ITMC20090111A1 - Metodo di produzione di pelle sintetica e spalmati in genere, usando resine micronizzate e resina micronizzata poliuretanica. - Google Patents

Metodo di produzione di pelle sintetica e spalmati in genere, usando resine micronizzate e resina micronizzata poliuretanica. Download PDF

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ITMC20090111A1
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Paolo Fracassini
Claudio Guerra
Mariano Nesti
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Pietro Agostino Dubini
Paolo Fracassini
Claudio Guerra
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Description

DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
“METODO DI PRODUZIONE DI PELLE SINTETICA E SPALMATI IN GENERE, USANDO RESINE MICRONIZZATE E RESINA MICRONIZZATA POLIURETANICA”
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un metodo di produzione di pelli sintetiche e spalmati in genere che si differenzia dai metodi tradizionali in quanto sono utilizzate resine micronizzate (polveri), al posto di resine in soluzione diluite in solventi vari (dimetil-formammide, toluene, acetato d'etile, ecc.). La presente domanda si riferisce anche ad una resina micronizzata poliuretanica.
Come è noto, la finta pelle o pelle sintetica viene prodotta utilizzando una pasta o compound di poliuretano (PU) sciolto in solventi vari, principalmente dimetil-formammide (DMF). Tale prodotto fluido e viscoso viene spalmato su un supporto, di solito carta release goffrata ed accoppiato ad un tessuto tramite una seconda spalmatura, quindi il solvente viene fatto evaporare, mediante fornitura di calore, finché si ottiene un prodotto solido. La finta pelle solidificata viene staccata dal supporto goffrato, in modo che rimangano impressi i disegni della goffratura.
Tale processo di realizzazione della finta pelle, comporta molti inconvenienti, dovuti soprattutto all’uso dei solventi.
Infatti i solventi utilizzati sono altamente tossici ed ogni impianto di spalmatura è necessariamente dotato di un adeguato impianto di abbattimento e recupero del solvente in grado di mantenere l’ambiente di lavoro nelle condizioni di legge. Bisogna considerare che gli impianti di abbattimento e recupero del solvente hanno costi notevolmente superiori rispetto all'impianto di spalmatura.
Però dai camini esalatori di tale impianto di abbattimento viene comunque rilasciata una modesta quantità di solvente. Le limitazioni imposte dalle nuove normative a tali emissioni sono talmente restrittive da costringere i produttori di finta pelle a limitare la loro produzione.
Anche il processo produttivo è eccessivamente costoso, a causa del grande spreco di energia dovuto al riscaldamento ed alla ventilazione forzata richiesti per l’evaporazione dei solventi.
Inoltre il prodotto finale può presentare difetti di spalmatura dovuti all'evaporazione del solvente che risulta difficoltosa tanto più quanto più profonda è la goffratura.
Scopo della presente invenzione è di eliminare gli inconvenienti della tecnica nota, fornendo un metodo di produzione di pelle sintetica e spalmati in genere che sia ecologico, economico e di semplice realizzazione.
Altro scopo della presente invenzione è di fornire una resina micronizzata poliuretanica particolarmente atta alla produzione di pelle sintetica e spalmati in genere.
Questi scopi sono raggiunti in accordo all’invenzione, con le caratteristiche elencate nelle annesse rivendicazioni indipendenti 1 e 6.
Realizzazioni vantaggiose appaiono dalle rivendicazioni dipendenti.
La richiedente ha eseguito delle prove sperimentali su impianti industriali di spalmatura, realizzando campioni di finta pelle mediante l'uso di un polimero allo stato di polvere micro-macinata. Tale polimero ha avuto in spalmatura un comportamento analogo ai compounds di poliuretano sciolti in solvente, largamente usati nella produzione di finta pelle.
La richiedente ha sorprendentemente scoperto che, anche sotto agitazione, oltre che a contatto con la lama di un banchetto di spalmatura, la polvere di un solido di dimensioni comprese tra 50 e 80 micron si comporta in modo del tutto simile ad un liquido.
In seguito a tali esperimenti è iniziato uno studio sulla possibilità di realizzare degli elastomeri poliuretanici prodotti in forma solida, in chips, che risultassero forniti delle giuste caratteristiche tecniche per poter essere micro-macinabili con l'utilizzo di tecniche già conosciute.
Altri tentativi di macinazione di elastomeri poliuretanici erano già stati condotti precedentemente, impiegando la tecnica della crio-macinazione, ed avevano portato a polveri di dimensioni superiori a 250 micron. Tuttavia, polveri di tali dimensioni non risultano spalmabili.
La richiedente ha realizzato e testato numerose formulazioni di poliuretani aromatici a base di difenil-metanodi-isocianato (MDI) utilizzando una miscela di dioli ad alto peso molecolare e glicoli. Come dioli ad alto peso molecolare si possono utilizzare sia policarbonati che poliadipati e come glicoli si possono utilizzare butandiolo, neopentilglicole, pentandiolo e esandiolo.
Nella gamma dei policarbonati sono stati utilizzati policarbonati aventi pesi molecolari compresi tra 500 e 2.000; tuttavia è stato verificato che i migliori risultati si ottengono utilizzando pesi molecolari tra 500 e 1.000, preferibilmente 750. Anche lavorando con i poliadipati i migliori risultati si sono ottenuti utilizzando pesi molecolari tra 500 e 1.000, preferibilmente 650.
È stata studiata l'influenza dei diversi glicoli sulle caratteristiche chimico-fisiche del polimero poliuretanico e si è scelto di usare combinazioni di glicoli come specificato nelle formulazioni degli esempi che seguono.
ESEMPIO 1
Una miscela costituita da esandiolo policarbonato a peso molecolare 747, esandiolo e neopentil-glicol viene additivata con cloruro di benzoile e portata alla temperatura di 70°C. quindi la miscela viene fatta reagire con difenil-metano-diisocianato in scaglie.
La miscela di reazione viene agitata per 3 minuti e quindi versata in uno stampo dove si lascia completare la reazione.
Il prodotto dopo una settimana viene sminuzzato.
A distanza di tempo il materiale viene sottoposto a criomacinazione con un mulino a pioli in corrente d'azoto alla temperatura di - 60°C .
Alla verifica risulta che, in un solo passaggio, oltre 1'89% del prodotto criomacinato ha dimensioni inferiori a 63 micron.
ESEMPIO 2
Una miscela costituita da butandiolo adipato a peso molecolare 678, esandiolo e neopentilglicol, addittivata con cloruro di benzoile g 0,4 portata alla temperatura di 65 °C viene fatta reagire con difenilmetanodiisocianato in scaglie.
La miscela di reazione viene agitata per 3 minuti e quindi versata in uno stampo dove si lascia completare la reazione.
Dopo una settimana il prodotto viene sminuzzato.
A distanza di tempo il materiale viene sottoposto a criomacinazione con un mulino a pioli in corrente d'azoto alla temperatura di - 60°C .
Alla verifica risulta che, in un solo passaggio, il 64 % del prodotto criomacinato ha dimensioni inferiori a 63 micron.
ESEMPIO 3
Una miscela costituita da butandiolo adipato a peso molecolare 678 e 1,4 butandiolo viene addittivata con cloruro di benzoile g 0,4 e portata alla temperatura di 65 °C; quindi viene fatta reagire con difenilmetanodiisocianato in scaglie g 164 .
La miscela di reazione viene agitata per 3 minuti e quindi versata in uno stampo dove si lascia completare la reazione.
Dopo una settimana il prodotto viene sminuzzato.
A distanza di tempo il materiale viene sottoposto a criomacinazione con un mulino a pioli in corrente d' azoto alla temperatura di - 60°C .
Alla verifica risulta che, in un solo passaggio, il 55 % del prodotto criomacinato ha dimensioni inferiori a 63 micron.
Le formulazioni dei polimeri elastomerici poliuretanici indicate negli esempi sono state prodotte in laboratorio allo scopo di supportare l’attività di ricerca, utilizzando il metodo a batch, cioè in discontinuo, ma è evidente che industrialmente tali formulazioni di poliuretano sono prodotte in continuo, utilizzando un estrusore del tipo di quelli già noti ed impiegati normalmente per la produzione dei PU termoplastici.
Una volta ottenuta una polvere di poliuretano con particelle comprese tra 50 e 80 micron, tale polvere viene applicata su un supporto temporaneo.
Anche se in seguito si farà specifico riferimento ad una polvere di poliuretano, il metodo di produzione di pelle sintetica e spalmati in genere, secondo l'invenzione, può essere implementato con una qualsiasi resina micronizzata.
Dalla polvere applicata su un supporto temporaneo si ottiene un film eventualmente discontinuo (poiché il supporto temporaneo è provvisto di goffrature), attraverso un processo di sinterizzazione. Vale a dire il polimero in polvere viene portato alla temperatura di fusione, e mantenuto allo stato liquido il tempo necessario alla formazione di uno strato uniforme, senza difetti. Successivamente il prodotto fuso viene raffreddato poiché deve rapidamente solidificare e in seguito ad una fase di accoppiatura a caldo con supporti permanenti vari viene staccato dal supporto temporaneo utilizzato.
Con questo nuovo metodo di spalmatura è possibile usare impianti di produzione già esistenti apportando semplici modifiche che prevedono modesti investimenti di capitale.
Usando resine in polvere micronizzate, in particolare con granulometria tra 50 e 80 micron, è possibile mescolare con un agitatore a pale direttamente con pigmenti in polvere con estrema facilità. Inoltre è possibile spalmare, con facilità, usando un normale banco di spalmatura che prevede una tramoggia davanti alla lama.
Come supporto temporaneo si può usare carta release goffrata. È proprio in questo caso che si mette in luce il vantaggio di utilizzare il polimero in polvere secondo l’invenzione. Infatti, nel caso di carta goffrata, il polimero in polvere può essere spalmato con sistemi di spalmatura tradizionali.
Una volta portato allo stato fuso, il liquido si distende e si adatta perfettamente al disegno della goffratura, mentre l'assenza del solvente garantisce di evitare i difetti di spalmatura che si possono verificare quando si usano polimeri in soluzione e che sono dovuti all'evaporazione del solvente.
La resina micronizzata spalmata su carta liscia tende a scivolare sotto la lama, quindi per ottenere ottimi risultati con la spalmatura tradizionale si deve usare una carta release goffrata.
Per l'impiego con carte release lisce è necessario usare un sistema di applicazione diverso dalla spalmatura, quali ad esempio gli spargitori di polveri, di per sé noti.
E’ chiaro che l’impiego di un prodotto in polvere, totalmente esente da solvente, consente di eliminare tutte le problematiche inerenti all'uso del solvente.
L'assenza del solvente, oltre al vantaggio ecologico, assicura anche un notevole vantaggio economico. Infatti un normale impianto di spalmatura può essere gestito risparmiando sulla quantità di calore da fornire, dato che non vi è solvente da far evaporare e non occorre un grande volume di aria calda, venendo a mancare la necessità di mantenere il rapporto aria/solvente nei limiti di sicurezza. Inoltre non sono richiesti gli impianti di abbattimento e recupero del solvente che incidono più del doppio rispetto al costo dell'impianto di spalmatura.
Ulteriori caratteristiche dell’invenzione appariranno più chiare dalla descrizione dettagliata che segue, riferita a una sua forma di realizzazione del processo produttivo puramente esemplificativa e quindi non limitativa, illustrata nei disegni annessi, in cui:
la Fig. 1 è una vista schematica di un impianto di produzione di finta pelle secondo una specifica applicazione dell’invenzione;
la Fig. 1A è una vista ingrandita della stazione di spalmatura di Fig. 1; e
la Fig. 1B è una vista ingrandita del particolare racchiuso nel cerchio B di Fig. 1.
In seguito con riferimento alle Figure annesse, viene descritto il procedimento di produzione di finta pelle, secondo l’invenzione.
Anche se in seguito, a titolo esemplificativo, si farà specifico riferimento ad una polvere di poliuretano, il metodo di produzione di finta pelle secondo l'invenzione può essere implementato con una qualsiasi resina micronizzata, vantaggiosamente con particelle inferiori a 120 micron e più vantaggiosamente con particelle comprese tra 50 e 80 micron.
Inizialmente vengono prodotti granuli di polimero poliuretanico termoplastico TPU con il procedimento e le formulazioni riportate negli esempi summenzionati.
I granuli di PU vengono micronizzati tramite mulini a pioli, con impianti refrigerati con azoto a temperature molto inferiori allo zero, circa – 60 °C, per ottenere una polvere di dimensioni di circa 50 micron.
Opzionalmente la polvere di PU può essere colorata mediante pigmenti in polvere, aggiunti in percentuali da stabilire in base alla necessità.
Come mostrato nelle figure 1 e 1A, la polvere di PU pigmentata (P) viene spalmata su carta release goffrata (2) di cui sono disponibili in commercio numerosi tipi diversi sia per qualità dell’agente release che per disegno.
Il processo di spalmatura della polvere (P) viene eseguito mediante trasportatori che prevedono rulli di rinvio (3) mediante i quali la carta release (2) viene rinviata su un rullo gommato (30) provvisto di un gruppo racla (31) provvisto di una tramoggia ed una lama che si incarica di spalmare la polvere (P) sulla carta release (2).
La carta release (2) rivestita di polvere (P) viene inviata ad un forno (5) con temperatura impostata in base alle caratteristiche della polvere. La polvere (P) viene riscaldata fino al punto di rammollimento del PU in modo che le polveri si fondano assieme per formare un film compatto per sinterizzazione. È da notare che la formulazione del PU è stata studiata in modo tale da ottenere un punto di rammollimento inferiore a 160°, in modo da evitare di riscaldare il prodotto a temperature troppo elevate, così da poter scegliere qualsiasi tipo di carta release, anche poco resistente alle elevate temperature.
Il riscaldamento nel forno (5) comporterà un minor costo energetico rispetto ai tradizionali metodi di lavorazione, in quanto non necessita di una ventilazione forzata per permettere l'evaporazione dei solventi, ma è sufficiente un calore semistatico (esempio infrarossi) che deve portare il PU al punto di rammollimento, fino a farlo distendere bene nella goffratura della carta. Questa fase di riscaldamento in forno può anche essere ripetuta più volte per ottenere varie tonalità di colore o vari spessori non raggiungibili con un solo passaggio. All’uscita del forno si otterrà un film di poliuretano sinterizzato (1) spalmato sulla carta release (2).
È da notare che la carta release goffrata con incisioni profonde può essere utilizzata con difficoltà per la produzione di finta pelle con solvente. Infatti la necessità di far evaporare il solvente impone di utilizzare una quantità limitata di resina poliuretanica.
All’uscita della camera riscaldata del forno (5) il film sinterizzato (1) viene rinviato su un cilindro raffreddato (4) che si incarica di raffreddare la resina sinterizzata.
Nell'impianto è previsto un sistema di accoppiatura (6) per accoppiare il film di PU sinterizzato (1) con vari tipi di supporti permanenti (7), quali ad esempio tessuto, tessuto-nontessuto e simili, che vengono svolti da una bobina (70). L’accoppiamento viene seguito, ad esempio, mediante un gruppo calandra che presenta un cilindro riscaldato (60) ad una temperatura adeguata all’accoppiamento del film di PU sinterizzato (1). Anche in questo caso, la temperatura del cilindro (60) deve essere intorno al punto di rammollimento del PU e deve essere tale da evitare di danneggiare la carta release (2). In Fig. 1B viene illustrato un film in uscita dall'impianto di accoppiamento (6).
Dopo la fase di accoppiatura, il materiale (film di PU sinterizzato (1) spalmato sulla carta release (2) e accoppiato al supporto (7)) necessita di un rapido raffreddamento perché bisogna riportare il PU spalmato (1) alla fase di cristallizzazione per poter staccare il prodotto finale dalla carta release (2). Ad esempio può essere utilizzato un impianto di raffreddamento comprendente un cilindro raffreddato (8) sul quale sono rinviati film accoppiati (2, 1, 7).
In fine, in uscita dall’impianto di raffreddamento (8) è previsto un gruppo di separazione (9) in cui viene separata la carta release (2) dalla finta pelle (10) che viene avvolta su di un cilindro. Anche la carta release (2) viene riavvolta su di un cilindro per essere riutilizzata in un nuovo impiego.
Alla presente forma di realizzazione dell’invenzione possono essere apportate numerose variazioni e modifiche di dettaglio, alla portata di un tecnico del ramo, rientranti comunque entro l’ambito dell’invenzione espresso dalle rivendicazioni annesse.

Claims (15)

  1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo di produzione di pelle sintetica e spalmati in genere, caratterizzato dal fatto di utilizzare una polvere (P) di resina micronizzata.
  2. 2) Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta polvere micronizzata (P) ha dimensioni minori di 120 micron, preferibilmente comprese tra 50 ed 80 micron.
  3. 3) Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere i seguenti passi: - applicazione della polvere (P) su un supporto temporaneo (2), - riscaldamento della polvere (P) fino al suo punto di rammollimento per ottenere un film sinterizzato eventualmente discontinuo (1), e - raffreddamento del film sinterizzato (1) in modo da ottenere la sua rimozione dal supporto temporaneo (2).
  4. 4) Metodo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detta fase di applicazione della polvere su un supporto temporaneo prevede la spalmatura di detta polvere (P) su carta release goffrata (2).
  5. 5) Metodo secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di accoppiamento di detto film sinterizzato (1) con un supporto permanente (7).
  6. 6) Polvere di polimero elastomerico poliuretanico, caratterizzata dal fatto di essere micronizzata con dimensioni inferiori a 120 micron, preferibilmente comprese tra 50 ed 80 micron.
  7. 7) Polvere di polimero elastomerico poliuretanico secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto di contenere gruppi poliuretani aromatici ottenuti per reazione di difenil-metano-di-isocianato (MDI) con una miscela dioli ad alto peso molecolare e glicoli.
  8. 8) Polvere di polimero elastomerico poliuretanico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti dioli ad alto peso molecolare comprendono policarbonati e/o poliadipati.
  9. 9) Polvere di polimero elastomerico poliuretanico secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti policarbonati hanno pesi molecolari compresi tra 500 e 1.000, preferibilmente 750, e che detti poliadipati hanno pesi molecolari compresi tra 500 e 1.000, preferibilmente 650.
  10. 10) Polvere di polimero elastomerico poliuretanico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 9, caratterizzato dal fatto che detti glicoli comprendono almeno uno tra i seguenti glicoli: butandiolo, neopentil-glicole, pentandiolo ed esandiolo.
  11. 11) Polvere di polimero elastomerico poliuretanico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 10, caratterizzato dal fatto di comprendere, come additivo, il cloruro di benzoile.
  12. 12) Film di polimero elastomerico poliuretanico, caratterizzato dal fatto di essere ottenuto dalla sinterizzazione di una polvere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 11.
  13. 13) Finta pelle (10) comprendente un supporto permanente (7) accoppiato ad un film (1) di polimero elastomero di poliuretano sinterizzato secondo la rivendicazione 12.
  14. 14) Procedimento di produzione di una polvere di polimero elastomerico poliuretanico caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi: - produzione di granuli di polimero elastomerico poliuretanico, e - crio-macinazione di detti granuli in modo da ottenere una polvere (P) di dimensioni inferiori a 120 micron, preferibilmente comprese tra 50 ed 80 micron.
  15. 15) Procedimento secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detti granuli di polimero elastomerico poliuretanico sono ottenuti preparando una miscela di dioli ad alto peso molecolare e glicoli che viene riscaldata e fatta reagire con difenil-metano-di-isocianato, tale miscela viene versata in uno stampo in cui si completa la reazione ed il prodotto ottenuto viene sminuzzato in modo da ottenere detti granuli.
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