ITBO20110683A1 - Procedimento per preparare una mescola a base di gomma, pluricomponente e vulcanizzabile a caldo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

PROCEDIMENTO PER PREPARARE UNA MESCOLA A BASE DI GOMMA, PLURICOMPONENTE E VULCANIZZABILE A CALDO.

Il presente trovato concerne un procedimento per preparare una mescola a base di gomma, pluricomponente e vulcanizzabile a caldo.

La produzione industriale di manufatti in gomma à ̈ basata su un ciclo tecnologico di cui il processo fisicochimico noto come "vulcanizzazione" rappresenta una componente fondamentale.

Nell'ambito di tale produzione industriale la foggiatura di forma del prodotto e la vulcanizzazione del proprio materiale costitutivo sono eseguite contemporaneamente utilizzando la temperatura come catalizzatore del processo di vulcanizzazione.

Coerentemente con i principi suesposti, attualmente la produzione industriale dei manufatti in gomma à ̈ riconducibile fondamentalmente a due tipi di tecnologia: lo stampaggio con termoformatura o lo stampaggio a caldo per iniezione.

Nel primo caso, una mescola in gomma da vulcanizzare -costituita da un polimero base e da additivi e sostanze che conferiscono le caratteristiche richieste o previste per il prodotto finale - viene preparata in forma di semilavorati, preformati, aventi dimensione e peso prestabiliti.

I preformati vengono poi posizionati su stampo caldo aperto. La successiva chiusura dello stampo provoca la termoformatura e contemporaneamente la vulcanizzazione, quest'ultima sviluppandosi nei successivi 6-10 minuti di permanenza della mescola, a caldo, nello stampo.

La preparazione e la manipolazione dei preformati à ̈ complessa e molto dispendiosa.

Infatti, per ottenere un buon risultato di produzione à ̈ necessario utilizzare un quantitativo di gomma eccedente rispetto a quello contenibile nell'impronta di formatura.

Tale eccesso di materiale necessario per assicurare il riempimento dell'impronta di foggiatura à ̈ però responsabile di produrre un'elevata quantità di scarti di produzione e di richiedere una successiva fase di rifilatura del manufatto. Inoltre, esistono poi delle limitazioni tecniche sui tipi di manufatto producibili. Infatti, accoppiare più materiali o più colori à ̈ molto difficoltoso e spesso esistono dei seri problemi di stabilità/costanza dimensionale.

Nonostante ciò, oggi questo processo à ̈ ampiamente utilizzato industrialmente, perché relativamente flessibile e condotto su impianti ormai collaudati da tempo.

Nel caso dello stampaggio per iniezione la mescola di gomma da vulcanizzare à ̈ preparata in forma di bandelle o granuli che vengono poi iniettati su stampo caldo chiuso.

Tramite opportune macchine automatiche la gomma viene leggermente riscaldata e trasferita sullo stampo caldo dove successivamente viene vulcanizzata in un arco temporale di durata adeguata.

L'aspetto critico di questa metodica di produzione risiede nella complessità della macchina di iniezione ed in particolare nel sistema di iniezione della gomma. Ciò nonostante, negli ultimi anni questo processo si à ̈ sviluppato fortemente perché risolve molti dei problemi presenti nello stampaggio a compressione.

In entrambi i casi, e secondo l'attuale tecnica conosciuta, la mescola viene preparata tramite mescolatori di vario genere in cui sono miscelati resine base (SBR, NR, ecc.) opportunamente scelte, nonché additivate con vari componenti quali cariche, zolfo, acceleranti, ecc. , secondo ricette formulate in modo idoneo per raggiungere le caratteristiche desiderate e per avere vulcanizzazioni rapide ed efficienti.

Tutti i componenti della mescola, compresi i coloranti, vengono aggiunti in fase di miscelazione.

I granuli, le bandelle o i preformati così ottenuti sono pronti per essere vulcanizzati per compressione o per iniezione, su stampo caldo, come sopra detto.

Per quanto si dirà nel seguito à ̈ da tenere presente che il processo di vulcanizzazione à ̈ un processo progressivo che avviene e si automantiene spontaneamente anche a temperatura ambiente, sebbene a velocità molto più bassa rispetto a quella che si ha all'interno di uno stampo a caldo.

E' normale quindi che i granuli, le bandelle e i preformati pronti per essere vulcanizzati, abbiano un tempo di vita limitato.

Specialmente nei periodi estivi una gomma pronta all'uso, dopo poche settimane, ha già un grado di vulcanizzazione (spontanea) che rende difficile se non impossibile il suo utilizzo.

Questo fatto, negli anni ha avuto un effetto importante nella strutturazione ed organizzazione degli impianti produttivi. Infatti, il produttore di gomma ha comunemente un impianto di preparazione della mescola ovvero ha sostenuto degli investimenti elevati in termini economici e tecnologici per disporre di attrezzature di supporto alala produzione di manufatti in gomma mediante mescole preparate in proprio e sul posto.

Tutto ciò contrasta fortemente con le recenti tendenze di alcuni settori produttivi, quale ad esempio, il settore delle calzature laddove la domanda di mercato sempre più pressantemente richiede flessibilità e rapidità di cambiamenti dei prodotti, nonché capacità di produrre economicamente i prodotti in lotti di numero sempre minore di esemplari.

Ne consegue che a causa dell'intrinseca rigidità dei tradizionali impianti di produzione della gomma e degli alti costi di investimento da essi implicati, si à ̈ di fatto fortemente limitato l'uso delle gomma in molte applicazioni privilegiando, in sua vece, l'impiego di vari materiali sostitutivi. Ne à ̈ un esempio tipico la grande espansione che negli ultimi anni hanno avuto le cosiddette gomme termoplastiche (SBS, SEBS, ecc.) o gli elastomeri termoplastici (TPU, copoliesteri, ecc ...).

Infatti, processare un polimero termoplastico à ̈ rapido e non necessita di eccessivi investimenti in termini di impianti produttivi.

Le gomme termoplastiche risolvono facilmente anche i problemi relativi al colore, che nel caso dei preformati in gomma, ovvero nelle bandelle, per vulcanizzazione deve essere stabilito "a priori" ed introdotto nei mescolatori in misura quantificata per la massa totale di mescola in preparazione.

Nei termoplastici, per l'appunto, la colorazione del manufatto à ̈ molto più semplice perché i granuli possono essere miscelati “a secco†al momento dell'uso e con piccole percentuali di granuli colorati (colore concentrato), in modo tale da ottenere la quantità di termoplastico e nel colore necessario per le esigenze del momento.

La gomma vulcanizzata tuttavia presenta un complesso di proprietà fisico-chimiche molto vantaggiose rispetto alle gomme termoplastiche che, ad esempio per la fabbricazione di fondi di calzatura, la rendono di gran lunga preferibile alle gomme termoplastiche.

La gomma vulcanizzata, infatti, presenta: un'elevata resistenza alla temperatura, superiori proprietà meccaniche, maggiore resistenza all'usura, migliore aspetto estetico, ecc.

Esiste quindi oggi la necessità per la gomma vulcanizzata di poter disporre di un processo di produzione che sia flessibile ed economicamente vantaggioso che la renda concorrenziale rispetto agli elastomeri termoplastici, senza avere gli inconvenienti di processo tipici di quelli propri della gomma vulcanizzata prodotta secondo i dettami della tecnica conosciuta.

Scopo del presente trovato à ̈ pertanto quello di risolvere il problema tecnico sopra indicato proponendo un processo in cui una mescola a base gomma, policomponente e vulcanizzabile in un processo a zolfo, possa essere preparata e stoccata anche per molti mesi senza perdere nessuna delle sue proprietà caratteristiche; potendo essere poi trasformata e vulcanizzata al momento dell'uso.

Tale scopo viene raggiunto da un procedimento di preparazione le cui caratteristiche tecniche sono esposte in una o più delle rivendicazioni annesse.

Le caratteristiche tecniche del trovato sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento al disegno allegato, che rappresenta una schematizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, delle fasi principali del processo.

La preparazione di una mescola in gomma da vulcanizzare a base zolfo per la produzione dei manufatti più vari à ̈ molto ben conosciuta nella tecnica sia in termini di formulazione (quantità e tipo dei vari ingredienti componenti della formulazione, ovvero della ricetta, della mescola a base di gomma), sia in termini di impianti necessari per la preparazione. Molteplici sono le varianti disponibili e non à ̈ oggetto della presente invenzione individuare una formulazione specifica della mescola.

Ciò premesso, con riferimento all'unito disegno nella figura 1 si à ̈ simbolicamente rappresentato un procedimento per preparare una mescola a base di gomma, pluricomponente e vulcanizzabile a caldo che comprende sostanzialmente tre fondamentali fasi operative.

Una prima fase del procedimento à ̈ rappresentata da una fase di preparazione di una prima partizione -simbolicamente rappresentata con blocco 1 - di detta mescola , in cui ingredienti sostanzialmente inerti alla reattività nei confronti della vulcanizzazione a zolfo sono individuati tra tutti i componenti della mescola a base di gomma, sono dosati e mescolati tra loro, sono trasformati in una corrispondente miscela granulare solida, ed infine sono stoccati come un primo componente unitario, ancorché eterogeneo, della mescola.

Più in dettaglio, in questa prima fase del procedimento à ̈ necessario individuare i componenti, che nell'ambito della totalità dei componenti costitutivi della mescola, non diamo luogo per nulla a vulcanizzazione, o comunque che non diano luogo ad una qualche vulcanizzazione di entità apprezzabile. Dopodiché si prepara con essi una mescola che non abbia a vulcanizzare in modo significativo durante lo stoccaggio e che quindi sia stabile per un tempo molto lungo (preferibilmente di almeno 90 giorni, o, ancor più preferibilmente, di 180 giorni).

Un buon metodo di controllo per individuare quali degli ingredienti della mescola presentino tale proprietà à ̈ quello di riscaldare la mescola ottenuta per 20 minuti a 180°C per verificare poi tramite Reometro la non vulcanizzazione.

La scelta dei componenti adatti a prendere parte alla detta prima partizione va fatta in questo senso. Preferibilmente, in detta prima partizione non dovrà essere presente lo zolfo poiché esso à ̈ agente vulcanizzante per antonomasia.

La metodica di attuazione del procedimento di miscelazione dei sopra citati componenti non vulcanizzanti può essere ottenuta con una delle molteplici tecniche nota ai tecnici del settore.

Infatti i vari componenti della mescola, quali gomme vergini, cariche, plastificanti e additivi possono, ad esempio, essere trattati in un “mescolatore chiuso†, oppure in un “mescolatore aperto†, oppure in una linea di estrusione in continuo. Quale che sia il metodo adottato, si ottiene un prodotto semilavorato dall'aspetto di un impasto unitario che, successivamente, viene trasformato in granuli anche in questo caso facendo ricorso ad uno dei metodi conosciuti, che prevedono ad esempio il taglio in testa della massa, il taglio a spaghetti o la semplice frantumazione in scaglie del preparato semilavorato ottenuto al temine della mescolazione degli ingredienti componenti di detta prima partizione.

Una seconda fase del procedimento - indicata nello schema con blocco 2 - prevede la preparazione non necessariamente sequenziale, ma anche parallela o preliminare, di una seconda partizione di detta mescola, in cui ingredienti componenti, dotati invece di reattività nei confronti della vulcanizzazione a zolfo, sono dosati e mescolati tra loro ed ottenuti nella forma finale di una miscela granulare solida. Tale seconda partizione della mescola, una volta preparata verrà stoccata come un secondo componente unitario della mescola, separato e distinto dal primo componente unitario.

Nella attuazione di questa seconda fase del procedimento, poiché gli ingredienti componenti vulcanizzanti possono trovarsi allo stato di polvere, à ̈ preferibile la loro veicolazione all'interno della miscela mediante un vettore rappresentato da un polimero, nel quale le polveri siano predisperse -polimero che abbia capacità leganti e che al tempo stesso non sia vulcanizzabile a zolfo. Ciò per inibire l'innesco spontaneo del processo di vulcanizzazione e permettere così uno stoccaggio inerte e stabile nel tempo anche dei componenti vulcanizzanti.

Il polimero dovrà essere scelto in modo da essere miscibile con la miscela di base ed in modo da presentare anche una bassa temperatura di fusione.

A titolo di esempio indicativo, ma non limitativo, possono essere impiegati alcune poliolefine quali l'EVA, l'EPDM ecc.

Quanto alla predispersione dei componenti nel polimero vettore, à ̈ evidente che i vari componenti possono essere miscelati in un unico granulo od anche in granuli diversi. In altri termini à ̈ possibile ad esempio preparare separatamente, e tenere separati in fase di stoccaggio, granuli contenenti zolfo e granuli contenenti acceleranti.

Una terza fase del processo di miscelazione - indicata con blocco 3 - prevede che dette prima e seconda partizione vengano preferibilmente e preliminarmente miscelate accuratamente a secco (blocco 3') tra loro andando a formare una carica unitaria di alimentazione per un apparato (4) estrusore, monovite, che vantaggiosamente può essere direttamente asservito ad una pressa per stampaggio ad iniezione, o ad un apparato di formatura ad estrusione.

Relativamente a tale fase à ̈ necessario premettere che -come à ̈ ben noto ai tecnici del settore - à ̈ di notorietà generale che l'aspetto più critico del processo di vulcanizzazione sia strettamente legato al grado di miscelazione raggiungibile tra i vari granuli componenti della mescola a base di gomma. E' necessario cioà ̈ che il grado di miscelazione dei vari componenti sia molto elevato.

A causa di ciò la tecnica nota prevede normalmente la preparazione della mescole in gomma mediante dispendiosi e complessi sistemi di miscelazione capaci di disperdere nel miglior modo possibile i vari ingredienti componenti, spesso, in origine, poco solubili tra loro. Minimi scostamenti dalle condizioni ottimali dei tempi e delle temperature del processo di miscelazione hanno conseguenze molto rilevanti e gravi sul prodotto finito. Ebbene nel procedimento secondo la presente invenzione si à ̈ sorprendentemente trovato che la dispersionesolubilizzazione dello zolfo e di alcuni agenti acceleranti su una matrice di gomma, risulta del tutto soddisfacente quando la miscelazione avvenga su una monovite del tipo normalmente asservita alla alimentazione di una macchina per iniezione o per estrusione.

Queste viti infatti lavorano a temperature relativamente elevate e tali da favorire la solubilizzazione ottimale dei componenti secondari della miscela.

In pratica si à ̈ constatato, inaspettatamente, che la miscelazione ottimale dei componenti della mescola avviene direttamente sulla monovite e nel percorso relativamente breve che i componenti della mescola eseguono sulla monovite.

Ciò ha delle ripercussioni molto importanti sul piano produttivo poiché si realizza praticamente una contemporaneità ed una sovrapposizione tra le fasi di miscelazione e di vulcanizzazione a temperatura elevata, che nella tecnica nota sono invece separate, distinte tra loro e consecutive, peraltro non immediatamente, poiché tra l'una e l'altra intercorre un intervallo temporale trascorso inutilmente il quale la vulcanizzazione si esaurisce rendendo inutilizzabile il semilavorato prodotto nella precedente miscelazione.

Il procedimento di preparazione della mescola sopra descritto consente di ottenere una gomma di colore neutro. Qualora si desideri impartire al manufatto finale una colorazione, la terza fase di miscelazione può includere anche l'immissione in miscela di un colorante.

Anche in questo caso à ̈ preferibile che il colorante sia introdotto in miscela non da solo, ma veicolato in essa su un idoneo supporto materiale. Tale supporto può essere rappresentato, vantaggiosamente, da un materiale granulare dotato di caratteristiche chimico-fisiche che lo rendano compatibili con la mescola e, preferibilmente, lo rendano al tempo stesso sostanzialmente inerte alla vulcanizzazione.

In tal modo, materiali granulari, precaricati con i vari colori, possono essere stoccati nei depositi anche per lunghi periodi di tempo senza per questo dover subire apprezzabili trasformazioni fisico-chimiche, essendo sempre pronti all'uso immediato e dosabili nelle quantità strettamente necessarie per la effettiva quantità di manufatti da produrre.

Il trovato fornisce il risultato di rendere possibile la preparazione della mescola vulcanizzante al momento, nelle esatte quantità necessarie e con attrezzature il cui costo à ̈ notevolmente inferiore a quello degli impianti tradizionali.

Tale risultato raggiunge pienamente gli scopi dell'invenzione e consegue il vantaggio di rendere la produzione dei manufatti in gomma vulcanizzata, del tutto indifferentemente dall'arco temporale di vita del processo di vulcanizzazione tipicamente condizionante la tecnica nota. In quest'ultima, infatti la preparazione della mescola e, più in particolare la miscelazione degli ingredienti all'interno di apparati tipicamente discontinui, à ̈ vincolata sotto più profili: il primo, di carattere quantitativo legato al fatto che per ovvi motivi economici le masse trattate nei mescolatori sono necessariamente rilevanti e corrispondenti alla massa di interi lotti di prodotti finiti; un secondo aspetto vincolante à ̈ determinato dal fatto che avvenuta la mescolazione, le successive fasi del processo produttivo debbono essere per forza espletate in breve tempo e comunque in un tempo più breve rispetto al tempo di vita della reazione di vulcanizzazione.

Il procedimento secondo il trovato consente pertanto di produrre, vantaggiosamente, manufatti in gomma vulcanizzati: con investimenti di impianto molto inferiori a quelli di tecnica nota; con una conduzione degli impianti assai flessibile; e praticamente senza produzione di scarti dovuti alla progressione naturale della vulcanizzazione delle mescole preparate. Il tutto à ̈ assai apprezzabile in molti settori della tecnica, e particolarmente in qui settori che si distinguono per produzioni in lotti di numerosità media o piccola, e tra questi in particolare nel settore delle calzature per la fabbricazione di fondi e/o di parti componenti in gomma della calzatura medesima.

Il trovato così concepito à ̈ suscettibile di evidente applicazione industriale; può essere altresì oggetto di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; tutti i dettagli possono essere sostituiti, inoltre, da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per preparare una mescola a base di gomma, pluricomponente e vulcanizzabile a caldo, caratterizzato dal fatto di comprendere - una prima fase di preparazione di una prima partizione di detta mescola, in cui ingredienti sostanzialmente inerti alla reattività nei confronti della vulcanizzazione a zolfo sono individuati tra i componenti della mescola a base di gomma, sono dosati e mescolati tra loro, sono portati sotto forma di una corrispondente miscela granulare solida, ed infine sono stoccati come un primo componente unitario della mescola; - una seconda fase di preparazione di una seconda partizione di detta mescola, in cui ingredienti componenti, dotati di reattività nei confronti della vulcanizzazione a zolfo, sono dosati e mescolati tra loro e portati in forma di una miscela granulare solida, ed infine successivamente stoccati come un secondo componente unitario della mescola, separato e distinto da detto primo componente unitario; - una terza fase di miscelazione di dette prima e seconda partizione, eseguita all'interno di un apparato estrusore (4) monovite, detta fase di miscelazione essendo contestuale e contemporanea con una fase di vulcanizzazione a caldo di detta mescola.
2. 2. Procedimento, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta terza fase di miscelazione di dette prima e seconda partizione eseguita all'interno di un apparato (4) estrusore monovite à ̈ preceduta da una fase di premiscelazione a secco di dette prima e seconda partizione, ovvero di corrispondenti detti primo e secondo componente unitario della mescola.
3. 3. Procedimento, secondo la rivendicazione 1, o 2, caratterizzato dal fatto che detta terza fase di miscelazione comprende l'immissione in miscela nella carica di alimentazione di almeno un colorante del manufatto.
4. 4. Procedimento, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto colorante à ̈ introdotto in detta carica mediante supporto materiale di un materiale granulare veicolante del colore.
5. 5. Procedimento, secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto materiale veicolante à ̈ scelto in una famiglia di materiali sostanzialmente inerti alla vulcanizzazione.
6. 6. Procedimento, secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che detta terza fase di miscelazione à ̈ attuata in un estrusore monovite asservito ad un impianto di stampaggio a caldo della mescola.
7. 7. Procedimento, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che in detta prima fase di preparazione della prima partizione di miscela, la fase di individuazione degli ingredienti sostanzialmente inerti alla reattività nei confronti della vulcanizzazione a zolfo à ̈ eseguita mediante prova con reometro di detti ingredienti, dopo un riscaldamento per un tempo compreso tra 15 e 30 minuti ad un temperatura compresa tra 150 e 200 °C .
8. 8. Procedimento, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta seconda fase di preparazione della seconda partizione di detta mescola comprende una precedente fase di predispersione in cui detti ingredienti dotati di reattività nei confronti della vulcanizzazione sono associati ad un materiale veicolante scelto in una famiglia di materiali sostanzialmente inerti alla vulcanizzazione.
9. 9. Procedimento, secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto materiale veicolante e sostanzialmente inerte alla vulcanizzazione à ̈ scelto nella famiglia delle Poliolefine.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detti ingredienti dotati di reattività nei confronti della vulcanizzazione sono associati a detto materiale veicolante mantenendo distinti tra loro ingredienti contenenti zolfo ed ingredienti acceleratori della vulcanizzazione.
11. 11. Fondo e parti componenti di calzatura, caratterizzate dal fatto di includere una mescola, a base di gomma, pluricomponente vulcanizzata a caldo preparata con il procedimento di cui alle precedenti rivendicazioni.