ES2536277T3 - Proceso para fabricación de un pelet - Google Patents

Proceso para fabricación de un pelet

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ES2536277T3 ES10158305.2T ES10158305T ES2536277T3 ES 2536277 T3 ES2536277 T3 ES 2536277T3 ES 10158305 T ES10158305 T ES 10158305T ES 2536277 T3 ES2536277 T3 ES 2536277T3
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Abstract

Un proceso de conformación para fabricación de pelets de una composición de resina termoplástica extrudible, que comprende prensado, calandrado y/o compactación de una composición que comprende un polímero termoplástico, plastificante y opcionalmente aditivos adicionales, comprendiendo el plastificante un componente que es sólido a la temperatura ambiente, en donde dichos prensado, calandrado y/o compactación se llevan a cabo a una temperatura superior al punto de fusión de dicho componente sólido del plastificante e inferior a la temperatura de fusión / plastificación del polímero termoplástico.

Description

E10158305
06-05-2015
DESCRIPCIÓN
Proceso para fabricación de un pelet
5 La presente invención se refiere a un proceso para fabricación de pelets de un polímero termoplástico extrudible.
Procesos para fabricación de pelets de polímero termoplástico extrudible son bien conocidos en la industria de los plásticos. Típicamente, los pelets son cilíndricos y tienen aproximadamente 3 mm de diámetro y 3 mm de longitud Los pelets se utilizan en una amplia gama de procesos de fabricación de artículos de plástico.
10 El proceso de fabricación de pelets incluye generalmente un paso de plastificación. En este paso, la formulación a peletizar se funde y se alimenta a un extrusor de doble hélice. Se ha observado que esto es ventajoso, dado que se ha encontrado que los pelets producidos comprenden una mezcla homogénea de los componentes del pelet debido a la mezcladura eficaz de todos los componentes fundidos en el extrusor.
15 EP-A-0.415.357 describe la fabricación de pelets que comprenden poli(alcohol vinílico) (PVOH) por extrusión en fusión, realizándose la extrusión en el intervalo de temperatura de 150-195ºC.
EP 0.635.545 A2 describe la fabricación de pelets que comprenden poli(alcohol vinílico) (PVOH) y un plastificante 20 sólido por extrusión.
Los procesos de peletización que incluyen un paso de plastificación presentan varias desventajas asociadas con ello. La desventaja principal es la exigencia de calentamiento, lo que significa que el consumo de energía de estos procesos es muy alto.
25 Además, estos procesos ’calientes’ no son adecuados para polímeros que son termosensibles (tales como PVOH) debido a descomposición inducida por el calor. Asimismo, estos procesos ’calientes’ proporcionan al polímero una historia térmica que se ha encontrado influye negativamente en las propiedades del polímero. En el caso de PVOH, se ha encontrado que esto afecta desfavorablemente a la solubilidad del PVOH en agua.
30 En otros procesos de peletización, se lleva a cabo compactación en seco de los componentes del pelet a baja temperatura. De este modo se evitan las desventajas de los procesos ‘calientes’.
WO-A-98 / 26.911 describe un proceso de baja temperatura para la fabricación de pelets de PVOH. En el proceso,
35 los componentes de los pelets, en este caso una mezcla de PVOH pulverizado y diversos aditivos tales como plastificantes, se alimenta entre dos rodillos y se comprime en pelets. El componente PVOH en la mezcla de pelets no se funde en el proceso y con ello se evita el problema de la degradación térmica.
Asimismo, GB-937.057 describe un paso de este tipo de compresión a baja temperatura. Esto sigue a la mezcladura 40 inicial del plastificante y PVOH a temperatura elevada.
Sin embargo, aunque este proceso (el proceso de compresión en frío) elimina el problema de la descomposición del polímero inducida por el calor, los pelets producidos adolecen de otras desventajas.
45 La mayoría de las desventajas provienen de la naturaleza inherente del proceso de compactación, más especialmente los rodillos y la alimentación de polvo a los mismos. Se ha encontrado que es muy difícil asegurar que la alimentación de polvo se extienda uniformemente a lo largo de los rodillos. Eso tiene el efecto de dificultar el control del tamaño de los pelets y por ello el tamaño de los pelets puede variar significativamente.
50 Además, una formación importante de polvo es típica para esta clase de proceso. Adicionalmente, los pelets son comúnmente friables, teniendo integridad deficiente, y forman fácilmente polvo por frotamiento de fricción unos contra otros, lo que empeora el problema del polvo. Ambos problemas son atribuibles a la deficiente extensión y la técnica de compresión de los rodillos.
55 Se ha observado también, adicionalmente, una variabilidad importante de la composición de los pelets y homogeneidad deficiente de los mismos. Se cree también que los problemas están asociados con la deficiente distribución del polvo a lo largo de los rodillos. El problema de la variabilidad de la composición de los pelets y la deficiente homogeneidad de los mismos se exacerba cuando los pelets se recogen y se utilizan en un paso de proceso ulterior.
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Estas clases de pelets, en las que el componente termoplástico del polímero de los pelets es PVOH, se utilizan en la fabricación de bolsas de PVOH solubles en agua en procesos de moldeo por extrusión / inyección. Las bolsas, como ejemplo, se utilizan comúnmente para contener una composición detergente para uso en una máquina lavadora automática (lavado de la colada / lavado de vajillas). En estas aplicaciones es vital que los pelets tengan homogeneidad elevada para asegurar que las bolsas producidas tienen integridad satisfactoria para ser estables en el almacenamiento y tienen las propiedades esperadas de disolución en agua.
Los pelets producidos en un proceso de compactación en frío, como se ha descrito arriba, fallan a menudo en lo que respecta al nivel de homogeneidad requerido para el proceso en el formato de bolsa.
Es un objeto de la presente invención obviar / mitigar los problemas arriba reseñados.
Conforme a la presente invención, se proporciona un proceso de conformación para fabricación de pelets de una composición de resina termoplástica extrudible conforme a la reivindicación 1.
Se ha encontrado que el proceso de la presente invención resuelve las desventajas asociadas con la técnica anterior. En primer lugar, dado que el proceso se conduce a una temperatura inferior a la temperatura de fusión / plastificación del polímero termoplástico, se encontrado que el proceso es extremadamente eficiente en energía. Además, la degradación térmica de los materiales termosensibles en la mezcla de resina se reduce espectacularmente por las temperaturas reducidas del proceso.
Adicionalmente, dado que el proceso opera por encima del punto de fusión del componente sólido del plastificante (que se deja enfriar luego para formar el pelet sólido), se ha encontrado que los pelets tienen una friabilidad muy baja. Por ello, los pelets tienen una tendencia mucho menor a desprender polvo por frotamiento de fricción.
Adicionalmente, dado que los pelets se producen a una temperatura superior al punto de fusión del componente plastificante, se encontrado que los pelets poseen una homogeneidad excelente. De modo más específico, se ha encontrado que tanto la composición global de cada pelet como la distribución de los componentes individuales en los pelets tienen un nivel elevado de predictibilidad y varianza reducida. Esto es especialmente importante cuando los pelets se utilizan en un paso de proceso ulterior tal como un proceso de extrusión (v.g. moldeo por inyección) para la fabricación de un artículo que comprende el polímero termoplástico.
Generalmente, los componentes se suministran al equipo de conformación utilizado en el proceso en forma particulada.
Se encontrado que el tamaño de partícula de las materias primas utilizadas para fabricar los pelets debe ser pequeño. Se ha observado que esto asegura una homogeneidad elevada de los pelets. El tamaño de partícula de las materias primas utilizadas es preferiblemente inferior a 2000 µm, más preferiblemente inferior a 1200 µm, muy preferiblemente inferior a 400 µm y con la máxima preferencia aproximadamente 200 µm.
Preferiblemente, el plastificante está presente en la composición al menos en un 5%, más preferiblemente 10%, y muy preferiblemente 15%.
Preferiblemente, la temperatura del material en el extrusor no excede de una temperatura que es 10ºC inferior a la temperatura de fusión / plastificación del polímero termoplástico en ningún momento. Más preferiblemente, aquélla no excede de 15ºC, de modo más preferible 30ºC y muy preferiblemente 45ºC por debajo de la temperatura de fusión / plastificación del polímero termoplástico. No obstante, es deseable que la temperatura del material sea superior a la temperatura del aire ambiente. Preferiblemente, la temperatura del material dentro del extrusor es al menos 40ºC, más preferiblemente al menos 45ºC, y muy preferiblemente al menos 50ºC.
El plastificante tiene que fundir al menos parcialmente a la temperatura de operación preferida. El punto de fusión del componente plastificante es preferiblemente al menos 15ºC, más preferiblemente al menos 30ºC y muy preferiblemente al menos 45ºC inferior a la temperatura de fusión / plastificación del polímero termoplástico.
El plastificante comprende preferiblemente un carbohidrato.
Los carbohidratos se representan usualmente por la fórmula generalizada Cx(H2O)y. El término incluye también en esta memoria materiales que son de naturaleza similar, como ácidos glucónicos o aminoazúcares que no pueden 3 5
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representarse plenamente por esta fórmula. Otros derivados de carbohidratos como alcoholes-azúcar tales como sorbitol, glucitol, manitol, galactitol, dulcitol, xilitol, eritritol, isomaltulosa e isomalta caen dentro de este término.
Carbohidratos muy preferidos incluyen los carbohidratos más estables térmicamente tales como sorbitol, glucitol, manitol, galactitol, dulcitol, xilitol, eritritol, isomaltulosa e isomalta.
Otros sistemas plastificantes preferidos incluyen alcoxilatos de ácidos grasos sólidos, alcoxilatos de alcoholes grasos o polialquilenglicoles (tales como polietilenglicol de cadena larga).
El plastificante puede comprender un componente adyuvante adicional. Componentes adyuvantes preferidos incluyen glicerina, etilenglicol, propilenglicol, dietilenglicol, dipropilenglicol, trietanolamina, dietanolamina y metildietilamina.
En un proceso comparativo no perteneciente a la invención, el proceso de conformación es un proceso de extrusión, y una vez que el cordón o cada uno de ellos ha salido del extrusor, el mismo puede dejarse enfriar en las condiciones del ambiente. Alternativamente, el enfriamiento puede estimularse. Una manera de hacer esto es por el empleo de una cinta metálica enfriada sobre la cual sale el o cada uno de los cordones. Otra manera de hacerlo puede ser utilizando un fluido enfriado, preferiblemente aire enfriado, aguas abajo del extrusor. Otra manera consiste en soplado de un fluido, tal como aire, a través del cordón o de cada uno de ellos. Pueden utilizarse uno o más de estos métodos.
El cordón o cada uno de los cordones puede(n) separarse en pelets durante la fabricación.
Los cordones se separan en pelets, v.g. por corte. Sin embargo, pueden considerarse otros métodos de separación, por ejemplo torsión. Puede contemplarse un método por el cual el cordón se retuerce a intervalos cuando se encuentra todavía en estado plástico, para formar “salchichas”, que pueden separarse por rotura de las uniones, una vez que se han vuelto más frágiles. Pueden emplearse también corte o prensado o pinzamiento o perforación parciales (denominados todos estos métodos colectivamente “incisión” en esta memoria) para formar zonas de separación frangibles, a fin de formar precursores de tabletas. La separación los precursores para producir pelets puede realizarse durante la fabricación o por el consumidor, proporcionándose longitudes manejables a partir de las cuales el consumidor rompe o retuerce los pelets en caso requerido. Un precursor de pelets puede ser, por ejemplo, una hilera recta de pelets, destinada a su rotura cuando es necesario.
La presión de extrusión puede ser cualquiera que sea necesaria para llevar a cabo el proceso de una manera eficiente. Convenientemente, aquélla es superior a 3 bar (0,3 MPa), preferiblemente superior a 5 bar (0,5 MPa), y más preferiblemente es superior a 8 bar (0,8 MPa). Más preferiblemente todavía, aquélla es con preferencia superior a 12 bar (1,2 MPa). Muy preferiblemente, la misma es superior a 40 bar (4 MPa). Preferiblemente, la presión de extrusión no excede de 100 bar (10 MPa), más preferiblemente 60 bar (6 MPa).
Generalmente, los pelets producidos en el proceso de invención se utilizan en procesos de moldeo por inyección. El proceso de moldeo por inyección se emplea preferiblemente para la fabricación de bolsas solubles en agua destinadas a contener una formulación detergente para uso en una máquina lavadora automática o en un lavavajillas automático. Así pues, los pelets comprenden preferiblemente un polímero termoplástico soluble en agua / dispersable en agua.
En este uso, se encontrado que las ventajosas propiedades de los pelets producidos conforme a la invención, especialmente su alta homogeneidad, son particularmente ventajosas. Se cree que esta propiedad es muy ventajosa dado que la integridad del producto moldeado por inyección está basada en dicha alta homogeneidad de la composición que se moldea por inyección, dado que en caso contrario la baja homogeneidad se reflejará en el producto moldeado por inyección. Se ha encontrado que la alta homogeneidad conduce a solubilidad predecible en agua de los productos moldeados por inyección.
Preferiblemente, el polímero termoplástico soluble en agua / dispersable en agua comprende PVOH o un derivado del mismo.
Otros polímeros solubles en agua / dispersables en agua pueden utilizarse en el proceso, sea como alternativa o además de PVOH. Ejemplos preferidos incluyen poli(vinilpirrolidona), poli(ácido acrílico), poli(ácido maleico), un derivado de celulosa (tal como éter de celulosa / hidroxipropil-metilcelulosa), poli(glicolida), poli(ácido glicólico), poli(lactidas), poli(ácido láctico) y copolímeros de los mismos.
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En la mezcla que se procesa pueden estar presentes adyuvantes de proceso. Adyuvantes de proceso preferidos incluyen ácidos mono-, di-, y tricarboxílicos / sales de los mismos, ácidos grasos tales como ácido esteárico / sales del mismo, mono-, di-o triglicéridos / sales de los mismos, aerosil, y pigmentos inorgánicos y orgánicos.
5 La invención se ilustrará a continuación con referencia a los Ejemplos no limitantes que siguen.
Ejemplos:
10 Ejemplo Comparativo 1:
El proceso de peletización se condujo en un extrusor (de doble hélice, ICMA S. Giorgio, Milán (especializado en proceso de mezclas y aleaciones de plásticos).
15 El extrusor tenía las características siguientes:
Diámetro de hélice: 35 mm Longitud de hélice: 40 cm Presión de trabajo: 30 bar
20 Capacidad de producción: 5 kg/h Zonas de temperatura: 6 (T1=50°C, T2=60°C, T3=T4=90°C, T5=105°C y T6 (la matriz) =105°C.)
El extrusor se fijó a una unidad de dos rodillos utilizada como fuente de enfriamiento y se conectó a un cortador de 25 pelets.
Se alimentó al extrusor la formulación siguiente en forma de polvo:
Material
%
Resina de PVOH
85,0
Sorbitol
11,0
Adyuvantes de proceso
4,0
Total
100,0
Los pelets obtenidos se enfriaron a la temperatura ambiente. La fórmula proporcionó pelets sólidos que tenían una 30 friabilidad baja.
Ejemplo 2:
El proceso de peletización se condujo en una prensa de pelets (modelo V3-75 de Universal Milling Technologies). 35 La prensa tenía las características siguientes:
Diámetro de matriz: 350 mm Diámetro de orificios: 2 mm Longitud de orificio: 3 mm Cono de alimentación: 45º Espacio entre matriz / rodillos: 1,5 mm Velocidad de la matriz: 5 m/s Motor: 30 kW Temperatura: 98-102ºC
Se alimentaron al extrusor las formulaciones siguientes en forma de polvo:
Material
Formulación 1 Formulación 2 Formulación 3
Resina de PVOH
81,0 87,0 85,0
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Material
Formulación 1 Formulación 2 Formulación 3
Sorbitol
15,0 11,0 11,0
Adyuvantes de proceso
4,0 2,0 4,0
Total
100,0 100,0 100,0
Los pelets obtenidos se enfriaron a la temperatura ambiente. Cada fórmula produjo pelets sólidos que tenían friabilidad baja.

Claims (8)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un proceso de conformación para fabricación de pelets de una composición de resina termoplástica extrudible, que comprende prensado, calandrado y/o compactación de una composición que comprende un polímero
    5 termoplástico, plastificante y opcionalmente aditivos adicionales, comprendiendo el plastificante un componente que es sólido a la temperatura ambiente, en donde dichos prensado, calandrado y/o compactación se llevan a cabo a una temperatura superior al punto de fusión de dicho componente sólido del plastificante e inferior a la temperatura de fusión / plastificación del polímero termoplástico.
    10 2. Un proceso conforme a la reivindicación 1, en donde el plastificante está presente en la composición en al menos 5%, más preferiblemente 10%, y muy preferiblemente 15%.
  2. 3. Un proceso conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en donde el tamaño de partícula de las
    materias primas utilizadas es inferior a 2000 μm, más preferiblemente inferior a 1900 μm, más preferiblemente aún 15 inferior a 400 μm, y de modo muy preferible aproximadamente 200 μm.
  3. 4. Un proceso conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el plastificante comprende un carbohidrato.
    20 5. Un proceso conforme a la reivindicación 4, en donde el carbohidrato se selecciona del grupo que comprende ácidos glucónicos, aminoazúcares, alcoholes-azúcar tales como sorbitol, glucitol, manitol, galactitol, dulcitol, xilitol, eritritol, isomaltulosa e isomalta.
  4. 6. Un proceso conforme a una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el polímero 25 termoplástico es soluble en agua / dispersable en agua.
  5. 7. Un proceso conforme a la reivindicación 6, en donde el polímero termoplástico comprende PVH o un derivado del mismo.
    30 8. Un proceso conforme a la reivindicación 6, en donde el polímero termoplástico comprende poli(vinil pirrolidona), poli(ácido acrílico), poli(ácido maleico), un derivado de celulosa (tal como éter de celulosa / hidroxipropilmetil-celulosa), poli(glicolida), poli(ácido glicólico), poli(lactidas), poli(ácido láctico) y copolímeros de los mismos.
  6. 9. Un proceso conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en donde los pelets son para uso en 35 un proceso de moldeo por inyección.
  7. 10. Un proceso de fabricación de una bolsa soluble en agua, que comprende obtener pelets por un proceso de conformación conforme a una cualquiera de las reivindicaciones adjuntas, y moldeo por inyección utilizando dichos pelets para formar una bolsa soluble en agua.
    40
  8. 11. Un proceso que comprende fabricar una bolsa soluble en agua conforme al proceso de la reivindicación 10, y proporcionar, en el interior de dicha bolsa, una Formulaciónción detergente para uso en una máquina lavadora automática o en un lavavajillas automático.
    7
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