ES2243552T3

ES2243552T3 - Mezclador cerrado termo-regulador.

Info

Publication number: ES2243552T3
Application number: ES01971967T
Authority: ES
Inventors: Antonio Proni; Daniele Balasso
Original assignee: Pirelli Pneumatici SpA; Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA; Pirelli Tyre SpA
Priority date: 2000-09-12
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2021-08-27
Also published as: DE60111949D1; WO2002022334A1; BR0113857B1; EP1318901A1; EP1318901B1; ATE299426T1; DE60111949T2; AR033393A1; JP4599031B2; BR0113857A; JP2004508968A; AU2001291801A1

Abstract

Procedimiento para mezclar un compuesto en un mezclador de tandas cerrado, que incluye las fases de - predeterminar un valor mínimo de temperatura del cuerpo del mezclador para iniciar el ciclo de mezcla; - predeterminar una temperatura de precalentamiento del sistema de regulación térmica del mezclador como Punto de Ajuste 1; - predeterminar una temperatura de trabajo del sistema de regulación térmica del mezclador como Punto de Ajuste 2; - predeterminar la histéresis térmica del cuerpo del mezclador; - predeterminar un Punto de Rotura A de la temperatura del cuerpo del mezclador para conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador del Punto de Ajuste 1 al Punto de Ajuste 2; - predeterminar un Punto de Rotura B de la temperatura del cuerpo del mezclador para conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador del Punto de Ajuste 2 al Punto de Ajuste 1; - medir directamente, en tiempo real de manera continua, la temperatura del cuerpo del mezclador; - comparar la temperatura delcuerpo del mezclador con las temperaturas del Punto de Rotura A y B predeterminadas; y - conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador desde un Punto de Ajuste al otro como resultado de la comparación anterior.

Description

Mezclador cerrado termo-regulador.

La presente invención se refiere a un proceso para producir un compuesto en un mezclador de tandas cerrado, y más particularmente a un procedimiento para ajustar los parámetros térmicos del cuerpo del mezclador antes y durante el procesamiento de este compuesto.

A partir de ahora, con la expresión "mezclador de tandas cerrado" se indica un aparato que comprende un contenedor cerrado que envuelve un par de rotores que giran en direcciones opuestas para mezclar los diferentes ingredientes de un compuesto. El aparato también comprende un cilindro situado en la parte superior del contenedor, cuyo pistón, comúnmente conocido como ariete, se acciona hacia arriba para abrir el contenedor y permitir la introducción de los ingredientes del compuesto a partir de tolvas de llenado adecuadas o hacia abajo para ejercer una presión sobre el material que se procesa sobre el par de rotores.

Un dispositivo colocado en el fondo del contenedor permite que el compuesto se descargue al final del ciclo de procesamiento, a través de la abertura de una salida adecuada.

Aparatos del tipo mencionado anteriormente son, por ejemplo, del tipo "Banbury®", que procesa el material mediante un par de rotores tangenciales, mientras que otros aparatos, conocidos bajo en nombre "Intermix®", procesan el material mediante un par de rotores que engranan entre sí.

Estos aparatos se llaman "mezcladores de tandas cerrados" porque funcionan de una manera discontinua o por tandas, es decir, una nueva tanda de ingredientes se carga en el mezclador solamente después de la descarga completa de la tanda anterior.

Como producción "de manera por tandas" se indica la producción de cantidades definidas (tanda) de compuesto de una manera discontinua, procesándose cada tanda empezando a partir de los ingredientes hasta el vertido del compuesto completo.

A partir de ahora, el material que se procesa durante las diferentes fases se indicará como el compuesto.

Un compuesto que se puede preparar según la invención es un compuesto, por ejemplo, del tipo que comprende una base de polímero de cadena no saturado, en su caso reticulado con azufre, que se añade a por lo menos un relleno de sílice y un agente de unión de sílice que contiene por lo menos un átomo de azufre. Particularmente, el relleno de sílice es un agente de refuerzo basado en dióxido de silicio (sílice), silicatos o mezclas de los mismos, con un área de superficie, medida mediante el procedimiento BET, de entre 80 y 220 m^{2}/g, preferiblemente entre 160 y 180 m^{2}/g. Como agente de unión de sílice, se indica, por ejemplo, un silano que contiene azufre, tal como bis(3-tnetoxisililpropil)-tetrasulfuro.

Debe indicarse que las propiedades finales de un compuesto listo para usar, y en consecuencia la calidad del producto acabado, dependen no solamente de su fórmula, sino también, en gran medida, de la consistencia de las propiedades de los ingredientes usados, que pueden variar de una tanda a otro, y de la consistencia de los valores de los parámetros del proceso específicos, que pueden variar por sí mismos de manera aleatoria durante el procesamiento de la tanda.

Por esta razón, la calidad de un compuesto producido mediante procedimientos de mezclador de tandas se consigue produciendo primero un compuesto de prueba y comprobando las propiedades de una serie de muestras, particularmente después de la vulcanización. A continuación, si uno o más de estas propiedades no se ajustan a los rangos determinados, se corrigen los valores de los diferentes parámetros del procedimiento como y cuando sea necesario mediante prueba y error, hasta que se consiga el resultado deseado.

Después de que se hayan predeterminado los diferentes parámetros del procedimiento de la manera citada anteriormente, la consistencia de las propiedades del compuesto producido, que es necesaria para garantizar que el producto tenga los requerimientos deseados, se controla realizando comprobaciones repetidas sobre las propiedades de la tanda individual y del compuesto final.

El problema que se ha de solucionar es el de asegurar la reproducibilidad de las propiedades del compuesto aprobado, para todos los compuestos idénticos producidos posteriormente, tanda después de tanda.

Antes de aprobar el compuesto para su uso posterior y autorizar la producción de una nueva tanda, se realizan una serie de comprobaciones de las propiedades del compuesto. Esto implica largos tiempos de espera antes de conocer los resultados de las pruebas y el riesgo de haber producido grandes cantidades de material no adecuado, que tendrán que rechazarse, antes de poder determinar su no idoneidad.

La patente SU-A-1318420 (a nombre de Kiev Poly) describe "mantener la presión de un portador de calentamiento que circula en un aparato mezclador a una temperatura dada para aumentar la estabilización térmica de las superficies de trabajo de los rotores y la calidad del producto final".

La patente GB-B-2084035 (a nombre de Werner & Pfleiderer) describe la monitorización de la temperatura de trabajo del material y su comparación con el consumo de energía del motor del mezclador para conseguir las mejores características del material de trabajo en un tiempo más corto.

La patente EP-B-244121 (a nombre de Farrel Bndge Ltd.) se refiere a un procedimiento para mezclar una composición polimérica en la que el control de la temperatura del mezclador está asociada con el ajuste de la velocidad de los rotores y/o de la presión aplicada al ariete. Esto producirá una mezcla completamente homogénea con un mínimo de atención del operador.

La patente WO 99/24230 (a nombre de M. A. Hanna Rubber Compounding) describe un sistema para controlar la mezcla de material polimérico y aditivo para proporcionar productos de calidad y unidad del producto tanda a tanda. Para este ámbito, la temperatura de la tanda se controla y se corrige dentro de un perfil de temperatura predeterminado a través del ajuste de por lo menos uno de la velocidad del rotor y de la presión del ariete. Este documento indica que el mezclador está preferiblemente equipado con un sistema automatizado programado para guardar varios parámetros del ciclo de mezcla tales como, entre otros, la temperatura predeterminada de la pared del mezclador. Se remarca que el tiempo para iniciar el sistema de control reivindicado depende del tipo de material a componer. Por ejemplo, la temperatura de la tanda no es homogénea al inicio del ciclo de mezcla cuando se utilizan compuestos rígidos o muy viscosos, tales como caucho natural. Para estos tipos de material, el tiempo de inicio de control se retrasaría hasta un tiempo después del ciclo de mezcla. Para componentes con una baja viscosidad, tal como el material que sufre un segundo ciclo de mezcla en el mezclador, el control se podría iniciar al inicio del ciclo de mezcla.

Ninguno de los documentos de la técnica anterior conocidos por el solicitante indica el "efecto de la primera tanda" como un problema para la duración del ciclo de mezcla y la uniformidad del compuesto resultante.

Más específicamente, cuando se inicia o se reinicia un nuevo procedimiento de producción, las primeras tandas se produce bajo condiciones transitorias (temperatura, tiempo, energía) que alcanzan sus valores operativos normales después de algunos ciclos de trabajo. Esta irregularidad, llamada aquí como efecto de la primera tanda, afecta a la duración del ciclo de mezcla y a la uniformidad del compuesto.

El efecto de la primera tanda implica generalmente hasta las primeras tres o cuatro tandas desde el inicio del proceso, dependiendo de la temperatura ambiente, el tipo de materiales y de la temperatura del proceso.

La presente invención está basada en la percepción del problema del efecto de la primera tanda relacionado con la temperatura de trabajo del cuerpo del mezclador y de su histéresis térmica.

Se ha encontrado ahora que, solamente predeterminando y ajustando los parámetros de la temperatura del mezclador de cuerpo de tandas cerrado, sin considerar la temperatura de la masa compuesta, es posible minimizar el efecto de la primera tanda de tal manera que, ya empezando desde la primera tanda, el tiempo del ciclo y la cantidad de energía utilizada estén dentro de los valores promedio requeridos. De esta manera, se mejora la uniformidad del producto
final.

En la presente descripción, mediante "medición de tiempo real continuo" se indica una medición efectuada en intervalos preferiblemente no mayores de 1 segundo.

Por lo tanto, la presente invención se refiere a un procedimiento para minimizar el efecto de la primera tanda en la mezcla de un compuesto en un mezclador de tandas cerrado, que incluye las fases de

- predeterminar un valor mínimo de temperatura del cuerpo del mezclador para iniciar el ciclo de mezcla;

- predeterminar una temperatura de precalentamiento del sistema de regulación térmica del mezclador como Punto de Ajuste 1;

- predeterminar una temperatura de trabajo del sistema de regulación térmica del mezclador como Punto de Ajuste 2;

- predeterminar la histéresis térmica del cuerpo del mezclador;

- predeterminar un Punto de Rotura A de la temperatura del cuerpo del mezclador para conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador del Punto de Ajuste 1 al Punto de Ajuste 2;

- predeterminar un Punto de Rotura B de la temperatura del cuerpo del mezclador para conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador del Punto de Ajuste 2 al Punto de Ajuste 1;

- medir directamente, en tiempo real de manera continua, la temperatura del cuerpo del mezclador;

- comparar la temperatura del cuerpo del mezclador con las temperaturas del Punto de Rotura A y B predeterminadas; y

- conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador desde un Punto de Ajuste al otro como resultado de la comparación anterior.

Preferiblemente, la conmutación del Punto de Ajuste 2 al Punto de Ajuste 1 se excluye cuando el ciclo del mezclador está en funcionamiento.

Preferiblemente, la medición de la temperatura del cuerpo del mezclador se realiza proporcionando por lo menos dos sensores sobre la superficie externa del cuerpo del mezclador.

Preferiblemente, el valor promedio de las temperaturas medidas por los sensores se considera como la temperatura del cuerpo del mezclador.

Más preferiblemente, los valores de temperatura predeterminados citados anteriormente se guardan y se manejan mediante un sistema de control computerizado.

Para cada tipo de compuesto que se ha de producir, se ha de predeterminar y controlar un juego específico de valores de temperatura.

El Punto de Ajuste 1 y el Punto de Ajuste 2 se determinan como temperaturas definidas de un fluido de regulación térmica, por ejemplo, agua.

El Punto de Rotura A es dicha temperatura mínima del cuerpo del mezclador más la histéresis térmica del cuerpo del mezclador.

El Punto de Rotura B es el resultado de la siguiente ecuación:

Punto de Rotura A- \left(\frac{\text{histéresis térmica mezclador}}{2}\right)

Además, la presente invención se refiere a un proceso para mezclar un compuesto en un mezclador de tandas cerrado, que comprende:

a) predeterminar un valor mínimo de temperatura del cuerpo del mezclador para iniciar el ciclo de mezcla;

b) predeterminar una temperatura de precalentamiento del sistema de regulación térmica del mezclador como Punto de Ajuste 1;

c) predeterminar una temperatura de trabajo del sistema de regulación térmica del mezclador como Punto de Ajuste 2;

d) predeterminar la histéresis térmica del cuerpo del mezclador;

e) predeterminar un Punto de Rotura A de la temperatura del cuerpo del mezclador para conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador del Punto de Ajuste 1 al Punto de Ajuste 2;

f) predeterminar un Punto de Rotura B de la temperatura del cuerpo del mezclador para conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador del Punto de Ajuste 2 al Punto de Ajuste 1;

g) medir directamente, en tiempo real de manera continua, la temperatura del cuerpo del mezclador;

h) comparar la temperatura del cuerpo del mezclador con las temperaturas del Punto de Rotura A y B predeterminadas;

i) conmutar el sistema de regulación térmica del mezclador desde un Punto de Ajuste al otro como resultado de la comparación anterior;

j) permitir que el ciclo de mezcla se inicie cuando se supera la temperatura mínima del cuerpo;

k) introducir los materiales que se han de mezclar en la cámara de mezcla en intervalos;

l) monitorizar de manera continua la temperatura del cuerpo del mezclador en tiempo real;

m) transmitir de manera continua la señal que representa el valor de la temperatura del cuerpo del mezclador monitorizada en tiempo real al sistema de control del proceso;

n) conmutar al Punto de Ajuste 2 cuando la temperatura del cuerpo del mezclador es igual o mayor que la temperatura del Punto de Rotura A; y

o) conmutar al Punto de Ajuste 1 cuando el ciclo de mezcla no está en funcionamiento y la temperatura del cuerpo del mezclador es menor que la temperatura del Punto de Rotura B.

El procedimiento y el proceso de la presente invención se pueden aplicar independientemente del tipo de compuesto a procesar. Particularmente, el procedimiento y el proceso de la invención dan los resultados más favorables cuando se aplican a compuestos rellenos de sílice.

Aplicando las enseñanzas de la presente invención se mejora la uniformidad del compuesto final también para las primeras tandas, tal que el tiempo del ciclo y la cantidad de energía utilizada en dichas primeras tandas se conforman con los valores promedio de las tandas posteriores.

La invención se representará mejor ahora mediante los siguiente ejemplos no limitativos.

Ejemplo 1

Un lote de quince tandas de compuesto se produjo usando los siguiente ingredientes (la cantidad se expresa en p.h.r. - partes por cien de caucho), para una cantidad total de 230 kg por tanda:

Caucho natural	8,00
Polibutadieno	20,00
SBR ("solución")	72,00
Aceite de carga	5,00
Sílice	63,00
Ácido esteárico	2,00
Óxido de zinc*	2,50
Ayuda de procesamiento	2,00
Silano (50% predisperso)	10,00
Cera*	1,00
Amina antifatiga tipo TMQ*	1,00
Amina antifatiga tipo 6PPD*	2,00
Azufre**	1,20
Acelerador sulfenamida tipo CBS	2,00
Acelerador difenilguanidina (80% activo)**	0,80

La siguiente descripción del ciclo de mezcla y el cálculo del tiempo se refiere a la tanda maestra que contiene los ingredientes de la lista anterior sin el asterisco. Los ingredientes marcados con un asterisco se añaden en el relaminado, y los marcados con dos asteriscos se añaden en la etapa final.

Se inició un ciclo de mezcla predeterminando los siguientes valores de temperatura:

-: temperatura mínima del cuerpo del mezclador = 35ºC

-: histéresis térmica del cuerpo del mezclador = 10ºC

-: Punto de Ajuste 1 = 55ºC

-: Punto de Ajuste 2 = 30ºC

En consecuencia, los valores del Punto de Rotura fueron los siguientes:

-: Punto de Rotura A = 45ºC

-: Punto de Rotura B = 40ºC

Antes de iniciar el ciclo de mezcla, la temperatura del cuerpo del mezclador era menor de 35ºC, así el sistema de control colocó el interruptor al Punto de Ajuste 1.

Cuando la temperatura del cuerpo del mezclador alcanzó un valor igual a la temperatura mínima del cuerpo del mezclador, se inició el ciclo de mezcla.

Cuando la temperatura del cuerpo del mezclador alcanzó un valor igual al Punto de Rotura A, el sistema de control colocó en interruptor al Punto de Ajuste 2.

Cuando el Punto de Ajuste 2 estaba activo y el ciclo del mezclador se detuvo, la temperatura del cuerpo del mezclador llegó a ser menor que el Punto de Rotura B; de esta manera, el sistema de control colocó el interruptor al Punto de Ajuste 1.

Aplicando el ajuste de temperaturas descrito anteriormente, la duración de los ciclos de mezcla de la primera tanda fue substancialmente igual que la de los ciclos de mezcla de la tanda posterior, tal como se indica en la siguiente Tabla 1 con referencia a los ciclos de mezcla realizados según la presente invención. La Tabla 2 se refiere a los ciclos de mezcla realizados sin el sistema de control de la invención. En particular, la duración del ciclo de mezcla de las primeras 3 tandas de cada lote se comparó con la de tandas posteriores seleccionadas de manera aleatoria (18 y 26).

TABLA 1

Tanda	Duración del ciclo de mezcla (segundos)
1	257
2	257
3	254
18	255
26	256

\vskip1.000000\baselineskip

TABLA 2

Tanda	Duración del ciclo de mezcla (segundos)
1	335
2	308
3	289
18	274
26	269

Como es evidente a partir de la comparación de los datos de tiempo, la duración de los ciclos de mezcla de la primera tanda del proceso según la presente invención son uniformes de manera consistente con las tandas posteriores en términos de tiempo de mezcla. Los valores indicados en la Tabla 2 muestra una discrepancia remarcable, principalmente entre la tanda 1 y las tandas 18 y 26.

Ejemplo 2

Las características reométricas del compuesto curado del ejemplo 1 producido según la invención se evaluaron y compararon con el mismo compuesto obtenido sin aplicar las presentes enseñanzas.

Las características reométricas de cada tanda se midieron según técnicas conocidas (reómetro Monsato MDR; condición de curado: 185º durante 180 segundos).

En la Tabla 3 se indican las características reométricas requeridas para el compuesto curado del ejemplo 1.

TABLA 3

Características	Valor	Desviación Estándar (1\sigma) sobre las	Desviación Estándar (1\sigma) sobre las
Reométricas	Central	primeras 5 tandas según	primeras 5 tandas de referencia
		la invención	de comparación
M_{L} (dNm)	3,7	0,055	0,084
M_{H} (dNm)	12,2	0,167	0,421
t_{30} (min)	78	0	2,168
t_{60} (min)	101	0,837	2,966

Es conocido que, según la ley estadística de la Desviación Estándar, dado un cierto número de valores distribuidos alrededor de un valor promedio, la desviación estándar 1\sigma indica, mediante su desviación del valor promedio, el tamaño del intervalo en el que se encuentran el 68,26% de los valores de la cantidad mencionada anteriormente.

La Teoría de la Desviación Estándar hace posible calcular fácilmente, usando una fórmula matemática bien conocida, los valores de la desviación estándar para una serie de valores dados. Queda claro que una amplia dispersión de valores alrededor del valor promedio producirán desviaciones estándar muy pequeñas.

En vista de lo anterior, las desviaciones estándar indicadas en la tabla 3 para las primeras tandas preparadas según la presente invención demuestran que los valores relacionados con estas tandas están menos dispersos alrededor del valor promedio (valor central) que los de las primeras tandas de referencia. Esto significa que la característica reométrica de los primeros lotes producidos según la presente invención son más uniformes al valor central de toda la producción.

Los resultados también se indican en las figuras 1 y 2 que muestran, respectivamente, las curvas del compuesto producido según la invención y el producido en ausencia de las presentes enseñanzas.

Las curvas de la figura 1 están más próximas entre sí, indicando así una dispersión consistentemente menor de las características reométricas y, en consecuencia, una uniformidad superior del compuesto.

Claims

1. Procedimiento para mezclar un compuesto en un mezclador de tandas cerrado, que incluye las fases de

- predeterminar la histéresis térmica del cuerpo del mezclador;

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la conmutación del Punto de Ajuste 2 al Punto de Ajuste 1 se excluye cuando el ciclo del mezclador está en funcionamiento.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la medición de la temperatura del cuerpo del mezclador se realiza proporcionando por lo menos dos sensores sobre la superficie externa del cuerpo del mezclador.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el valor promedio de las temperaturas medidas por los sensores se considera como la temperatura del cuerpo del mezclador.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que los valores de temperatura predeterminados se guardan y se manejan mediante un sistema de control computerizado.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el Punto de Ajuste 1 y el Punto de Ajuste 2 se determinan como temperaturas definidas de un fluido de regulación térmica.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el fluido de regulación térmica es agua.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el Punto de Rotura A es dicha temperatura mínima del cuerpo del mezclador más la histéresis térmica del cuerpo del mezclador.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el Punto de Rotura B es el resultado de la siguiente ecuación:

Punto de Rotura A - \left(\frac{\text{histéresis térmica mezclador}}{2}\right)

10. Proceso para mezclar un compuesto en un mezclador de tandas cerrado, que comprende:

d) predeterminar la histéresis térmica del cuerpo del mezclador;

11. Proceso según la reivindicación 10, en el que la conmutación del Punto de Ajuste 2 al Punto de Ajuste 1 se excluye cuando el ciclo del mezclador está en funcionamiento.

12. Proceso según la reivindicación 10, en el que la medición de la temperatura del cuerpo del mezclador se realiza proporcionando por lo menos dos sensores sobre la superficie externa del cuerpo del mezclador.

13. Proceso según la reivindicación 10, en el que el valor promedio de las temperaturas medidas por los sensores se considera como la temperatura del cuerpo del mezclador.

14. Proceso según la reivindicación 10, en el que los valores de temperatura predeterminados se guardan y se manejan mediante un sistema de control computerizado.

15. Proceso según la reivindicación 10, en el que el Punto de Ajuste 1 y el Punto de Ajuste 2 se determinan como temperaturas definidas de un fluido de regulación térmica.

16. Proceso según la reivindicación 15, en el que el fluido de regulación térmica es agua.

17. Proceso según la reivindicación 10, en el que el Punto de Rotura A es dicha temperatura mínima del cuerpo del mezclador más la histéresis térmica del cuerpo del mezclador.

18. Proceso según la reivindicación 10, en el que el Punto de Rotura B es el resultado de la siguiente ecuación:

19. Proceso según la reivindicación 10, en el que el compuesto es un compuesto relleno con sílice.