ITAN20010017A1 - Sostenza distaccante per processi di stampaggio a presso-colata di materiali non ferrosi, costituita da una miscela di oli sintetici e di fl - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

SOSTANZA DISTACCANTE PER PROCESSI DI STAMPAGGIO A PRESSO-COLATA DI MATERIALI NON FERROSI, COSTITUITA DA UNA MISCELA DI OLI SINTETICI E DI FLUIDI VEGETALI BIODEGRADABILI.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto una sostanza avente proprietà distaccanti, costituita da una miscela di oli sintetici e di fluidi vegetali biodegradabili, destinata ad essere utilizzata preferibilmente nei processi di stampaggio a presso-colata di materiali non ferrosi.

In ogni caso la sostanza secondo il trovato si presta ad essere vantaggiosamente utilizzata anche nei processi di laminazione, di estrusione o di trafilatura a caldo ed in ogni altro tipo di processo di stampaggio dove è necessario evitare l’aderenza fra l’utensile di formatura ed il materiale di stampaggio.

In detti processi si rende indispensabile l impiego di sostanze cosiddette “lubrodistaccanti”, che consistono in un fluido, od in una pasta od in un solido che si interpone tra utensile e pezzo per favorire lo scorrimento del metallo durante la formatura e per evitare l’adesione tra manufatto e utensile, così da conseguire una migliore finitura del pezzo, da un lato, ed una maggior durata degli utensili, dall’altro.

Per apprezzare meglio tutti i vantaggi ed i pregi della sostanza distaccante secondo il trovato è indispensabile descrivere quali siano gli agenti distaccanti che vengono attualmente utilizzati, indicando quali tipi di problemi derivano dalla loro adozione.

Una prima categoria è quella dei distaccanti diluibili in acqua, che possono essere raggruppati in tre classi principali:

a) dispersioni di grafite in acqua;

b) soluzioni in acqua;

c) emulsioni in acqua.

Il principio d’azione è analogo per le tre classi di prodotti: il lubrodistaccante viene applicato, solitamente a spruzzo, sullo stampo e a seguito dell’evaporazione dell’acqua si ottiene un film della sostanza attiva, che assicura le richieste funzioni lubrificanti e distaccanti.

I prodotti in commercio sono normalmente costituiti da un concentrato che va diluito nella corretta proporzione con acqua, al momento della sua applicazione.

In particolare le dispersioni di grafite in acqua/olio sono costituite: - da grafite, ridotta in fini particelle (in taluni casi la quasi totalità delle particelle ha dimensioni inferiori a 1 micron),

- da un agente “stabilizzatore” della dispersione, spesso da un sale organico o inorganico che ha il compito di facilitare la formazione di un tenace film sull’utensile,

- da una serie di additivi come battericidi, stabilizzatori di viscosità, anti-muffa, ecc.

La grafite, nei prodotti posti in commercio, è indifferentemente di origine naturale o di natura sintetica. Le prestazioni del prodotto sono essenzialmente determinate dalla purezza e dal grado di finezza delle particelle (oltre che dall’azione sinergica degli altri componenti). L’impiego di battericidi è molto importante in quanto la degradazione da batteri, in una dispersione di grafite in acqua, produrrebbe oltre ai noti inconvenienti dovuti all’odore sgradevole e a fenomeni irritativi per gli operatori, anche la rottura delle dispersioni con conseguente separazione e decantazione della grafite nel veicolo acquoso.

I moderni biocidi e anti-muffa sono esenti da formaldeide libera e non costituiscono pertanto fonti di pericolo per l’ambiente e per gli operatori.

La stabilità nel tempo di una dispersione di grafite in acqua garantisce l’omogeneità degli elementi presenti nella formulazione; taluni polimeri ad alto peso molecolare solubili in acqua contribuiscono inoltre a mantenere la grafite finemente dispersa nel veicolo acquoso ad una viscosità costante.

Le soluzioni in acqua sono, invece, costituite

- da sali inorganici o organici,

- da derivati della cellulosa,

- da polimeri ad alto peso molecolare.

La corretta combinazione di tali componenti permette di ottenere, in fase di stampaggio, il film ad azione distaccante e, almeno fino ad un certo punto, lubrificante.

Tra i sali impiegati si possono citare i cloruri, i fosfati, i silicati e taluni sali di acidi carbossilici.

I polimeri ad alto peso molecolare possono essere costituiti da alcoli sintetici etossilati, da composti policondensati con ossido di etilene, ecc.

Anche in questo caso è importante preservare le soluzioni dall’attacco batterico con gli agenti già menzionati.

E’ possibile poi introdurre nelle formulazioni prodotti idrosolubili che impartiscano proprietà anticorrosive e antiruggine, al prodotto diluito pronto per l’uso.

E’ consigliabile eliminare l’impiego di nitriti, i quali possono condurre alla formazione di complessi pericolosi come le nitrosammine.

Va notato che, nella pratica di molte lavorazioni metallurgiche anche di notevole complessità e gravosità, queste soluzioni in acqua vanno prendendo una diffusione sempre maggiore, in sostituzione delle dispersioni di grafite, che sono preferite dagli operatori, se non altro per non essere di colore nero e per non macchiare, spesso in modo indelebile, gli indumenti di lavoro.

Infine, le emulsioni in acqua, particolarmente impiegate nella colata a pressione di leghe leggere, sono costituite da:

- derivati cerosi naturali e sintetici

- oli minerali,

- derivati siliconici

- emulsionanti anionici-non ionici (prevalentemente non ionici) i quali, avendo proprietà tensioattive, abbassano la tensione superficiale tra fase cerosa o oleosa ed acqua, rendendo possibile la formazione di dispersioni finemente disperse delle fasi cerose ed oleose in acqua.

Si ottiene così un’emulsione bianco-lattiginosa o emulsioni tendenti ad acquisire aspetto e proprietà fisiche di soluzioni.

L’emulsionante, in funzione della costituzione chimica, può svolgere anche funzioni di lubrificante, migliorando così le prestazioni delle emulsione.

Gli emulsionanti maggiormente impiegati sono alcuni solfonati (aventi carica ionattiva) e soprattutto i derivati delle condensazioni con ossido di etilene (a carica non ionica).

La presenza in queste emulsioni di derivati a medio peso molecolare riduce la tendenza alla formazione di ruggine e corrosione dei prodotti pronti all’impiego, ottenuti diluendo le emulsioni in concentrazioni di 1-2% in acqua.

Le emulsioni del tipo sopra citato costituiscono terreno molto fertile per la proliferazione baterica ed è quindi indispensabile introdurre nella formulazione idonei batericidi e funghicidi per eliminare fenomeni di putrescenza e rottura di emulsione.

La miscela impiegata per l’applicazione sullo stampo contiene in genere percentuali molto basse di materia ativa (dell’ordine dello 0,5%); tale contrazione ha rivoluzionato taluni aspeti del processo di colata a pressione dì leghe leggere, migliorando le condizioni ambientali e svolgendo una importantissima funzione di energico raffreddamento dello stampo, grazie al notevole quantitativo di acqua contenuta nel prodoto pronto per l’uso.

Una seconda categoria è quella dei distaccanti in polvere che sono costituiti prevalentemente da polimeri ad alto peso molecolare (cera polietilenica) con diverso punto di fusione in base alle esigenze produtive.

Per temperature superiori alla norma (circa 240°C) si utilizzano le stesse basi con una percentuale di grafite e/o talco, che conferiscono al prodoto una resistenza alla temperatura.

Vengono ora qui di seguito elencati quali siano gli inconvenienti che caraterizzano ciascun tipo dei prodoti distaccanti sopra descriti Per quanto atiene le dispersioni di grafite in acqua, va segnalato che esse sono state praticamente soppiantate e rimpiazzate dalle emulsioni, a causa dei seguenti problemi :

• sporco di grafite e dispersione in ambiente

<• >necessità di adotare potenti impianti di aspirazione nel luogo di stampaggio per evitare l’inalazione di particelle di grafite da parte degli operatori

• smaltimento degli eluati non essendo di facile depurazione contenenti macchie di grafite;

• instabilità della dispersione che deve essere continuamente agitata per non far pregiudicare il principio attivo.

• scarsa qualità dei pezzi stampati che sono molto scuri ed opachi, con notevoli inclusioni e ceneri, responsabili di notevoli difetti estetici

• periodica pulizia degli stampi con conseguente interruzione del ciclo di lavorazione.

Dal canto loro, però, anche le emulsioni in acqua non sono esenti da inconvenienti, soprattutto sotto l’aspetto dell’inquinamento idrico ed atmosferico.

E’ inevitabile che l’emulsione spruzzata sullo stampo non ricada ai piedi della macchina, quindi normalmente questo eccesso di prodotto viene allontanato con fognature, ma non può essere scaricato assolutamente nelle fognature pubbliche perché altamente inquinante.

Quindi normalmente le industrie smaltiscono detti reflui avvalendosi di aziende specializzate, oppure sottoponendoli a trattamenti chimico-fisici, ultrafiltrazione od evaporazione, e comunque a trattamenti di purificazione molto costosi che generano comunque fanghi, morchie da dover smaltire.

Va segnalata poi la formazione di cattivi odori all’interno dei reparti dovuta al deterioramento degli eluati recuperati.

Vista la notevole quantità del prodotto distaccante spruzzata sullo stampo (normalmente da 2 a 5 volte il necessario in funzione dell’ugello e del tipo di stampo), buona parte del prodotto in eccesso cade a terra, come già sottolineato, mentre la restante parte si trasforma in vapore e si disperde nell’ambiente.

Per motivi di tutela ambientale, tutte le fonderie si devono attrezzare con adeguati impianti di captazione e filtrazione di queste nebbie oleose che comunque vengono immesse in piccola parte in atmosfera e producono elevate particelle oleose nei filtri.

Esiste poi il problema della stabilità temporanea del prodotto; normalmente i produttori di emulsioni indicano come tempo di decadimento da 6 a 12 mesi, nelle condizioni ottimali ed in ambiente chiuso con temperature minime di 10°C massime di 3°C.

In seno al processo produttivo, l’impiego delle emulsioni comporta i seguenti inconvenienti:

- necessità di innalzare la temperatura dello stampo al di sopra dei 100°C per poter consentire l’evaporazione della parte acquosa del prodotto distaccante;

- notevole shock termico dello stampo dovuto al fatto che la fase acquosa provoca, evaporando a 100°C, un salto termico sulla superfìcie calda dello stampo, normalmente 240-280°C, creando una notevole fatica termica pregio di conoscere la sua durata.

- corrosione dello stampo e dei vari componenti della macchina esposti in continuo contatto con i vapori distaccanti.

- sviluppo di gas e vapore

- formazione di scarti a causa dei gas e dei vapori provenienti dal contatto del film distaccante con il metallo liquido che generano soffiature nei pezzi pressofusi.

- depositi carboniosi od altri sedimenti dovuti agli accumuli del film distaccante, in zone relativamente fredde dello stampo.

- brillantezza dei pezzi non sempre buona a causa della presenza di sali sull’acqua.

Per quanto attiene, invece, i distaccanti in polvere va detto che essi sono penalizzati soprattutto da difficoltà di applicazione che vengono qui di seguito elencate.

Per questo tipo di distaccanti l’applicazione sullo stampo è realizzata con particolari pistole elettrostatiche.

La messa a punto del prodotto deve essere quindi studiata in funzione dell’impiego visto il margine di temperatura abbastanza stretto di questi prodotti.

Dove esistono alte temperature dello stampo il prodotto si incenerisce, perdendo il suo potere distaccante, con conseguente effetto di metallizzazione; dove le temperature sono interiori alle temperature di impiego si creano fenomeni di sovradeposizione, che provocano addirittura la non chiusura degli stampi.

Mancando il supporto acquoso come veicolo raffreddante, sussistono problemi di raffreddamento degli stampi con notevole innalzamento dei tempi del ciclo di stampaggio, che devono essere sufficientemente lunghi per permettere al materiale di stampaggio di solidificare.

Per contro la vita degli stampi viene innalzata visto i bassi shock termici quale l’utensile viene sottoposto.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare una nuova sostanza distaccante per processi di stampaggio in genere, la quale non fosse affetta da tutti gli inconvenienti sopra denunciati con riferimento ai prodotti distaccanti noti e fino qui impiegati.

Questo obiettivo è stato raggiunto dalla sostanza distaccante secondo il trovato, costituita principalmente da oli sintetici e da fluidi vegetali biodegradabili.

Questa sostanza è molto versatile dal punto di vista delle temperature, con un range di impiego che va dai 80°C fino a 320°C. Il formulato rispetto alle soluzioni acquose è esente da emulgatori, da antibattericidi, da cere sintetiche ed additivi particolari necessari per rendere stabili le soluzioni, quindi rispetto a queste lascia sugli stampi minor quantità di residui.

A differenza dei distaccanti in polvere, l’uso della sostanza secondo il trovato può avvenire anche in concomitanza di somministrazione di spruzzi d’acqua di raffreddamento per la giusta termoregolazione dello stampo, grazie al fatto che detta sostanza non è solubile in acqua, anche se con essa compatibile.

Si può affermare che la sostanza secondo il trovato può vantare tutte le qualità positive degli altri distaccanti, risolvendo nel contempo tutte le problematiche sopra enunciate sotto l’aspetto della gestione del processo di stampaggio e dell’impatto ecologico.

Più in particolare la sostanza secondo il trovato è costituita da una miscela formata da:

a) olio siliconico modificato a media viscosità

b) estere organico biodegradabile derivato dal processo di sintesi A questa miscela possono essere aggiunti a seconda dei casi e delle esigenze:

c) olio siliconico a basso peso molecolare (dimetilpolisilossano) d) olio di pino

Il componente (a) è un olio siliconico a media viscosità (900/1500 cts a 25° C), il quale possiede un ottimo potere distaccante anche se applicato in quantitativi piccolissimi.

Detto olio siliconico è molto stabile alle alte temperature fino a 280° C, quindi a contatto con la superficie dello stampo caldo non si decompone, evitando così la formazione di residui carboniosi.

Il componente (b) è un olio sintetico biodegradabile, che ha una viscosità pari a 46 cts a 40°C e che possiede buone proprietà antiossidanti, antiusura e distaccanti; detto olio sintetico biodegradabile resiste al fuoco ed alle temperature fino a 200° C. La miscela secondo il trovato deve presentare le seguenti caratteristiche:

- viscosità a 25° C compresa fra 140 e 200 cts;

- punto di fiamma compreso fra 100° e 260° C;

- resistenza alla temperatura maggiore di 250° C.

In questa prospettiva si precisa che l’aggiunta del componente (b) al componente (a) serve per abbassare la viscosità della miscela senza ridurne apprezzabilmente il punto di fiamma.

Il componente (c) è un olio siliconico avente viscosità pari a 4 cts a 25° C ed avente buone caratteristiche lubrificanti.

Detto componente (c) viene utilizzato, in caso di bisogno, come diluente per gestire al meglio la viscosità finale della miscela.

In altre parole l’aggiunta del componete (c) consente di ottenere una miscela dalla viscosità desiderata, utilizzando in percentuale meno componente (b), dal momento che la viscosità del componente (c) è molto più bassa della viscosità del componente (b).

D’altro canto, l’utilizzo del componente (c) non pregiudica il potere distaccante della miscela, in considerazione del fatto che lo stesso componente (c) possiede comunque buone caratteristiche lubrificanti.

Il componente (d), infine, viene aggiunto alla miscela soltanto con finalità aromatiche.

Si precisa che sul mercato è già possibile reperire tre sostanze aventi per l’appunto le caratteristiche degli anzidetti componenti (a), (b) e (c) .

In particolare come componenti (a) (b) e (c) possono essere utilizzati rispettivamente :

A) l’olio siliconico modificato

R con la denominazione TN;

B) l’estere organico biodegradabile c zato dalla IP con la denominazione IP HYDRUS BIO FR Estere 46;

C) l’olio siliconico R con la denominazione WACHER SILICONO Z 040.

Detti componenti devono essere miscelati fra loro in dosi opportune in base alle difficoltà ed alla struttura del pezzo da stampare.

Qui di seguito si riportano alcuni esempi.

ESEMPIO 1

Per pezzi complessi dove si richiede un elevato effetto distaccante si consiglia il seguente dosaggio:

a) 54% in peso di olio siliconico modificato, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione TN; b) 8,5 % in peso estere organico biodegradabile avente una viscosità pari a 46 est a 40°C;

c) 37% in peso di olio siliconico a basso peso molecolare, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione WACHER SILICONO Z 040:

d) 0,5% olio di pino.

Una miscela così composta presenta le seguenti caratteristiche:

- viscosità a 25° C: 147, 4 cts;

- punto di fiamma: 109°C;

- resistenza alla temperatura maggiore di 250° C.

ESEMPIO 2

Per pezzi di media complessità:

a) 40% in peso di olio siliconico modificato, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione TN; b) 40 % in peso estere organico biodegradabile avente una viscosità pari a 46 est a 40°C;

c) 19,5% in peso di olio siliconico a basso peso molecolare, del tipo con la denominazione WACHER SILICONO Z 040:

d) 0,5% olio di pino.

Una miscela così composta presenta le seguenti caratteristiche.

- viscosità a 25° C: 145,017 cts;

- punto di fiamma: 220°C;

- resistenza alla temperatura maggiore di 250° C.

ESEMPIO 3

Per pezzi semplici:

a) 30 % in peso di olio siliconico modificato, del tipo r con la denominazione TN; b) 60% in peso estere organico biodegradabile avente una viscosità pari a 46 est a 40°C

c) 9,5% in peso di olio siliconico a basso peso molecolare, del tipo r con la denominazione WACHER SILICONO Z 040;

d) 0,5% olio di pino.

Una miscela così composta presenta le seguenti caratteristiche.

- viscosità a 25° C: 144,54 cts;

- punto di fiamma: 240°C;

- resistenza alla temperatura maggiore di 250° C.

Per quanto attiene il metodo di preparazione della sostanza secondo il trovato va detto che la miscelazione dei suoi componenti avviene a temperatura ambiente, avvalendosi di un agitatore meccanico a velocità variabile per la omogeneizzazione dei componenti, che devono essere immessi preferibilmente ma non necessariamente nel contenitore nel seguente ordine:

componente c)

componente b)

componente a)

componente d)

La velocità dell’agitatore deve essere preferibilmente ma non necessariamente così programmata:

per i primi cinque muniti circa : 150 giri per minuto

per ulteriori 20 minuti circa : 300 giri al minuto

Vengono ora elencato tutti i pregi e le qualità della sostanza secondo il trovato

Si sottolinea innanzitutto che questa sostanza è pronta per l’uso e non necessita di additivi, né di impianti di miscelazione, né di impianti centralizzati di distribuzione del distaccante.

Inoltre non si verifica alcun inquinamento d’acqua visto che la sostanza viene spruzzata direttamente sullo stampo. Se per problemi di raffreddamento dello stampo, fosse necessario spruzzare acqua sullo stampo, non insorgono comunque problemi di inquinamento idrico, perché la sostanza non è solubile in acqua, per cui essa può essere scaricata in fognatura senza possibilità d’inquinamento o comunque filtrata e riutilizzata.

L’utilizzo della sostanza secondo il problema non comporta nemmeno problemi di inquinamento atmosferico, dal momento che le quantità in gioco sono minime (4 g/m<2 >di prodotto) e le ceneri che si generano nell’ambiente sono trascurabili, conseguente riduzioni della potenzialità del sistemi di captazione ed aspirazione delle nebbie imposti dalla legge.

A differenza degli altri prodotti distaccanti i vapori della sostanza secondo il trovato non generano corrosioni né sugli stampi né sulle parti della macchina. La sostanza secondo il trovato genera limitati gas o vapori nel momento in cui essa viene a contatto con la superficie metallica dello stampo, per cui il manufatto stampato presenta omogeneità e compattezza.

Se la sostanza secondo il trovato viene dosata in maniera corretta la generazione di residui è praticamente assente.

I pezzi stampati con l’utilizzo di questo sostanza risultano brillanti non contenendo acqua che genera variazioni di temperatura sullo stampo.

L’impiego della sostanza secondo il trovato consente altresì di ridurre lo shock termico degli stampi, rispetto all’impiego delle attuali emulsioni, la cui componente acquosa evapora a 100°C, quindi lo shock termico degli stampi ad ogni ciclo è notevole passando dalla temperatura di evaporazione dell’acqua alla temperatura di iniezione del metallo.

Con la sostanza secondo il trovato, invece, si può utilizzare l’acqua per il raffreddamento superficiale solo quando è necessario, avvalendosi a tal uopo, ad esempio, di una sonda sullo stampo che faccia intervenire la spruzzatura dell’acqua soltanto al superamento di un valore di temperatura preimpostato.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sostanza distaccante per processi di stampaggio, caratterizzata per il fatto di consistere in una miscela formata dai seguenti componenti: a) olio siliconico modificato a media viscosità b) estere organico biodegradabile derivato dal processo di sintesi avente una viscosità pari a 46 cts a 40°C in cui: - il componente (a) è un olio siliconico a media viscosità (900/1500 cts a 25° C), molto stabile alle alte temperature, fino a 280° C; - il componente (b) è un olio sintetico biodegradabile che resiste a temperature fino a 200° C; essendo previsto che la miscela presenti i seguenti valori: - viscosità a 25° C compresa fra 140 e 200 cts; - punto di fiamma compreso fra 100° e 260° C; - resistenza alla temperatura maggiore di 250° C.
2. 2) Sostanza distaccante per processi di stampaggio, secondo la rivendicazione precedente caratterizzata per il fatto di comprendere un terzo componente c), avente funzioni di diluente, consistente in un olio siliconico a basso peso molecolare (dimetilpolisilossano), avente viscosità pari a 4 cts a 25° C ed avente buone caratteristiche lubrificanti.
3. 3) Sostanza distaccante per processi di stampaggio, secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzata per il fatto di comprendere un quarto componente d), avente funzioni aromatiche, consistente in olio di pino 4) Sostanza distaccante per processi di stampaggio, secondo le rivendicazioni da 1 a 3, dove i componenti (a) (b) e (c) sono rispettivamente: A - l’olio siliconico modificato commercializzato dalla ditta WACHER con la denominazione TN; B - l’estere organico biodegradabile commercializzato dalla IP con la denominazione IP HYDRUS BIO FR Estere 46; C - l’olio siliconico commercializzato dalla ditta WACHER con la denominazione WACHER SILICONO Z 040. 5) Sostanza distaccante per processi di stampaggio a caldo, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata per il fatto di presentare il seguente dosaggio: a) 54% in peso di olio siliconico modificato, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione TN b) 8,5 % in peso estere organico biodegradabile avente una viscosità pari a 46 est a 40°C c) 37% in peso di olio siliconico a basso peso molecolare, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione Z 040 d) 0,5 olio di pino 6) Sostanza distaccante per processi di stampaggio a caldo, secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata per il fatto di presentare il seguente dosaggio : a) 40% in peso di olio siliconico modificato, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione TN; b) 40 % in peso estere organico biodegradabile avente una viscosità pari a 46 cts a 40°C; c) 19,5 % in peso di olio siliconico a basso peso molecolare, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione WACHER SILICONO Z 040: d) 0,5% olio di pino. 7) Sostanza distaccante per processi di stampaggio a caldo, secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata per il fatto di presentare il seguente dosaggio : a) 30 % in peso di olio siliconico modificato , del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione TN b) 9,5 % in peso estere organico biodegradabile avente una viscosità pari a 46 cts a 40°C c) 60 % in peso di olio siliconico a basso peso molecolare, del tipo commercializzato dalla ditta Wacher con la denominazione Z 040 d) 0,5 olio di pino