ES2962647T3

ES2962647T3 - Procedimiento y dispositivo para la trituración de un polímero termoplástico y para la producción de una sustancia en forma de polvo a partir del mismo

Info

Publication number: ES2962647T3
Application number: ES19740559T
Authority: ES
Inventors: Dittmar Otten
Original assignee: Dressler Group & Co KG GmbH
Current assignee: Dressler Group & Co KG GmbH
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2024-03-20
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: HRP20231268T1; CN112543697A; EP3829843B1; PL3829843T3; WO2020025312A1; AU2019314951B2; RS64715B1; CA3107048A1; CA3107048C; JP7200352B2; HUE063716T2; US20210299912A1; EP3829843C0; EP3829843A1; AU2019314951A1; KR20210024105A; US11534941B2; JP2021533215A

Abstract

La invención se refiere a un método y un dispositivo para triturar un polímero termoplástico, en particular un elastómero termoplástico, y para producir un material en polvo con una distribución de grano determinada. El método tiene al menos los siguientes pasos: triturar el polímero termoplástico, que se proporciona en forma de trozos, en un dispositivo triturador (molino 58) para formar un polvo de partida y posteriormente tamizar (tamiz 46) el polvo de partida al menos una vez hasta se consigue una distribución de grano determinada (48). Durante la etapa de trituración, se introduce un medio de separación (línea 60) en el dispositivo de trituración, reduciendo dichos medios de separación la pegajosidad del polvo de partida y su capacidad para formar aglomerados. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para la trituración de un polímero termoplástico y para la producción de una sustancia en forma de polvo a partir del mismo

La invención se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para la trituración de un polímero termoplástico y para la producción de una sustancia en forma de polvo a partir del mismo.

Se pretenden tamaños de grano inferiores a 500, en particular inferiores a 100 pm, por ejemplo partículas en el intervalo de 30 a 100 pm. Como límite superior máximo pueden indicarse 800 pm. El límite inferior se encuentra en el intervalo de pocos nanómetros, preferentemente en aproximadamente 1 o 10 pm. La desviación de la forma de esfera debe ser en lo posible de modo que la dimensión de sección transversal más pequeña de una partícula no sea inferior a 20, preferentemente no sea inferior al 50 % de la dimensión de sección transversal más grande de esta partícula.

El material en forma de polvo de este tipo se requiere para muchos fines de uso, por ejemplo para la impresión 3D, para el revestimiento de polvo, etc. Cuanto más forma de esfera tengan las partículas individuales, mayor capacidad de flujo tiene el polvo. El polvo de este tipo se requiere por el mercado en distribuciones de grano en cada caso deseada, predeterminadas para los fines de uso individuales. Para la producción de un polvo concreto se tritura un material de partida que se encuentra en trozos en forma de un polímero termoplástico, en primer lugar en una etapa de trituración para dar un polvo de partida, a continuación se tamiza el polvo de partida en al menos un proceso de tamizado de modo que se consigue la distribución de grano deseada, también denominada distribución de polvo o banda de granulación. Entonces, este polvo final se envasa y se suministra. Por el documento DE 202016 106243 U1 se conoce un dispositivo para la producción de sustancias en forma de polvo de este tipo. A este respecto se alimenta una masa fundida caliente del producto de partida de plástico a un equipo de boquillas, del que sale la masa fundida y se dispersa en pequeñas gotas que caen hacia abajo. Éstas se enfrían por medio de criogas y se acumulan en una zona inferior. Sigue un tamizado y envasado.

Además se conoce disolver el producto de partida de plástico en primer lugar en un disolvente y a partir de esto obtener las partículas, por ejemplo reducir a polvo o bien pulverizar la solución obtenida y mantener aisladas las gotas obtenidas hasta que se haya evaporado esencialmente el disolvente. En este procedimiento no es necesario llevar el plástico a temperatura más alta, de modo que no hay que temer en este sentido ningún cambio químico. Sin embargo, el disolvente influye en el plástico.

En el uso industrial se encuentran dispositivos y procedimientos para moler y para producir polvos. El documento WO 2007/008480 A1 describe un procedimiento para la molienda a criotemperatura y producción de un polvo, en la introducción de la descripción se describe en más detalle en varias páginas del estado de la técnica conocido para la criomolienda. El documento EP 2 957 598 A1 divulga un procedimiento para la producción de poliamidas que se convierten en polvo por medio de una molienda criogénica. A continuación tiene lugar un proceso de tamizado.

Por una temperatura criogénica se entiende en general una temperatura por debajo de menos 150 °C. Para la presente solicitud deben incluirse temperaturas por debajo de -50 °C, lo que incluye también un enfriamiento mediante hielo seco CO2.

También es posible no realizar la etapa de trituración a temperaturas bajas. Una molienda a bajas temperaturas es necesaria por regla general cuando la temperatura de transición vítrea del polímero se encuentra por debajo de -20, en particular por debajo de - 30 °C, dado que por lo demás no puede triturarse de manera normal el respectivo polímero.

Los procedimientos mencionados anteriormente son ejemplos de una trituración de material de partida de plástico para dar plástico en forma de polvo. Por el estado de la técnica se conocen otros procedimientos para la trituración.

Así, se conoce por el documento EP 1754725 A2 un procedimiento de producción para la producción de una resina de absorción de agua, en el que se realiza una polimerización estacionaria de un monómero insaturado de etileno, que contiene ácido acrílico y/o acrilato. A este respecto se corta y se seca el polímero gelatinoso, acuoso resultante, en donde el polímero generado contiene principalmente partículas angulosas con 6 planos lisos. Al menos una parte de la superficie de cada una de las partículas puede revestirse con un bloqueador de adhesión antes, después y/o en el momento del proceso de corte. Por el documento DE 10 2011 080 233 A1 se conoce un procedimiento para la producción de polvos de dispersión por medio de secado por pulverización de dispersiones poliméricas acuosas y adición de agentes antiapelmazantes.

Con la trituración no se obtiene por regla general directamente el producto final en forma de polvo, tal como exige el mercado y se desea. El mercado predetermina un tamaño y distribución de los materiales en forma de polvo deseados, tal como se requieren por ejemplo para una impresora 3D especial. Para obtener la distribución de grano correcta, se tamizan al menos una vez los plásticos en forma de polvo (el polvo de partida), que se han obtenido de la etapa de trituración. Pueden realizarse varios procesos de tamizado sucesivos. A este respecto, la distribución de grano depende también del modo en el que se realiza la trituración y el tamizado. El al menos un proceso de tamizado se adapta al proceso de la trituración y se coordina con éste. Éste se adapta además a la distribución de grano predeterminada.

Dependiendo del proceso seleccionado de la trituración, el material en forma de polvo obtenido tiene una forma característica de las partículas o granos individuales. La forma típica puede desviarse más o menos de la forma esférica finalmente deseada. Así, los granos pueden ser no redondos, por ejemplo pueden tener salientes (colas), pueden ser relativamente planos (plaquitas), pueden tener forma de barra o similar. Debido a ello se ven influidos el proceso de tamizado y el resultado del tamizado. Es posible, tras la etapa de la trituración y antes de la etapa del tamizado realizar un redondeo de los granos. Para ello se remite por ejemplo al documento D<e>102017 100981 de la parte solicitante.

En la realización práctica del procedimiento se ha mostrado ahora que durante el proceso de tamizado se producen problemas que están condicionados por la etapa de trituración, en particular cuando el polvo de partida se ha obtenido de un elastómero termoplástico, por ejemplo mediante molienda de TPU blando, y muestra una especial pegajosidad. El rendimiento de paso del dispositivo se ha reducido fuertemente con frecuencia. El dispositivo de tamizado tiende a obstruirse. Un proceso de tamizado económicamente razonable no puede realizarse con frecuencia.

Partiendo de esto, la invención se basa en el objetivo de mejorar los procedimientos hasta ahora y los dispositivos hasta ahora para la trituración de un polímero termoplástico y la producción de un polvo a partir de éste en el sentido de que el proceso de tamizado se facilite y se mejore.

Este objetivo se soluciona mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 1 y un dispositivo con las características de la reivindicación 10.

Con ayuda de este procedimiento pudo conseguirse un proceso de tamizado estable. Se consiguió una distribución de polvo constante. El rendimiento de paso se elevó considerablemente, por ejemplo diez veces. También la densidad aparente del polvo fino se elevó al menos un 10, generalmente al menos un 20 %.

El procedimiento para la trituración se realiza según uno de los procedimientos de trituración anteriores, que se conocen por el estado de la técnica. Ejemplos importantes se han mencionado anteriormente. Una trituración mecánica tiene lugar por regla general en un molino, en este caso se usan por ejemplo molinos de corriente turbulenta, molinos de clavijas, molinos de bolas o similares. Con el uso de una torre pulverizadora se consigue la trituración mediante fusión o disolución del polímero termoplástico y la pulverización en la torre pulverizadora.

La distribución de grano predeterminada se predetermina generalmente por el mercado, generalmente por un cliente concreto. Un ejemplo típico de una distribución de grano es d90<125 pm, d50 entre 60 y 80 pm, d10 entre 20 y 30 pm. Por un polímero que se encuentra en forma de trozos se entiende granulados, barras, bloques, formas de suministro habituales en el comercio u otras formas del material de partida de polímero termoplástico. Los trozos del material de partida tienen dimensiones al menos miles de veces más grandes que el polvo de partida, preferentemente dimensiones en la zona de centímetros y por encima de esto.

Por regla general se mecaniza en cada caso sólo un polímero de acuerdo con el procedimiento, sin embargo también es posible procesar dos o más polímeros al mismo tiempo en el mismo dispositivo.

Mediante la mejora del proceso de tamizado se minimiza la proporción fina inferior a 10 pm en el polvo final. Debido a ello puede suprimirse una etapa adicional de una eliminación de polvo. Se mejora la protección de la salud con el procesamiento y también con el procesamiento posterior del polvo final, por ejemplo por parte de un cliente final. La capacidad de flujo del polvo final se ha mejorado considerablemente en comparación con el polvo final según el estado de la técnica. Dado que tiene lugar poca formación de agregados, lo que facilita el proceso de tamizado, debe reconducirse también poca proporción gruesa de nuevo a la etapa de trituración. La invención permite reducir claramente la proporción de materia gruesa que debe reconducirse de nuevo al proceso de trituración. Esto conduce a que las partículas que tienen realmente ya el tamaño correcto se trituren aún otra vez, dado que la proporción de proporción fina aumenta con cada etapa repetida de la trituración. Una etapa de eliminación de polvo del polvo de partida o del polvo fino puede realizarse adicionalmente, ésta puede realizarse de acuerdo con la invención con gasto más bajo.

El procedimiento es adecuado para termoplásticos que tienden a la pegajosidad y formación de aglomerado tras la etapa de trituración. Éste es adecuado también para los polímeros termoplásticos tal como por ejemplo PP, PA, PPS, ABS, PBT, PE, PS, PET, PMMA, PC, PEEK, PEKK. De manera especialmente preferente, el procedimiento es adecuado para TPU, termoplásticos a base de ésteres y éteres, por ejemplo TPEE.

El agente antiadherente se encuentra preferentemente en forma de polvo marcadamente fino. Éste debe envolver las partículas de partida de manera pulvurulenta y debido a ello debe evitar un contacto directo entre dos partículas adyacentes del polvo de partida. Debido a ello se eleva la capacidad de flujo del polvo de partida. El agente antiadherente puede designarse también como aditivo, medio auxiliar de flujo o agente antiaglomerante. Mediante el agente antiadherente se mejora la capacidad de flujo del polvo de partida. Se mejora también la capacidad de flujo en la instalación técnica de procedimiento, o sea en sus tubos, esclusas de rueda celular.

Los agentes antiadherentes especialmente preferidos son estearatos de metal y ceras de amida. La temperatura de fusión del agente antiadherente debía encontrarse preferentemente en el intervalo entre 50 y 160 °C.

Es posible calentar el polvo de partida tras la etapa de la trituración. Debido a ello puede realizarse la etapa del tamizado del polvo de partida de manera más favorable caso por caso.

Muchas veces se desea una adición posterior. Ésta requiere según el estado de la técnica una etapa de procedimiento adicional. De acuerdo con la invención, ya no es necesaria una etapa de este tipo, dado que el aditivo se alimenta ya en la etapa de la trituración u otro aditivo adicional que está previsto adicionalmente al agente antiadherente puede añadirse con éste.

Es posible también realizar la etapa de trituración de manera temporalmente separada de la etapa del tamizado. Como tamices pueden usarse preferentemente tamices con mallas largas, por ejemplo un tamiz de tambaleo de la empresa Allgaier AVTM1600 con largo de malla de 300x110 pm.

Al dispositivo de trituración pertenecen todos los componentes que se encuentran antes del dispositivo de tamizado, o sea también por ejemplo esclusas de rueda celular, bombas transportadoras, etc.

Ejemplos

Ejemplo 1: En el circuito de molienda de un molino de corriente turbulenta se introduce TPU en trozos y se tritura. Se introduce conjuntamente con el TPU el 1 % en peso de una cera de amida Baerolub L-AS de la empresa Baerlocher (con respecto al TPU introducido en el molino). El molino distribuye el agente antiadherente durante el proceso de molienda de manera excelente en el polvo de partida. A este respecto, la acción lubricante del agente antiadherente parece ser ventajosa.

Ejemplo 2: Se parte como en el ejemplo 1, sin embargo se añade como agente antiadherente ahora el 0,13 % en peso de un óxido de aluminio (Alu C). Se consigue una densidad aparente de 372 g/l para la distribución de grano d90<125 pm, d50 entre 60 y 80 pm, d10 entre 20 y 30 pm.

Ejemplo 3: Se parte como en el ejemplo 2, sin embargo se añade como agente antiadherente ahora el 2 % en peso de estearato de Ca (114-36 L3 de la empresa Valtris Speciality Chemicals). Se consigue una densidad aparente de 462 g/l para la distribución de grano indicada. En comparación con el ejemplo 2 pudo aumentar el rendimiento de paso del dispositivo de tamizado en aproximadamente el 50 %.

Otras ventajas y características de la invención resultan de las demás reivindicaciones así como de la descripción que sigue ahora de dos ejemplos de realización que han de entenderse de manera no limitativa, que se explican en más detalle a continuación con referencia al dibujo. En este dibujo muestran:

Figura 1 una representación principal de un dispositivo para la trituración de un polímero termoplástico, la trituración se realiza mediante fusión y pulverización y

Figura 2 una representación principal de manera similar a la figura 1, sin embargo ahora para un dispositivo en el que se realiza la trituración de manera mecánica mediante un molino.

En primer lugar se describe el dispositivo de acuerdo con la figura 1, el dispositivo de acuerdo con la figura 2 se describe solo en tanto que se diferencien sus piezas individuales del dispositivo de acuerdo con la figura 1.

Se funde TPU que se encuentra como granulado en un recipiente de masa fundida 20. Desde el recipiente de masa fundida 20 se alimenta éste a través de un conducto de transporte 22, transportado por una bomba 24, a un recipiente 26 que forma una torre pulverizadora. En este recipiente 26 se encuentra arriba una disposición de boquillas 28, a la que se alimenta el material fundido. Desde sus aberturas de boquilla sale material líquido, por ejemplo en forma de hilos delgados que se unen más abajo para formar gotas. Con distancia creciente desde la disposición de boquillas 28 se vuelven más redondas las gotas y se forman a partir de éstas partículas que caen libremente, éstas caen verticalmente hacia abajo.

En el recipiente 26 sobresale desde arriba además del conducto de transporte 22 un conducto de alimentación 30 para criogas, en particular nitrógeno líquido. El conducto de alimentación 30 está conectado con una unidad de alimentación 32, que en este caso se ha realizado como anillo que se encuentra por encima y por debajo de la disposición de boquillas 28.

Desde la disposición de boquillas 28 sale el material polimérico dentro de un cono 34. Desde la unidad de alimentación 32 sale el criogas en forma de una superficie envolvente cónica 36, el cono 34 se encuentra dentro de la superficie envolvente cónica 36. El cono 34 está dirigido de modo que no choque a ser posible con las paredes laterales del recipiente 26.

En la zona inferior del recipiente 26 se encuentran boquillas 38 laterales o un dispositivo similar para la introducción. Mediante éstas se introduce un agente antiadherente, un estearato de metal, en el espacio interior del recipiente 26, véase la flecha, de modo que se forma a ser posible una capa 40 del agente antiadherente en la zona inferior del recipiente 26. Mediante esta capa 40 caen a través las gotas y se envuelven debido a ello más o menos por el agente antiadherente. Dependiendo de la realización del procedimiento, una parte del agente antiadherente cae de la capa 40 hacia abajo, esta proporción cae en la zona de la salida que tiene paredes inclinadas. Contra estas paredes inclinadas chocan las partículas, antes de que éstas lleguen lentamente a la parte más profunda de la salida 42. Las partículas pueden envolverse con ello también por el agente antiadherente, cuando y durante éstas se apoyan sobre las paredes inclinadas. Éstas pueden envolverse también con agente antiadherente, mientras que se encuentran por encima de las paredes inclinadas y por debajo de la capa 40.

En la zona inferior del recipiente 26 tiene éste una salida 42 conformada de manera cónica. Allí se han enfriado las gotas envueltas en tanto que éstas ya no puedan moldearse esencialmente, éstas forman el polvo de partida. Éste llega ahora a un dispositivo de tamizado 44. En una modificación, una esclusa de rueda celular puede estar conectada de manera intermedia, tal como es evidente a partir de la figura 2. Ésta pertenece al dispositivo de trituración. En una modificación es posible alimentar el agente antiadherente en esta esclusa de rueda celular.

El dispositivo de tamizado 44 está realizado según el estado de la técnica. Éste tiene para la simplificación de la representación sólo un tamiz 46. Por el tamiz 46 se deja pasar la distribución de grano predeterminada, véase la flecha 48, el resto se desvía, véase la flecha 50.

En el dispositivo de acuerdo con la figura 2 se encuentra TPU en forma de granulado en un recipiente de carga 52. A través de una esclusa de rueda celular 54 se alimenta el granulado a una entrada 56 de un molino 58, que está realizado en este caso como molino de clavijas. En el conducto de alimentación hacia el molino 58 desemboca además un conducto 60 para el agente antiadherente, en este caso una cera de amida. Con ello llegan el granulado y el agente antiadherente al mismo tiempo a la entrada 56 del molino 58 y se mezclan de manera íntima en el molino 58 durante el proceso de molienda.

En el lado de salida se encuentran las relaciones de manera similar que en la figura 1. La salida 42 del molino 58 está conectada también en este caso directamente con el dispositivo de tamizado 44. Los términos como esencialmente, preferentemente y similares así como posiblemente indicaciones que han de entenderse de manera no precisa han de entenderse de modo que sea posible una desviación de más menos el 5 %, preferentemente más menos el 2 % y en particular más menos un porcentaje del valor normal. En las figuras, las partes equivalentes con respecto a su función están dotadas siempre con los mismos símbolos de referencia, de modo que éstos se describen por regla general también sólo una vez.

Símbolos de referencia

20 Recipiente de masa fundida

22 Conducto de transporte

24 Bomba

26 Recipiente

28 Disposición de boquillas

30 Conducto de alimentación

32 Unidad de alimentación

34 Cono

36 Superficie envolvente cónica

38 Boquilla

40 Capa

42 Salida

44 Dispositivo de tamizado

46 Tamiz

48 Flecha

50 Flecha

52 Recipiente de carga

54 Esclusa de rueda celular

56 Entrada

58 Molino

60 Conducto

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la trituración de un polímero termoplástico y la producción de una sustancia en forma de polvo con una distribución de grano predeterminada a partir del mismo, con las siguientes etapas de procedimiento:

- predeterminar una distribución de grano deseada de la sustancia en forma de polvo,

- triturar el polímero termoplástico que se encuentra en forma de trozos en un dispositivo de trituración para dar un polvo de partida, que comprende granos,

- tamizar al menos una vez este polvo de partida hasta que se haya conseguido la sustancia en forma de polvo con la distribución de grano predeterminada,

en donde en la etapa de la trituración se introduce un agente antiadherente en el dispositivo de trituración, en donde el agente antiadherente se encuentra en forma de polvo fino y envuelve los granos del polvo de partida de manera pulvurulenta y debido a ello disminuye la pegajosidad y la capacidad del polvo de partida de formar aglomerados del polvo de partida,

en donde a) la etapa de la trituración se realiza en un molino que pertenece al dispositivo de trituración y a este respecto se introduce un agente refrigerante con una temperatura < -50 °C en el dispositivo de trituración o b) la etapa de la trituración usa una torre pulverizadora, en la que el polímero termoplástico se tritura mediante fusión o disolución y después pulverización por medio de al menos una boquilla pulverizadora, en donde se introduce un agente refrigerante con una temperatura < -50 °C en el dispositivo de trituración.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,caracterizado por queel agente antiadherente se selecciona de al menos uno del siguiente grupo: tensioactivos, ceras, jabones metálicos.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,caracterizado por queel agente antiadherente es hidrófobo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel agente antiadherente presenta una temperatura de punto de fusión que se diferencia de la temperatura del punto de fusión del polímero en como máximo 30 °C.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel agente antiadherente se alimenta antes de que se haya producido de manera acabada el polvo de partida.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queen la etapa del tamizado se usa al menos un tamiz (46)movido mecánicamente, concretamente un tamiz (46) vibratorio, un tamiz (46) que realiza un movimiento de tambaleo, o un tamiz (46) activado por medio de ultrasonido.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel agente antiadherente se alimenta en una proporción en peso de como máximo el 5 % con respecto al peso del polímero termoplástico.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel agente antiadherente se alimenta en una proporción en peso de como mínimo el 0,1 por ciento en peso con respecto al peso del polímero termoplástico.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel polímero termoplástico presenta a temperatura normal una dureza Shore A inferior a 90.

10. Dispositivo para la realización de un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, que está configurado para la trituración de un polímero termoplástico y para la producción de una sustancia en forma de polvo con una distribución de grano predeterminada a partir del mismo, que presenta de manera caracterizadora

- un dispositivo de trituración para polímeros termoplásticos que se encuentran en forma de trozos, que presenta un molino o una torre pulverizadora y que tiene una entrada para el polímero termoplástico, una salida (42) para el polvo de partida y un conducto de alimentación (30) para un agente refrigerante con una temperatura < -50 °C, - y un dispositivo de tamizado (44) que está dispuesto detrás del dispositivo de trituración y está conectado con éste a través de tuberías en las que se transporta el polvo de partida, en donde el dispositivo de tamizado (44) presenta al menos un tamiz (46) que está diseñado para la distribución de grano predeterminada,

en donde el dispositivo de trituración presenta un medio para la introducción de un agente antiadherente en el dispositivo de trituración.