ITMI932459A1 - Procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti - Google Patents

Description

Descrizione

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di elementi strutturali termo-isolanti e ai prodotti cos? ottenuti .

Pi? in particolare la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti che non prevede l'impiego di un materiale isolante espanso mediante agenti espandenti costituiti da idrofluorocarburi (HFC) o idroclorofluorocarburi (HCFC).

Con il termine "elementi strutturali termoisolanti-", come impiegato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, si intende qualsiasi articolo strutturale, rigido, semirigido, poligonale o circolare da impiegare nei settori dei trasporti, elettrodomestici, edile, auto, telecomunicazioni, macchine per ufficio ecc. come porte, coperchi, carcasse, in particolare per frigoriferi o freezers, pannelli per isolamento termico o acustico, piani di appoggio, frontalini, contenitori, ad esempio per borse termiche portatili, pareti divisorie, celle freezer per autocarri e vagoni-ferroviari, ecc.

Attualmente gli articoli strutturali del tipo sopra riportato sono ottenuti a partire da due semigusci che vengono assiemati meccanicamente mediante saldatura o incollaggio e successivamente la parte cava compresa fra i due semigusci viene riempita con poliuretano espanso.

Nel caso specifico di una porta-controporta da impiegare nel settore della refrigerazione, la tecnica generalmente impiegata consiste nella formazione per estrusione e termoformatura di un pannello sagomato in polimero termoplastico, come per esempio polistirene antiurto, nell'accoppiamento di tale pannello con una lamiera, generalmente verniciata, e nel riempimento della cavita formata fra i due con poliuretano espanso con agenti CFC o HCFC.

In alternativa, secondo il brevetto europeo No. 306.923, la porta-controporta pu? essere ottenuta in un unico pezzo per blow-molding e successivo riempimento della cavit? con poliuretano espanso con agenti CFC o HCFC.

Queste tecnologie note per la produzione di elementi strutturali termoisolanti presentano diversi inconvenienti di natura sia ambientale sia tecnica.

E' noto, infatti, che l?impiego di poliuretano espanso come materiale termoisolante ? causa di problemi di natura ecologica in quanto si ritiene che gli agenti espandenti CFC o HCFC siano una delle cause principali che provoca l?alterazione e la distruzione dello strato di oz?no presente nella stratosfera e creino un effetto serra.

Inoltre, l'impiego di due o tre materiali diversi nella produzione d? tali elementi strutturali termoisolanti comporta indubbi problemi di riciclo dovuti all'incompatibilit? dei materiali impiegati.

Infine, il processo di produzione di tali elementi strutturali ? piuttosto laborioso e quindi costoso.

Per superare alcuni di questi inconvenienti ? stato proposto di sostituire il poliuretano espanso con perle espanse sinterizzate di un materiale termoplastico, come polistirene, in cui, come ? noto; l'agente espandente ? un idrocarburo basso-bollente. Processi per la produzione di elementi strutturali termoisolanti contenenti perle espanse sinterizzate di un materiale termoplastico- sono ben noti in letteratura e descritti, per esempio,-nei-brevetti Italiani No. 1.185.507 e 1.202.484 e nelle domande di brevetto europeo pubblicate No.

410.432 e 512.609.

Questi processi noti permettono di risolvere il problema dell'inquinamento ambientale come anche quello del riciclo del materiale ma hanno ancora l'inconveniente di essere laboriosi in quanto richiedono molteplici operazioni che incidono negativamente sul costo dell'elemento strutturale finale.

Essi prevedono, infatti, di (a) applicare alia parte convessa o concava di un primo semiguscio di materiale termoplastico uno strato di perle in polimero termoplastico semiespanso o espanso a spessore sostanzialmente costante; (b) sinterizzare le perle mediante vapore, e (c) applicare e fissare al composito cos? ottenuto un secondo semiguscio che pu? essere dello stesso materiale termoplastico che forma il primo semiguscio.

Inoltre, i processi noti non permettono di integrare pi? funzioni in fase di stampaggio, sicch? queste vanno applicate successivamente con ulteriore-aggravio dei costi.

Scopo della presente invenzione ? di provvedere un procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti che non presenti i su-riportati inconvenienti.

Secondo la presente invenzione questo ed altri scopi vengono ottenuti mediante un procedimento che consiste nel: A) produrre mediante la tecnologia di blow-mo-lding un involucro cavo sostanzialmente, chiuso -in materiale polimerico termoplastico;

3) riempire la cavit? dell'involucro cavo con perle o granuli espansi o semiespansi costituiti dallo stesso polimero termoplastico formante l'involucro cavo, e

C] sinterizzare le perle o granuli espansi o semiespansi mediante vapore saturo o aria calda iniettato nella cavit? dell'involucro cavo, mantenendo la superficie dell'involucro cavo ad una temperatura di almeno 10?C inferiore a quella di transizione vetrosa (Tg) del materiale polimerico termoplastico.

Il riempimento della cavit? dell'involucro cavo pu? essere effettuato o direttamente nello stampo impiegato nel processo di blow-molding oppure in uno stampo separato simile a quello usato nel processo di blow-molding ed in cui detto involucro cavo viene previamente trasferito.

L'involucro cavo pu? essere provvisto di parti aggiuntive come, ad esempio, sedi anulari per vincolare eventuali guarnizioni di tenuta, sedi per elementi di fissaggio o .di incernieramento , sedi di presa, mezzi e sedi per supporti vari, scanalature per sottosquadro, rientranze a sezione asimmetrica, ecc. in funzione dell'uso a cui il corpo formato ? destinato. :

Qualsiasi materiale polimerico termoplastico in grado di dare perle o granuli espansi o semiespansi pu? essere impiegato nel procedimento della presente invenzione per la produzione sia dell'involucro cavo sia delle perle o granuli costituenti l'elemento strutturale termoisolante. Anche se il polistirene e il polistirene antiurto (HIPS) sono preferiti, altri materiali polimerici termoplastici possono essere impiegati. Esempi di materiali polimerici alternativi che possono essere impiegati comprendono: polistirene modificato con monomeri polari come acrilonitrile, resine ABS, polietilene ad alta, inedia e bassa densit?, polipropilene, copolimeri etilene/propilene termoplastici, polivinilcloruro, resine acriliche o metacriliche come polimetilmetacrilato, ecc. e loro miscele.

Come materiale polimerico termoplastico, possono anche essere impiegate le miscele compatibili o rese compatibili comprendenti polistirene, polistirene antiurto (HIPS) e/o polistirene modificato con monomeri polari e almeno un tecnopolimero come, per esempio, polifenilene etere, policarbonato, poliolefine, poliesteri come polietilene tereftalato, polibutilene tereftalato ecc.

Il polistirene antiurto noto sul mercato con il marchio EDISTIR <?>e le perle espanse di polistirene note sul mercato con i marchi EXTIR<?>ed ECOSTYR<?>, tutti prodotti e commercializzati dalla Richfedente, sono preferiti nel procedimento della presente invenzione.

-La temperatura di transizione vetrosa (Tg) del polistirene ?'compresa fra 80 e 120?C e quella delle perle o granuli espansi o semiespansi ? compresa fra 70 e 110?C.

Il procedimento per la produzione dell1involucro cavo sostanzialmente chiuso consiste nello stampaggio per soffiatura (blow molding) di un polimero termoplastico in uno stampo costituito da due semistampi definenti il vano di formatura dell'involucro cavo desiderarci. Per assicurare una perfetta adesione del polimero termoplastico alla sagomatura della cavit? compresa fra i due semistampi, possono essere impiegati condotri di sfiato, oppure aria compressa pu? essere iniettata all'interno del corpo cavo e/o pu? essere effettuato del vuoto nella zona dei semi-stampi rivolta verso il polimero. Lo stampo pu? essere provvisto di parti mobili costituite da profilati elasticamente flettibil? o di tasselli mobili o altri mezzi noti per la formatura di scanalature a forma di coda di rondine, di parti in sottosquadro, rientranze a sezione asimmetrica o zone incavate ecc.

Lo spessore delle pareti dell'involucro cavo non ? critico per il procedimento della presente invenzione, generalmente lo spessore ? compreso fra 1 e 10 mm.

Anche lo spessore dell'involucro cavo non ? critico e spessori compresi fra 5 e 300 mm. possono essere impiegati.

Un procedimento per la produzione di tali elementi strutturali a superficie sostanzialmente chiusa ? descritto nella domanda di brevetto europeo pubblicata -No. 306.923, il cui contenuto fa parte integrante della presente descrizione.

Una volta sagomato l'involucro, le perle o granuli espansi o semiespansi dello stesso materiale termoplastico formante l'involucro vengono introdotti nella cavit? di detto involucro, preferibilmente mediante iniettori ad aria compressa e con l'ausilio del vuoto applicato nella cavit?, secondo tecniche note.

Il riempimento della cavit? dell'involucro cavo pu? essere effettuato o direttamente mentre detto involucro ? nello stampo di blow-molding oppure in uno stampo consimile separato in cui l'involucro cavo formato viene trasferito. In quest'ultimo caso, l'involucro cavo ottenuto per blow-molding viene espulso dagli stampi ed inserito in un secondo stampo consimile. Il secondo stampo ? preferibilmente formato da due semistampi metallici combacianti fatti preferibilmente in alluminio, rame o loro leghe per facilitare il raffreddamento delle pareti dello stampo a contatto con l'involucro cavo durante la successiva fase di sinterizzazione.

Allo scopo di allontanare l'aria contenuta fra le perle o granuli nella cavit? dell?involucro cavo ed assicurare una completa aderenza di detti perle o granuli fra di loro e alle pareti dell'involucro cavo, si pu? effettuare un lavaggio in corrente di vapore /sotto forma di impulsi di vapore saturo, preferibilmente a pressione inferiore alla pressione atmosferica, eventualmente alternati a fasi di depressione.

Una volta effettuato il riempimento completo della cavi--t? dell'involucro cavo, le perle o granuli espansi o semiespansi di materiale polimerico termoplastico contenuti nella cavit? vengono sottoposti ad un processo di sinterizzazione.

La sinterizzazione viene effettuata mediante vapora saturo o aria calda avente una temperatura superiore a quella di transizione vetrosa (Tg) delle perle o granuli, iniettato all'interno dell'involucro cavo mediante mezzi di adduzione.

Durante la sinterizzazione, le pareti dell'involucro cavo vengono mantenute ad una temperatura di almeno 10?cr inferiore a quella di transizione vetrosa (Tg) del materiale polimerico formante detto involucro.

Per favorire la diffusione del vapore o dell'aria calda di sinterizzazione attraverso tutta la cavit? come anche per evitare la sinterizzazione locale delle perle che costituirebbe un ostacolo al passaggio e alla diffusione del vapore o dell'aria calda, ? stato trovato dalla Richiedente che il numero, le dimensioni e la posizione dei mezzi di adduzione del vapore o dell'aria calda sono determinanti per ottenere una ottima sinterizzazione e soprattutto una sinterizzazione uniforme in tutte le zone del materiale espanso.

- In particolare, i mezzi di adduzione del vapore saturo o dell'aria calda vengono disposti lungo una parete dell'involucro cavo, in zone mediane, tenendo conto delle sezioni geometriche della cavit?, e preferibilmente non a vista.

- Il numero dei mezzi di adduzione ? in funzione della superficie totale del manufatto e, preferibilmente, un mezzo di adduzione ? sufficiente a coprire da circa 300 a circa 700 crf di superficie.

Il diametro dei mezzi di adduzione ? compreso fra 1 e 15 mm e il rapporto tra la superficie ingresso vapore, data dalia somma delle superflui di tutti i mezzi di adduzione, e la superficie dell'involucro cavo ? preferibilmente compreso fra 1:500 e 1:3000.

La distanza fra due mezzi di adduzione contigui ? funzione dello spessore,dell'involucro ed ? inversamente proporzionale a quest'ultimo. I migliori risultati nella sinterizzazione vengono ottenuti quando il rapporto fra la distanza di due mezzi di adduzione del vapore o aria calda contigui e lo spessore dell'involucro varia fra 3 e 15, preferibilmente fra 5 e 10.

In alcuni casi pu? essere conveniente aspirare il vapore acqueo o aria mediante applicazione di vuoto. A questo scopo possono essere previsti dei mezzi di aspirazione preferibilmente disposti dalla stessa parte dei mezzi di adduzione.

La superficie totale dei mezzi di aspirazione ? almeno uguale e, preferibilmente, superiore-a quella dei mezzi di adduzione del vapore acqueo o aria calda.

Durante l'operazione di sinterizzazione, la temperatura delle pareti dell'-involucro cavo viene mantenuta ad almeno 10?C inferiore a quella di transizione vetrosa (Tg) del materiale polimerico termoplastico che costituisce dette pareti.

Il controllo della temperatura pu? essere effettuato mediante raffreddamento con acqua a circuito chiuso o con acqua spruzzata direttamente sulle pareti dello stampo in quantit? controllata .

Una elettrovalvola comandata da sonda termica a contatto con la parete dello stampo permette di regolare la quantit? di acqua<' >spruzzata o alimentata in funzione della temperatura desiderata, secondo tecniche ben note.

Il procedimento della presente invenzione trova una utile e preferita applicazione nella produzione di porte-controporte, coperchi e/o carcasse in un unico pezzo di frigoriferi, freezers, borse termiche ecc. che oltre ad avere ottime propriet? coibenti e meccaniche possono essere facilmente recuperate e riciclate essendo formate dallo stesso materiale termoplastico .

Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa, -viene riportato qui di seguito un esempio illustrativo che non riveste in alcun caso carattere limitativo.

ESEMPIO

Mediante la tecnologia del blow-molding ? stato prodotto un involucro cavo a superficie chiusa, in un unico pezzo, in polistirene antiurto (HIPS) prodotto e venduto dalla-Richiedente con il marchio EDISTIR<? >SRL 300, avente la-forma di una porta-controporta di un frigo bar e le seguenti dimensioni :

L'involucro cavo cos? ottenuto ? stato inserito in uno stampo in alluminio realizzato in due semi?stampi avente impronta lato femmina e lato maschio tali<'>da contenere perfettamente la porta-controporta.

La cavit? dell?involucro cavo ? stata riempita con perle espanse di polistirene, aventi una densit? di 30 g/1, prodotte e vendute dalla Richiedente con il marchio ECOSTYR^PD I- A 3000, mediante un iniettore ad aria applicato lungo la parte centrale del'bordo inferiore della porta-controporta ed avente un diametro di 12 mm.

Le perle sono state sinterizzate iniettando all'interno della cavit? del vapore alla temperatura di 115?C attraverso 5 tubicini aventi ciascuno un diametro di 8 mm, disposti lungo il perimetro della parete interna della porta-controporta ed ad una distanza fra loro di 230 mm. Durante l'iniezione del vapore ? stato,' applicato del vuoto mediante 5 tubicini aventi ciascuno lo stesso diametro di quello dei tubicini di adduzione del vapore.

Il tempo di iniezione del vapore ? stato di un minuto e 45 secondi.

La superficie totale dei fori ingresso vapore ? stata di 141 mm<2 >e il rapporto fra la superficie ingresso vapore e superficie del manufatto ? stato di 1 1300.

Durante il processo di sinterizzazione le pareti dello stampo sono state mantenute a circa 50 - 60?C spruzzando dell'acqua sulla superficie esterna dello stampo.

Dopo raffreddamento lo stampo ? stato aperto e l elemento strutturale termoisolante ottenuto ? stato estratto.

E ' stata cos? ottenuta una porta-controporta termoisolata per frigo bar in un unico pezzo, le cui sezioni trasversali mostravano una perfetta e omogenea sinterizzazione delle perle e una perfetta adesione delle perle alle pareti dell'involucro .

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI Procedimento per la produzione di elementi strutturali termoisolanti consistente nel: A) produrre mediante la tecnologia di blow-molding un involucro cavo sostanzialmente chiuso in materiale polimerico termoplastico; B) riempire la cavit? dell'involucro cavo con perle o granuli espansi o semiespansi costituiti dallo stesso polimero termoplastico formante l'involucro cavo, e - -C) sinterizzare le perle o granuli espansi o semiespansi mediante vapore saturo o aria calda iniettato nella cavit? dell'involucro cavo, mantenendo la superficie dell'involucro cavo ad una temperatura di almeno 10?C inferiore a quella di transizione vetrosa (Tg) del materiale polimerico termoplastico .
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il riempimento della cavit? dell'involucro cavo viene effettuato direttamente nello stampo impiegato nel processo di blow-molding.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il riempimento della cavit? dell'involucro cavo viene effettuato in uno stampo separato simile a quello usato nel processo di blow-molding ed in cui l'involucro cavo viene previamente trasferito.
4. 4. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui il materiale polimerico termoplastico ? scelto fra polistirene, polistirene antiurto (HIPS), polistirene modificato con monomeri polari come acrilonitrile , resine ABS, polietilene ad alta, media e bassa densit?, polipropilene, copolimeri etilene/propilene termoplastici, polivinilcloruro, resine acriliche o metacriliche come polimetilmetacrilato e loro miscele.
5. 5. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a- 3,-in cui il materiale polimerico termoplastico ? una miscela compatibile o resa compatibile comprendente polistirene, polistirene antiui'to (HIPS) e/o polistirene modificato con monomeri polari e almeno un tecnopolimero scelto fr.a polifenilene etere, policarbonato , poliolefine e poliesteri.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui il materiale polimerico termoplastico ? polistirene o polistirene antiurto (HIPS) avente una temperatura di transizione vetrosa (Tg) compresa fra 80 e 120?C.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui la temperatura di transizione vetrosa (Tg) delle perle o granuli espansi o semiespansi ? compresa fra 70 e 110?C.
8. 8. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la sinterizzazione viene effettuata mediante vapore saturo o aria calda avente una temperatura superiore a quella di transizione vetrosa (Tg) delle perle o granuli, iniettato all'interno dell'involucro cavo mediante mezzi di adduzione.
9. 9. Procedimento secondo la rivendicazione 8, in cui i mezzi di adduzione del vapore saturo o dell'aria calda vengono disposti lungo una parete dell'involucro cavo, in zone mediane, e preferibilmente non a vista.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui i mezzi di adduzione del vapore o aria calda vengono disposti ad una distanza reciproca per cui il rapporto fra tale distanza e lo spessore dell'involucro varia fra 3 e 15, preferibilmente fra 5 e 10, e ciscun mezzo adduzione copre circa 300 - 700 cm<2 >di superficie.
11. 11. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 8 a 10, in cui il diametro dei mezzi di adduzione ? compreso fra 1 e 15 mm e il rapporto tra la superficie ingresso vapore, data dalla somma delle superfici di tutti i mezzi di adduzione, e la superficie dell 'involucro cavo ? compreso fra 1:500 e 1:3000.
12. 12. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui durante la sinterizzazione viene aspirato vapore acqueo o aria mediante mezzi di aspirazione preferibilmente disposti dalla stessa parte dei mezzi di adduzione.
13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, in cui la superficie totale dei mezzi di aspirazione ? almeno uguale e, preferibilmente, superiore a quella dei mezzi di adduzione del vapore acqueo o aria calda.
14. 14. Procedimento secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui, durante la sinterizzazione, la superficie delle pareti dell'involucro cavo viene mantenuta ad una ;temperatura di almeno 10?C inferiore a quella di transizione vetrosa (Tg) del materiale polimerico termoplastico, che costituisce dette pareti, mediante raffreddamento con acqua a circuito chiuso o con acqua spruzzata direttamente sulle pareti dello stampo in quantit? controllata.