita el intervalo de moldeo por calor del componente termoplástico, por ejemplo, de forma aproximada 110ºC o bien su temperatura T_{S}^{K2} de forma aproximada 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración de K1, o bien su temperatura T_{S}^{K2} se sitúa en el intervalo o tan solo poco por encima de la temperatura ambiental de las máquinas de elaboración, por ejemplo, entre aproximadamente la temperatura ambiente y 60ºC. También son adecuadas mezclas, constituidas por varios de estos productos.
Como componente K2 son adecuados, por ejemplo, compuestos, que pertenecen a las siguientes clases de compuestos:
- antioxidantes primarios, como fenoles estéricamente impedidos;
- antioxidantes secundarios, como fosfitos, fosfonitos y tioésteres;
- precursores ácidos inorgánicos o inorgánicos;
- aditivos protectores contra la luz, como absorbentes de UV y aminas estéricamente impedidas.
Los antioxidantes primarios aplicables son, por ejemplo, fenoles estéricamente impedidos, como tetraquis[3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propioniloximetil]metano bien en forma amorfa como también cristalina, octadecil-3-(3',5'-di-t-butil-4'-hidroxifenil)propionato, 1,3,5-tris(3,5-di-t-butil-4-hidroxibencil)isocianurato, (1,,3,5-trimetil-2,4,6-tris
(3,5-di-t-butil-4-hidroxibencil)benceno) y productos de reacción butilados, formados por p-cresol y diciclopentadieno.
Como tetraquis[3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propioniloximetil]metano amorfo se cita de forma ejemplificativa el producto de la firma EniChem Synthesis con el nombre comercial Anox 20 AM.
Como tetraquis[3-(3,5-di-t-butil-4-hidroxifenil)propioniloximetil]metano cristalino se cita de forma ejemplificativa el producto de la firma EniChem Syntesis con el nombre comercial Anox 20 o Irganox 1010 de la firma Ciba-Geigy.
Un octadecil-3-(3',5'-di-t-butil-4'-hidroxifenil)propionato, el cual puede emplearse, es, por ejemplo, el producto comercial Anox PP18 de la firma Enichem Syntesis o Irganox 1076 de la firma Ciba-Geigy.
Un 1,3,5-tris(3,5-di-t-butil-4-hidroxibencil)isocianurato, el cual puede emplearse, es, por ejemplo, el producto comercial Anox 1C-14 de la firma EniChem Synthesis.
Un (1,3,5-trimetil-2,4,6-tris(3,5-di-t-butil-4-hiodroxibencil)benceno, el cual puede emplearse, es, por ejemplo, Irganox 1330 de la firma Ciba-Geigy.
Un producto de reacción butilado de p-cresol y diciclopentadieno con un peso molecular promedio de 600 hasta 700 g/mol, el cual puede emplearse, es, por ejemplo, Wingstay L de la firma Goodyear Tire & Rubber Company.
Los antioxidantes secundarios aplicables son, por ejemplo, tris(2,4-di-t-butil-fenil)fosfito, bis-(2,4-di-t-butil-fenil)pentaeritritil-difosfito y tetraquis-(2,4-di-t-butil-fenil)-4,4'-bifenilendifosfonita.
Una tris(2,4-di-t-butil-fenil)fosfita, la cual puede emplearse es, por ejemplo, el producto comercial Alkanox 240 de la firma EniChem Synthesis o Irgafos 169 de la firma Ciba-Geigy.
Una bis-(2,4-di-t-butil-fenil)-pentaeritritil-difosfita, la cual puede emplearse, es, por ejemplo, el producto comercial Ultranox 626 de la firma General Electric.
Una tetraquis-(2,4-di-t-butil-fenil)-4,4'-bifenilendifosfonita, la cual puede emplearse, es, por ejemplo, el producto comercial Sandostab PEPQ de la firma Sandoz.
Los tioésteres aplicables son, por ejemplo, dilauril-3,3'-tiodipropionato (Irganox PS 800 de la firma Ciba-Geigy) y diesteariltiodipropionato (DSTP, Irganox PS 802 de la firma Ciba-Geigy).
Los precursores ácidos aplicables son, por ejemplo, estearatos, particularmente el calcio, cinc, magnesio o aluminio; óxidos, particularmente óxido de cinc u óxido de magnesio u óxido de titanio; carbonatos sintéticos o naturales, por ejemplo, carbonato cálcico o hidrotalcita.
Los compuestos citados son conocidos por el experto y se pueden comprar libremente. De este modo puede referirse, por ejemplo, hidrotalcita a un compuesto de la fórmula Mg_{6}Al_{2}(OH)_{16}(CO_{3})\cdot4H_{2}O, de la firma Kyowa bajo el nombre comercial DHT4A.
Los aditivos protectores contra la luz aplicables son, por ejemplo 2(2'-hidroxi-3'-t-butil-5'-metilfenil)-5-clorobencenotriazol y 2-hidroxi-4-octilbenzofenona.
Un 2(2'-hidroxi-3'-t-butil-5'-metilfenil)-5-clorobenzotriazol, el cual puede emplearse, es, por ejemplo, Uvazol 236 de la firma EniChem Syntesis o Tinuvin 326 de la firma Ciba-Geigy. Como 2-hidroxi-4-octiloxibenzofenona puede emplearse Chimassorb 81 de la firma Ciba-Geigy.
Otros aditivos protectores contra la luz aplicables son aditivos estéricamente impedidos, como bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil)sebazato y poli-(N-\beta-hidroxietil)2,2,6,6-tetrametil-4-hidroxi-piperidilsuccinato.
Como bis(2,2,6,6-tetrametil-4-piperidil)sebazato puede emplearse Uvaseb 770 de la firma EniChem Synthesis o Tinuvin 770 de la firma Ciba-Geigy.
Como poli-(N-\beta-hidroxietil)-2,2,6,6-tetrametil-4-hidroxipiperidilsuccinato es empleable Tinuvin 622 de la firma Ciba-Geigy.
K2 puede tratarse también, por ejemplo, de ceras, oligómeros o polímeros, como, por ejemplo, cauchos de monómeros de etileno-propileno-dieno (EPDM) o copolímeros bloque de estireno-butadieno, en cuanto su temperatura T_{S}^{K2} se sitúe muy por debajo, por ejemplo, de forma aproximada 50ºC por debajo de la temperatura T_{W}^{K1}, que limita desde abajo el intervalo de moldeo por calor de los componentes termoplásticos, por ejemplo de forma aproximada 110ºC o bien su temperatura T_{S}^{K2} se sitúa de forma aproximada en 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración de K1 o bien su temperatura T_{S}^{K2} se sitúa en el intervalo o tan solo poco por encima de la temperatura ambiente de la máquina de elaboración, por ejemplo, entre aproximadamente la temperatura ambiente y 60ºC.
K2 puede tratarse, por ejemplo, también de substancias activas sensibles térmicamente o de baja fusión, por ejemplo, substancias activas farmacéuticas, enzimas o vitaminas, que incorpora, por ejemplo, en lo ya descrito, el componente K1 que actúa como aglutinante polímero y pueden elaborarse adicionalmente mediante extrusión por fusión para dar tabletas o formas de presentación similares.
Los componentes K2 citados muestran generalmente una temperatura de fusión definida T_{S}^{K2}. Sien embargo es también posible, particularmente cuando K2 es una mezcla, constituida por varias substancias, que en lugar de una temperatura de fusión definida exista un intervalo de temperaturas, en el cual se lleve a cabo en el calentamiento de K2 una transición de fase sólida en una fase líquida, plástica, moldeable, viscosa o fluible. En estos casos tiene que entenderse según la invención por T_{S}^{K2} el intervalo de temperaturas, en el cual tenga lugar la transición citada. En mezclas, constituidas por diferentes substancias corresponde T_{S}^{K2} a menudo al punto de fusión del compuesto de baja fusión.
También es posible, que T_{S}^{K2} no sea la temperatura de fusión del componente K2, en cuanto la temperatura, en la que la descomposición térmica del componente K2 sea tan grande, que su función se perturbe, por ejemplo, en substancias activas farmacéuticas, o se influya de forma negativa sobre la mezcla de aditivos según la invención o masas de moldeo elaborables de forma termoplástica en su calidad, por ejemplo, mediante coloración.
En el procedimiento según la invención para la obtención de masas de moldeo termoplásticas pueden emplearse generalmente de un 80 hasta un 99,99% en peso de K1 y de un 0,01 hasta un 20% en peso de K2, preferentemente de un 90 hasta un 99,99% en peso de K1 y de un 0,01 hasta un 10% en peso de K2, particularmente preferente de un 95 hasta un 99,99% en peso de K1 y de un 0,1 hasta un 5% en peso de K2 y particularmente de un 97 hasta un 99,9% en peso de K1 y de un 0,1 hasta un 3% en peso de K2, refiriéndose los % en peso respectivamente a la totalidad de la masa de K1 y de K2.
En caso de que se emplee el procedimiento según la invención para la obtención de mezclas de aditivos, se situarán los contenidos de K2 general y claramente más elevados. Para la obtención de mezclas de aditivos se emplean habitualmente de un 30 hasta un 99% en peso de K1 y de un 1 hasta un 70% en peso de K2, preferentemente de un 40 hasta un 99% en peso de K1 y de un 1 hasta un 60% en peso de K2, particularmente preferente de un 50 hasta un 98% en peso de K1 y de un 2 hasta un 50% en peso de K2 y particularmente de un 55 hasta un 95% en peso de K1 y de un 5 hasta un 45% en peso de K2, refiriéndose los % en peso respectivamente a la totalidad de la masa de K1 y K2.
Además pueden contener en el procedimiento según la invención, preferentemente en el procedimiento según la invención para la obtención de masas de moldeo termoplásticas, los componentes K1 y/o K2 en la elaboración polímera aditivos habituales y agentes auxiliares, pero también elastómeros, por ejemplo, modificadores de la resiliencia, que no pertenecen a la definición de K2. Las mezclas de aditivos no se dotan generalmente con otros aditivos, que no pertenecen a la definición de K2. Esto se ahorra a menudo, ya que en la obtención de una masa de moldeo termoplástica pueden incorporarse con empleo de tandas de aditivos en esta etapa de elaboración, en caso dado, otros aditivos deseados. Por esta razón contienen las tandas de aditivos ya, por ejemplo, tan solo entonces otros aditivos, que no pertenecen a la definición de K2, cuando las tandas de aditivos tengan que estabilizarse, por ejemplo, frente a la luz de UV o a influencias térmicas.
En las masas de moldeo termoplásticas obtenidas según los procedimientos según la invención asciende el porcentaje de aditivos y agentes auxiliares, que no pertenecen a la definición de K2, referido a la totalidad de todos las substancias empleadas, generalmente de un 0 hasta un 60, preferentemente hasta un 30% en peso. La cantidad realmente empleada respectiva de aditivos o agentes auxiliares depende del tipo y función del aditivo o agente auxiliar.
Los aditivos y agentes auxiliares habituales, que no pertenecen a la definición de K2, pueden ser, por ejemplo, estabilizantes y retardantes de la oxidación, agentes contra la descomposición térmica y descomposición por luz ultravioleta, lubricantes y agentes desmoldeantes, colorantes, pigmentos, plastificantes, productos antiestáticos, agentes protectores contra las llamas, así como cargas o bien productos de refuerzo fibrosos o en forma de partículas, cuya temperatura de fusión T_{S} no sitúa alrededor de las cantidades citadas en la definición de K2 de T_{W}^{K1}. A continuación se citan de forma ejemplificativa algunos de estos aditivos y agentes auxiliares.
Los retardantes de la oxidación y estabilizantes térmicos, que pueden agregarse en el procedimiento según la invención, que se emplean preferentemente para la obtención de masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, son, por ejemplo, fenoles estéricamente impedidos, hidroquinonas, fosfitos y representantes derivados y substitutivos de este grupo y mezclas, constituidas por estos compuestos, preferentemente en cantidades de hasta un 5% en peso, referido a la totalidad del peso de todos los componentes de las masas de moldeo según la invención.
Los ejemplos para estabilizantes de UV son resorcinas substituidas, salicilatos, benzotriazoles y benzofenonas, que pueden emplearse generalmente en cantidades hasta un 1% en peso, referido a la totalidad del peso de todos los componentes de las masas de moldeo. Los lubricantes y los agentes de desmoldeo, que pueden agregarse generalmente hasta un 1% en peso, referido a la totalidad del peso de todos los componentes de las masas de moldeo, de los polímeros, son, por ejemplo, ácido esteárico, estearilalcohol, ésteres y amidas alquílicas del ácido esteárico, así como ésteres de la pentaeritrita con ácidos grasos de cadenas largas. Los colorantes adecuados son colorantes orgánicos, como rojo de antraquinona, pigmentos orgánicos y barnices, como azul de ftalocianina, pigmentos orgánicos, como dióxido de titanio y sulfuro de cadmio. Como plastificante se citan dioctilftalato, dibencilftalato y butilbencilftalato.
Como agente protector contra las llamas puede emplearse los preparados habituales o combinaciones de los mismos, como fósforo rojo, compuestos del fósforo, como los ésteres del ácido fosfórico, del ácido fosforoso, del ácido fosfónico y ácido fosfínico, así como fosfinas terciarias y óxidos de fosfina, por ejemplo, óxido de trifenilfosfina, compuestos orgánicos e inorgánicos halogenados, como policarbonato de tetrabromo-bisfenol-A, óxidos metálicos, como trióxido de antimonio, compuestos del flúor, como politetraflúoretileno, así como otros agentes protectores contra las llamas en sí conocidos.
Como cargas con efecto reforzante se citan de forma ejemplificativa Whisker de titanato potásico, fibras de carbono y preferentemente de vidrio. Las fibras de vidrio empleadas pueden ser de E-, A- o C-vidrio y están dotadas preferentemente con una encoladura y un compatibilizante. Su diámetro asciende generalmente de 5 hasta 100 \mum, preferentemente de 6 a 20 \mum. Después de su incorporación muestran las cargas fibrosas preferentemente una longitud media de 0,05 hasta 10 mm, particularmente de 0,1 hasta 6 mm, particularmente preferente de 0,3 hasta 6 mm. Puede emplearse también fibras continuas (rovings).
Otras cargas adecuadas son, por ejemplo, esferas de vidrio, wolastonita, carbonato cálcico, harina de cuarzo, nitruro de silicio y de boro, fibras minerales, fibras de óxido de aluminio y mica. Además se citan copos metálicos (por ejemplo, copos de aluminio K 102 de la firma Transmet. Corp.), polvos metálicos, fibras metálicas, cargas recubiertas de metal (por ejemplo, fibras de vidrio recubiertas de níquel), así como de más substancias suplementarias, que pueden apantallar las ondas electromagnéticas, prefiriéndose los copos de aluminio K 102 de la firma Transmet. Corp. Particularmente preferentes son mezclas, escogidas del grupo, que consiste en copos de aluminio, fibras de carbono, hollín conductivo y fibras de C-vidrio recubiertas con níquel.
Como modificador de la resiliencia puede emplearse, por ejemplo, polímeros elásticos, como caucho natural, polibutadieno, cauchos de etileno-propileno, poliorganosiloxanos ("cauchos de silicona"), poliisopreno, copolímeros de butadieno, estireno y acrilonitrilo, acrilato de polietilo, acrilato de polibutilo, acrilato de polietilhexilo, así como copolímeros de ésteres acrílicos con butadieno o acrilatos, estireno, acrilonitrilo y éteres vinílicos.
La obtención de tales modificadores de la resiliencia es conocida por el experto.
Del porcentaje de modificadores de la resiliencia referido a la totalidad del peso de todos los componentes de las masas de moldeo se escoge generalmente en el intervalo de un 5 hasta un 95, preferentemente de un 10 hasta un 50% en peso.
Según la selección del componente K1, es decir, en función de la temperatura T_{W}^{K1} del respectivo componente termoplástico empleado, puede pertenecen un determinado aditivo bien a la definición de K2 (por ejemplo cuando el aditivo tenga un punto de fusión de 60ºC y K1 una temperatura de reblandecimiento de 150ºC) o también no (por ejemplo cuando el mismo aditivo tenga una temperatura de fusión de 60ºC y K1 una temperatura de reblandecimiento de 70ºC).
Según el procedimiento según la invención pueden obtenerse masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, particularmente tandas de aditivos, de K1 y K2, situándose T_{S}^{K2} muy por debajo, por ejemplo, de forma aproximada 50ºC por debajo de la temperatura T_{W}^{K1}, que limita por debajo el intervalo de moldeo por calor del componente termoplástico, por ejemplo, de forma aproximada 110ºC o bien situándose T_{S}^{K2} de forma aproximada de 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración de K1 o bien situándose T_{S}^{K2} en el intervalo o tan solo poco por encima de la temperatura ambiente de las máquinas de elaboración, por ejemplo, entre aproximadamente temperatura ambiente y 60ºC.
Según el procedimiento según la invención se calienta K1 a una temperatura mayor que T_{W}^{K1}, el componente K2 se dosifica mediante un dispositivo refrigerado a una temperatura menor que T_{S}^{K2}, llevándose a cabo una mezcla de los componentes K1 y K2 y la masa de moldeo elaborable de forma termoplástica obtenida o bien la tanda de aditivos según un proceso moldeador llevable a cabo de forma opcional nuevamente a una temperatura menor que T_{W}^{K1}, siendo esencial que K2 fusione en mayor parte primero después del contacto con K1.
Los dispositivos de dosificación adecuados y dispositivos de refrigeración para K2, así como dispositivos de mezcla adecuados y dispositivos de moldeado para las masas de moldeo, formadas por K1 y K2 se citaron ya en la descripción de los dispositivos de mezcla según la invención.
En una forma de ejecución preferente del procedimiento según la invención se obtienen masas de moldeo elaborables de forma termoplástica o bien la tanda de aditivos, formada por K1 y K2 con empleo de los dispositivos de mezcla según la invención descritos.
Particularmente preferentes son procedimientos, en los cuales el componente K1 se aplique en una máquina de husillos S1 en una forma plásticamente moldeable o en forma líquida de fusión y se dosifique el componente K2 con ayuda de la máquina de husillos S2 en forma mayoritariamente sólida en el componente K1 plásticamente moldeable o líquido. En S1 se lleva a cabo, en este caso, la mezcla de los componentes, seguido de un proceso de moldeo opcional, como descrito. Las formas de ejecución posibles de la máquina de husillos se describieron ya anteriormente.
En un procedimiento según la invención preferente se dosifica K1 en la zona de dosificación de una extrusora principal, mostrando la extrusora principal una zona de dosificación refrigerada mediante refrigeración de agua a aproximadamente temperatura ambiente y zonas de plastificación, homogeneización y de expulsión calentadas a 150ºC hasta 400ºC y esta dotada con un husillo doble rotativo en el mismo sentido a 50 revoluciones por minuto hasta 1200 revoluciones por minuto. El husillo doble de la extrusora principal esta configurara de dos pasos y dotado en la zona de dosificación y de expulsión con transporte normal, en la zona de plastificación y de homogeneización con elementos de mezcla, de amasado o de cizallado. Preferentemente en el intervalo de la zona de homogeneización de la extrusora principal se conecta una extrusora secundaria con una apertura de salida en el cilindro de husillos de la extrusora principal. En la zona de dosificación de la extrusora secundaria se dosifica el K2. La unión de la extrusora secundaria y de la extrusora principal se lleva a cabo mediante una tubuladura de transferencia, que está dotada con un refrigerador de agua con efecto hasta la pared interna del cilindro de husillos de la extrusora principal, de modo que la tubuladura de transferencia esté más fría 50ºC hasta 350ºC que la pared interna del cilindro de husillos de la extrusora principal en la zona del punto de unión, es decir, que la tubuladura de transferencia sea tan fría de modo que K2 fusione en mayor parte primero después del contacto con K1. La extrusora secundaria está refrigerada por agua preferentemente al completo, por ejemplo a temperatura ambiente. La extrusora secundaria esta dotada ventajosamente con husillos dobles rotativos en el mismo sentido con 50 revoluciones por minuto hasta 1200 revoluciones por minuto. Preferentemente esta dotado el husillo doble de la extrusora secundaria en la transición con la extrusora principal de un paso, en las otras zonas de dos pasos y están dotados con elementos de husillos de funcionamiento normal, de modo que en la transición de la extrusora secundaria a la extrusora principal se forme una presión, que sea lo suficientemente elevada para transportar contra la presión de la extrusora principal. El procedimiento se realiza de modo que K2 se aplique esencialmente en forma sólida en el componente K1 fundido o bien reblandecido, es decir, el porcentaje mayoritario de K2 se funde o bien se reblandezca primero después del contacto con K1. Después de la mezcla de los componentes K1 y K2 se expulsan las masas de moldeo elaborables de forma termoplástica a través de la apertura de salida de la extrusora principal, sometida en caso dado, a un proceso de moldeado, preferente granulado, y se refrigera.
En una variación de estas formas de ejecución pueden agregarse a los componentes K1 y/o K2 los aditivos habituales citados en la elaboración polímera o agentes auxiliares o, por ejemplo, elastómeros, que no pertenecen a la definición de K2, o dosificarse por separado los aditivos o agentes auxiliares o elastómeros citados. También K1 y K2 pueden agregarse en más de un punto de dosificación, como se manifiesta en la descripción del dispositivo de mezcla según la invención.
Preferentemente se obtienen tandas de aditivos con el procedimiento según la invención.
En este caso consiste la matriz polímera K1 habitualmente en el mismo material, como el termoplástico a emplear o es compatible al menos con este. Por ejemplo pueden incorporarse estabilizantes K2 a los copolímeros de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), éster acrílico-estireno-acrilonitrilo (ASA) o estireno-acrilonitrilo (SAN) a estabilizar razonablemente en copolímeros SAN. En el caso de que tenga que agregarse poliestireno (PS) o sus mezclas, servirá como matriz polímera K1 para la mezcla de aditivos.
El porcentaje en peso de los aditivos en la mezcla de aditivos se ajusta según el tipo de substancias y del empleo deseado, puede ascender, por ejemplo, en pigmentos hasta un 60% en peso, referido a la suma de los pesos de la matriz polímera K1 y aditivos. Si se emplean aditivos de baja fusión K2, particularmente aditivos, cuya temperatura de fusión se sitúa tan solo un poco por encima de la temperatura ambiente, el porcentaje en peso de estos aditivos K2 asciende en la mezcla de aditivos a menudo a un 40% en peso, referido a la suma de los pesos de la matriz polímera K1 y aditivos K2. A menudo se ajusta el porcentaje en peso de K2 según la capacidad de absorción del material de matriz K1, debiendo ser elaborable todavía la mezcla de aditivos obtenida.
Con ayuda de los dispositivos de mezcla y/o procedimientos según la invención se obtienen masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, particularmente mezclas de aditivos, formadas al menos por un componente termoplástico K1 y al menos otro componente K2, situándose la temperatura de fusión o de descomposición T_{S}^{K2} del otro componente muy por debajo, por ejemplo de forma aproximada 50ºC por debajo de la temperatura T_{W}^{K1}, que limita por debajo el intervalo de moldeo por calor del componente termoplástico, por ejemplo, de forma aproximada 110ºC o bien situándose T_{S}^{K2} de forma aproximada desde 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración de K1, o bien situándose T_{S}^{K2} en el intervalo o tan solo un poco por encima de la temperatura ambiental de las máquinas de elaboración, por ejemplo, entre de forma aproximada temperatura ambiente y 60ºC, sin que aparezcan por la fusión previa de K2 problemas referentes a la adhesión en la dosificación, referente a la formación de presión necesaria para el dosificado de K2, referente a la mezcla de los componentes individuales o referente a la descomposición o coloración de K2, o a parecer inhomogeneidades en las masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, particularmente en la mezcla de aditivos.
Las mezclas de aditivos son adecuadas sorprendentemente para el aditivado y con ello para la obtención de masas de moldeo elaborables de forma termoplástica homogéneas.
Las láminas, fibras o cuerpos moldeados obtenidos con empleo de las masas de moldeo y/o de las mezclas de aditivos destacan por una homogeneidad muy buena.
Ejemplos Métodos de investigación
El índice de viscosidad (VZ [ml/g]) de SAN se determinó según DIN 53 726 en una solución al 0,5% en peso en dimetilformamida a 25ºC.
La fluencia (MVI [ml/10 min]) de SAN se determinó según ISO 1133 B a 220ºC y a una carga de 10 kg.
Las temperaturas de fusión de los aditivos se determinaron mediante mediciones DSC a una velocidad de calentamiento o bien de refrigerado de 20 K/min durante el primer ciclo de refrigerado (compuesto A3) o se toman de las indicaciones de obtención (compuesto A2).
Aditivos
Componente K1
A1)
SAN, formado por un 73% en peso de estireno y un 27% en peso de acrilonitrilo con un índice de viscosidad VZ de 65 ml/g y una fluencia MVR de 52 ml/10 min. El T_{W}^{K1} para este polímero es aproximadamente de 130ºC, habitualmente asciende la temperatura de elaboración para este polímero aproximadamente a 160 hasta 300ºC.
Componente K2
A2)
Dilauril-3,3'-tiodipropionato (Irganox PS 800 de la firma Ciba-Geigy) con un intervalo de fusión de 30 hasta 40ºC.
Otro aditivo
A3)
1,1,3-tri(2'-metil-4'-hidroxi-5'-terc.-butilfenil)butano (Lowinox CA de la firma Great Lakes Inc.) con una temperatura de fusión de 181ºC.
Dispositivos de mezcla Extrusora principal B1)
Se empleó una extrusora de dos husillos ZSK 40 de la firma Werner & Pfleiderer, que consiste en 8 emboladas de carcasa (el número de las emboladas de carcasa comienza en 1, la zona de dosificación, y se continúan en el sentido de funcionamiento hasta 8, de la zona de expulsión) y en un par de husillos pertenecientes a la misma. El diámetro exterior de los husillos ascendió a 40 mm, la longitud de embolada de la carcasa respectivamente a 140 mm. En la embolada de carcasa refrigerada por agua 1 a aproximadamente 28ºC, que estaba dotada con una apertura de dosificación situada por encima, se dosifico A1 y A3. Las emboladas de carcasa 2 hasta 8 se calentaron a 160 hasta 180ºC. La embolada de carcasa 4 estaba dotada con una apertura de unión a una extrusora secundaria B2). Los husillos estaban dotados en las emboladas de carcasa 1 y 2 con elementos de transporte neutral, en la embolada de carcasa 3 con elementos de transporte neutral y bloques de amasado y en las emboladas de carcasa 4 hasta 8 con elementos de mezcla, así como bloques de amasado, así como bloques de amasado extractores y no extractores. El número de revoluciones de los husillos dobles realizados con dos pasos y rotativos en el mismo sentido ascendió a 440 revoluciones por minuto. La descarga se llevó a cabo a través de una placa de toberas.
Extrusora secundaria B2)
Se empleó una extrusora de dos husillos ZSK 25 de la firma Werner & Pfleiderer, que consistía en 5 emboladas de carcasa (el número de las emboladas de carcasa comienza en 1, de la zona de ventilación, y se suceden en el sentido de transporte hasta 6, hasta la unión con la extrusora principal) y en un par de husillos pertenecientes a las mismas. El diámetro exterior de los husillos ascendió a 25 mm, la longitud de la carcasa respectivamente a 100 mm. Las emboladas de carcasa 1 a 6 se refrigeraron con agua a aproximadamente 20ºC. La embolada de carcasa 1 muestra una apertura de ventilación situada en la parte superior. En la embolada de carcasa 2 se aplicó lateralmente un cargador de dos husillos para la dosificación de A2. La embolada de carcasa 6 desemboca en una tubuladura de transición refrigerado con agua a 28ºC. Esta tubuladura de transición estaba conectada en la tubuladura de carcasa 4 de la extrusora principal B1). Los husillos de la extrusora secundaria estaban dotados en todas las emboladas de carcasa y en la tubuladura de traspaso con elementos de transporte neutral y realizados en las emboladas de carcasas 1 a 5 con dos carreras, en la embolada de carcasa 6 y en la tubuladura de traspaso de un paso. El número de revoluciones de los husillos dobles rotativos en el mismo sentido ascendió a 490 revoluciones por minuto.
En el dispositivo de mezcla según la invención consistente en una extrusora principal B1 y de una extrusora secundaria B2) unida con esta mediante una tubuladura de traspaso pudieron alcanzarse según el procedimiento según la invención los siguientes rendimientos (respectivamente en kg/h):
A1 A2 A3 Total
Ensayo 1 42,5 5,0 2,5 50
Ensayo 2 63,75 7,5 3,75 75
Ensayo 3 68 8,00 4,0 80
Ensayo 4 85,0 10,0 5,0 100
En todos los ensayos se obtuvieron barras lisas, ópticamente homogéneas (determinado mediante microscopía de luz en una ampliación de 266 veces y desprendibles.
Ejemplo comparativo
Ensayo 1
Se llevó a cabo el ensayo 1 como en el ensayo 1 del ejemplo según la invención anteriormente indicado, sin embargo, sin refrigeración de la tubuladura de traspaso. Pudo alcanzarse tan solo una mezcla insuficiente de los componentes. A través de la tobera de la extrusora principal apareció el componente no incorporado por mezcla. La barra obtenida era inhomogénea. El producto no pudo granularse.
Los ejemplos muestran que con ayuda de los dispositivos de mezcla y/o procedimientos según la invención pueden obtenerse tandas de aditivos homogéneas, formadas por un componente termoplástico, un componente aditivo de alta fusión y de otro componente K2, situándose la temperatura de fusión o de descomposición del otro componente muy por debajo de la temperatura, que limita por debajo el intervalo de moldeo por calor del componente termoplástico, sin que aparezcan por la fusión previa de K2 problemas, referente a la adhesión o la formación de grupos en la dosificación, referente a la formación de presión necesaria para la dosificación de K2, referente a la mezcla de los componentes individuales o referente a la descomposición o coloración de K2, o aparecer inhomogeneidades en las mezclas de aditivos.
Las mezclas de aditivos obtenidas eran homogéneas y empleables sin formación de polvo, de grupos, adhesión o abrasión, para el aditivado de polímeros.

Claims (11)

1. Dispositivo de mezcla consistente en al menos una máquina de husillos S1 y una máquina de husillos S2, estando dotada S1 al menos en la zona de plastificación y de homogeneización con dispositivos de calentamiento y uniéndose la apertura de salida de S2 en la zona de plastificación o de homogeneizado de S1 con el cilindro de husillos de S1, caracterizado porque la unión de S1 y de S2 se lleva a cabo mediante un dispositivo de unión, que esta dotado con un dispositivo refrigerante con efecto hasta la pared interna del cilindro de husillos de S1 y pudiendo formar los husillos de S2 en la transición de S2 hasta S1 una presión lo suficientemente elevada para propulsar la presión de S1.
2. Dispositivo de mezcla según la reivindicación 1, caracterizado porque el dispositivo de unión es más frío aproximadamente 50 hasta 350ºC que la pared interna del cilindro de husillos de S1 en el intervalo de la zona de unión.
3. Dispositivo de mezcla según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el dispositivo de unión muestra una temperatura de no más que aproximadamente 60ºC, y la pared interna del cilindro de husillos de S1 en la zona del punto de unión muestra una temperatura de más que aproximadamente 110ºC.
4. Dispositivo de mezcla según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los husillos de S2 en la transición de S2 hasta S1 están dotado de un paso y/o con pasos de husillos estrechos.
5. Empleo de un dispositivo de mezcla según las reivindicaciones 1 a 4 para la obtención de masas de moldeo elaborables de forma termoplástica.
6. Empleo según la reivindicación 5 para la obtención de mezclas de aditivos.
7. Procedimiento para la obtención de masas de moldeo elaborables de forma termoplástica, constituidas por al menos un componente termoplástico K1 y al menos un componente K2, siendo la temperatura de fusión o de descomposición T_{S}^{K2} de K2 al menos de forma aproximada 50ºC menor que la temperatura T_{W}^{K2}, que limita por debajo el intervalo de moldeo por calor de K1, en el cual se calienta K1 a una temperatura mayor que T_{W}^{K1}, se dosifica el componente K2 mediante un dispositivo de dosificación refrigerado a una temperatura menor que T_{S}^{K2}, se lleva a cabo una mezcla de los componentes K1 y K2 y se refrigera la masa de moldeo elaborable de forma termoplástica obtenida según un proceso de moldeado llevable a cabo de forma opcional a una temperatura menor que T_{W}^{K1}, caracterizado porque K2 se funde en mayor parte primero después del contacto con K1.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el cual T_{S}^{K2} se sitúa aproximadamente 50 hasta 350ºC por debajo de la temperatura de elaboración de K1.
9. Procedimiento según las reivindicaciones 7 a 8 en el cual la temperatura de fusión o de descomposición T_{S}^{K2} de K2 no asciende más que aproximadamente 60ºC y la temperatura T_{W}^{K1} que limita por debajo el intervalo de moldeo por calor de K1, asciende a más que 110ºC.
10. Procedimiento según las reivindicaciones 7 a 9 para la obtención de mezclas de aditivos.
11. Procedimiento según las reivindicaciones 7 a 10, en el cual se calienta en un dispositivo de mezcla según las reivindicaciones 1 a 4 el componente K1 en una máquina de husillos S1 a una temperatura mayor que T_{W}^{K1} y se dosifica el componente K2 con ayuda de la máquina de husillos S2 en el componente K1.
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