ITMI20101058A1 - Procedimento di tipo migliorato per la produzione di materie plastiche espanse e materie plastiche espanse ottenute con questo procedimento - Google Patents

Description

PROCEDIMENTO DI TIPO MIGLIORATO PER LA PRODUZIONE DI MATERIE PLASTICHE ESPANSE E MATERIE PLASTICHE ESPANSE OTTENUTE CON QUESTO PROCEDIMENTO

La presente invenzione concerne un procedimento di tipo migliorato per la produzione di materie plastiche espanse, in particolare di schiume polimeriche IPN (Inter Penetrating Network) costituite da poliammidepolimide-polivinilcloruro-poliisocianurato-poliurea. L'invenzione si estende inoltre alle materie plastiche espanse ottenute con questo procedimento.

Il campo dell’invenzione à ̈ quello dei procedimenti utilizzati per preparare le materie plastiche espanse che prevedono il riscaldamento in uno stampo a volume costante, chiuso per mezzo di un coperchio.

In particolare nel settore della produzione delle schiume polimeriche IPN costituite da poliammidepolimide-polivinilcloruro-poliisocianurato-poliurea la miscela iniziale di polimeri, tensioattivi, agenti espandenti, isocianati e altro à ̈ introdotta all'interno dello stampo. Una volta chiuso quest'ultimo per mezzo di un opportuno coperchio la miscela à ̈ fatta riscaldare, provocando in questo modo la gelificazione del polimero, le desiderate reazioni di reticolazione e la produzione di gas, con incorporamento di quest'ultimo all’interno delle microcelle di polimero reticolato così ottenute. Tutto il processo à ̈ in particolare realizzato in stampo chiuso ed a volume costante di reazione, la pressione essendo generata dalle dilatazioni termiche e dalla formazione di gas.

La tecnica nota ora descritta ha tuttavia l’inconveniente che, a causa della dilatazione indotta dal riscaldamento sul materiale plastico e dalla generazione di fase gas, la massa di polimero fuso e reagenti tende ad espandersi all'interno dello stampo, in contrasto con l'azione di chiusura esercitata dal coperchio sullo stesso stampo. Questa massa fusa e compressa tende quindi a dilatarsi, sfuggendo attraverso le zone di chiusura del coperchio sullo stampo. Come conseguenza, nei tradizionali processi di produzione secondo questa tecnica di stampaggio si formano delle considerevoli quantità di materiale di scarto, responsabili di un indesiderato innalzamento dei costi generali di fabbricazione, nonché di problemi di manutenzione del macchinario e di impatto ambientale.

A questi svantaggi si aggiunge inoltre la degradazione della struttura microcellulare del prodotto finito, particolarmente in corrispondenza delle fuoriuscite di materia plastica dallo stampo.

Costituisce lo scopo principale della presente invenzione quello di fornire un nuovo procedimento per la produzione di materie plastiche espanse, in particolare di schiume polimeriche IPN costituite da poliammide-polimide-polivinilcloruro-poliisocianuratopoliurea, il quale, diversamente dagli analoghi procedimenti della tecnica nota, eviti la formazione di perdite di prodotto fuso durante il processo di stampaggio.

E’ un ulteriore scopo dell’invenzione quello di fornire un procedimento del tipo anzidetto, il quale sia in grado di ridurre in modo considerevole gli scarti di prodotto all’uscita dalla fase di stampaggio, minimizzando conseguentemente sia i costi di gestione dell'impianto nel suo insieme, sia l’impatto ambientale della produzione di materia plastica.

L’invenzione ha inoltre lo scopo di contribuire al miglioramento della qualità del prodotto finale, evitando forti degradazioni della struttura microcellulare di materia plastica in corrispondenza delle zone di chiusura dello stampo.

Questi ed altri scopi sono raggiunti con il procedimento, la miscela polimerica e il materiale plastico espanso delle rivendicazioni rispettivamente 1, 10 ed 11. Dei preferiti modi di realizzare l’invenzione risultano dalle restanti rivendicazioni.

In rapporto alla nota tecnologia di produzione delle materie plastiche espanse il procedimento dell’invenzione offre l’importante vantaggio di creare, all’interno della massa polimerica fusa che si trova nello stampo, una compensazione volumetrica, efficace per impedire che le dilatazioni di tale massa si traducano in una fuoriuscita di materiale plastico all’esterno dello stampo.

Un ulteriore vantaggio dell’invenzione à ̈ rappresentato dalla migliore qualità del materiale plastico ottenuto, per la sostanziale assenza di degradazioni nella struttura microcellulare, anche in quella formatasi in corrispondenza della chiusura dello stampo.

Il procedimento dell’invenzione offre ancora il vantaggio che, grazie alla compensazione volumetrica indotta dalla temporanea contrazione delle microparticelle all’interno della massa compressa di polimero, il procedimento può essere realizzato con pressioni inferiori rispetto a quelle di normale utilizzo dello stampo, con riflessi vantaggiosi anche sulle condizioni di esercizio dello stesso.

Inoltre, grazie alla sostanziale assenza di perdite di materiale plastico dallo stampo, sono fortemente diminuiti sia i costi di recupero e di smaltimento degli scarti, sia l’incidenza di questi ultimi sull’ambiente.

Questi ed altri scopi, vantaggi e caratteristiche risultano dalla descrizione che segue di un preferito modo di realizzare il procedimento e la materia plastica espansa dell’invenzione illustrati, a titolo di esempio non limitativo, nelle figure delle allegate tavole di disegni.

In esse:

- la figura 1 illustra in forma schematica un esempio di lavorazione, in stampo chiuso, di una materia plastica espansa secondo la tecnica nota;

- la figura 2 illustra il particolare di un esempio di una microparticella di materiale comprimibile, come utilizzata nel procedimento dell'invenzione;

- la figura 3 illustra lo schema di comportamento delle microparticelle di figura 2 nella fase di compensazione volumetrica della materia plastica alle condizioni di esercizio dello stampo, e completato il processo di stampaggio dette particelle torneranno alla configurazione iniziale;

- la figura 4 illustra il particolare dello stampo di figura 3, chiuso sulla materia plastica che incorpora le microparticelle di figura 2; e - la figura 5 illustra alcune delle ulteriori forme possibili di realizzazione delle microparticelle di figura 2.

Nel procedimento della tecnica nota illustrato in figura 1 all’interno di uno stampo 10 a volume costante, chiuso da un coperchio 11 azionato da una piastra di pressa 12, à ̈ alloggiata la massa 13 di miscela polimerica da sottoporre al processo di stampaggio per la formazione della struttura microcellulare 13b. Questa massa 13, quando sottoposta a riscaldamento per mezzo delle piastre riscaldanti 14 e 15 dello stampo 10 e quando compressa dall’azione di contrasto della piastra 12 contro la dilatazione provocata dalle reazioni di processo, tende ad espandersi in modo molto energico, fino al punto di vincere l'azione di chiusura del coperchio 11 sul corpo dello stampo 10. Come conseguenza, parte del materiale polimerico che compone la citata massa 13b tende a fuoriuscire in corrispondenza delle battute di chiusura del coperchio 11 sul corpo dello stampo 10 (frecce F di figura 1).

Per superare questo inconveniente, secondo l’invenzione, all’interno della massa di polimero 13 sono aggiunte delle microparticelle 16 cave e di materiale comprimibile alle condizioni di processo. Nell’esempio illustrato in figura 2, queste microparticelle sono costituite da microsfere formate da un involucro esterno 17 di materiale plastico deformabile alle condizioni di processo, di preferenza poliacrilonitrile (PAN) o polimetacrilonitrile (PMAN), all’interno del quale à ̈ definita una cavità 19 riempita con un gas 18 (di preferenza isopentano). L'impiego dei descritti materiali di costituzione delle microparticelle 16 ha in particolare il vantaggio di renderle comprimibili in modo reversibile, così da permetterne il ritorno alla loro configurazione iniziale, una volta completato il processo di stampaggio a caldo della miscela polimerica di partenza. In questo modo le microparticelle 16 contribuiscono ad accrescere, nella loro conformazione dilatata o di maggior volume all'interno della materia plastica espansa, sia la densità, sia le caratteristiche meccaniche del manufatto finale.

Grazie alla natura deformabile dell’involucro esterno 17 ed alla comprimibilità intrinseca del gas 18 raccolto nella cavità 19, le citate microparticelle 16 possono quindi temporaneamente contrarsi, sotto l’azione di una pressione esterna, dalla forma A iniziale di maggiori dimensioni a quella B di dimensioni inferiori (figura 2). Ovviamente la forma di queste microparticelle non à ̈ limitata alle microsfere di figura 2, potendo tale forma essere anche quella degli esempi rappresentati, in maniera schematica, in figura 5. A tale scopo, à ̈ sufficiente che le citate microparticelle siano costituite da un materiale deformabile che presenta, al suo interno, delle cavità isolate 19, riempite di gas (aria od altro gas comprimibile).

Nel caso delle microparticelle a configurazione sferica di figura 2, queste posseggono di preferenza un diametro di 35-55 µm anche se, per le applicazioni dell’invenzione, sono vantaggiosamente utilizzabili delle microsfere di 10-110 µm di diametro.

Come meglio à ̈ illustrato in figura 3, la massa iniziale 13a di miscela polimerica à ̈ introdotta nello stampo assieme alle microparticelle comprimibili 16, nella loro configurazione iniziale di volume maggiore. Tali microparticelle si trovano in particolare disperse in modo omogeneo all'interno della citata massa 13a di miscela polimerica, assieme agli altri componenti della stessa.

A partire da questa configurazione iniziale, la massa polimerica 13a à ̈ quindi sottoposta a riscaldamento all'interno dello stampo 10, quest'ultimo opportunamente chiuso a tenuta per mezzo del suo coperchio 11, così da definire un ambiente a volume costante di contenimento della citata massa 13a. Questo riscaldamento provoca l'innesco delle reazioni di gelificazione, decomposizione degli agenti espandenti e reticolazione, accompagnate dall'espansione di questa massa polimerica per effetto della formazione di gas al suo interno. Tale espansione, che si manifesta in contrasto con l'azione di chiusura del coperchio 11 sullo stampo 10 a volume costante, provoca un aumento di pressione nella massa polimerica, aumento di pressione che si traduce nella temporanea contrazione delle citate microparticelle 16 disperse all’interno della massa 13c di figura 4.

Grazie al descritto fenomeno di contrazione delle microparticelle 16, in risposta all’aumento di pressione nella massa 13a di polimero raccolta nello stampo 10 a volume costante, à ̈ realizzata una compensazione volumetrica all'interno di questa massa 13a, compensazione che permette di recuperare, all'interno della medesima massa 13a di polimero, il suo aumento di volume nello stampo 10. Nella tecnica nota questo aumento di volume à ̈ invece responsabile del sollevamento del coperchio 11 dallo stampo 10, con l'insorgere dei descritti trafilamenti di materia plastica di scarto. Il fenomeno à ̈ meglio illustrato nella allegata figura 4, che illustra la perfetta chiusura del coperchio 11 sullo stampo 10, con particelle 16 contratte all’interno della massa 13c di miscela polimerica dove viene creata la struttura microcellulare.

In particolare, a titolo di esempio di una applicazione preferita dell’invenzione nell’ambito delle schiume polimeriche IPN costituite da poliammidepolimide-polivinilcloruro-poliisocianurato-poliurea a base, si riporta la seguente miscela di partenza (le percentuali sono in peso):

PVC 35-60%

Anidride 1-20%

Isocianati 20-50%

Agenti espandenti 0,5-7%

Tensioattivo 0,08-0,8%

Catalizzatore 0,02-0,2%

dove à ̈ aggiunto lo 0,05-0,5% di microsfere 16.

L'invenzione non à ̈ tuttavia limitata a questo esempio specifico, potendo la stessa trovare attuazione in molteplici ulteriori varianti, tutte in ogni caso raccolte all'interno dell'ambito definito nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di materie plastiche espanse, del tipo che comprende il riscaldamento di una massa (13) di miscela polimerica all’interno di uno stampo chiuso, caratterizzato dal fatto di prevedere una compensazione volumetrica nella citata massa (13) capace di recuperare, all’interno del volume di quest’ultima, l’espansione provocata dal processo di stampaggio a caldo della detta miscela polimerica nell'ambiente a volume costante definito dal citato stampo chiuso (10).
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la detta compensazione volumetrica à ̈ realizzata per la presenza, nella citata massa (13) di miscela polimerica, di microparticelle (16) di materiale comprimibile.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le dette microparticelle (16) sono costituite da materiale deformabile, internamente provvisto di cavità isolate (19) riempite di gas (18).
4. 4. Procedimento secondo le rivendicazioni 2 o 3, caratterizzato dal fatto che le dette microparticelle (16) sono adatte per contrarsi, sotto l’azione della pressione generata dalla dilatazione e dalla formazione di gas della detta massa (13) di materiale polimerico all’interno dello stampo (10) a volume costante, da una forma iniziale (A) di dimensioni maggiori, ad una forma finale (B) di dimensioni più piccole.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la contrazione delle citate microparticelle (16) à ̈ reversibile così che, completato il detto processo di stampaggio a caldo, esse ritornano alla loro detta configurazione iniziale (A) di dimensioni maggiori.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che le dette microparticelle (16) sono in forma di microsfere, costituite da un involucro esterno (17) di materiale plastico deformabile, all’interno del quale à ̈ definita una cavità (19) contenente un gas (18).
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che l'involucro esterno (17) delle dette microparticelle (16) à ̈ costituito da poliacrilonitrile (PAN) o polimetacrilonitrile (PMAN), le dette cavità isolate (19) essendo riempite con isopentano.
8. 8. Procedimento secondo le rivendicazioni 6 o 7, caratterizzato dal fatto che le dette microsfere posseggono un diametro di 10-110 µm.
9. 9. Procedimento secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la detta miscela polimerica à ̈ una miscela per la produzione di schiume polimeriche IPN costituite da poliammide-polimide-polivinilcloruro-poliisocianuratopoliurea, avente la composizione di partenza che segue: PVC 35-60% Anidride 1-20% Isocianati 20-50% Agenti espandenti 0,5-7% Tensioattivo 0,08-0,8% Catalizzatore 0,02-0,2% in presenza dello 0,05-0,5% di microsfere (16).
10. 10. Miscela polimerica di partenza per la produzione di materie plastiche espanse all’interno di uno stampo chiuso e riscaldato, caratterizzata dal fatto di comprendere delle microparticelle (16) di materiale comprimibile, come impiegate nel procedimento secondo una o più delle precedenti rivendicazioni 1 a 9.
11. 11. Materiale plastico espanso, caratterizzato dal fatto di essere ottenuto con il procedimento secondo una o più delle rivendicazioni 1 a 9 e con la miscela polimerica della rivendicazione 10.
12. 12. Prodotto di materiale plastico espanso, caratterizzato dal fatto di essere realizzato con il materiale plastico della rivendicazione 11.
13. 13. Prodotto secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che il detto materiale plastico espanso à ̈ costituito da schiume polimeriche IPN costituite da poliammide-polimide-polivinilcloruropoliisocianurato-poliurea.