ITMI951049A1

ITMI951049A1 - Formulato a base di propionato di cellulosa

Info

Publication number: ITMI951049A1
Application number: IT95MI001049A
Authority: IT
Inventors: Walter Lomazzi
Original assignee: Mazzucchelli 1849 Spa
Priority date: 1995-05-23
Filing date: 1995-05-23
Publication date: 1996-11-23
Also published as: ITMI951049A0; IT1274551B

Abstract

Viene descritto un formulato trasparente a base di propionato di cellulosa, contenente un plastificante solido trasparente costituito da una miscela di composti di origine vegetale, come canfora o terpinolo, e di copolimeri acrilici, come i polibutila crilati o i polimetilacrilati.Viene inoltre descritto l'uso di questo formulato per la produzione di montature in plastica per occhiali.

Description

"FORMULATO A BASE DI PROPIONATO DI CELLULOSA"

La presente invenzione riguarda un formulato a base di propionato di cellulosa, particolarmente adatto alla produzione di lastre di materiale plastico ad elevata rigidezza e resistenza agli urti, per esempio per il settore dell'occhialeria, ed alla produzione di occhiali stampati ad iniezione, quando siano richieste le stesse caratteristiche di rigidezza e di resistenza. Montature per occhiali ottenute da lastre o stampate a iniezione in materiale plastico sono note da molto tempo.

Le prime motature vennero prodotte a partire dalla cellulouide, sostituita in un secondo tempo dall'acetato di cellulosa e poi dal propionato di cellulosa.

In particolare il propionato di cellulosa è talvolta preferito, specialmente nel processo a iniezione, per le migliori prestazioni legate alla maggiore stabilità dimensionale, al minor assorbimento d'acqua e alla minor perdita di plastificante rispetto all'acetato, e ancora al minor peso specifico, sempre rispetto all acetato.

Una particolare composizione di formulato, commercializzato dalla Richiedente, ha la seguente composizione ponderale: fiocchi di propionato di cellulosa 85% esanoato di trietilenglicole 13%

adipato di diottile 2%

additivi anti-UV e di stabilizzazione termica tracce.

Questo formulato ha un peso specifico più basso (circa 1,2 g/cm^> delle comuni composizioni a base di acetato di cellulosa. Inoltre, questi formulati a base di propionato presentano un'altra serie di vantaggi: in primo luogo una stabilità dimensionale ancora accresciuta. Inoltre, essendo una materia più flessibile, si richiede un contenuto di plastificanti inferiore, con costi minori e con un minore impatto ambientale. Inoltre, è minore anche la fuoriuscita dei plastificanti (solo lo 0,4% contro il 3% nell'acetato), permettendo così di mantenere più a lungo la trasparenza originale e le caratteristiche meccaniche del formulato. La maggiore flessibilità del materiale aumenta inoltre in modo apprezzabile la resistenza agli urti. Le prove di resistenza agli urti col maglio di Charpy a 23 °C danno una resistenza pari a 120-200 kJoule/m<2>, (mentre per l'acetato di cellulosa il risultato è pari a 70-150 kJoule/m ). Grazie a queste caratteristiche di flessibilità e di resistenza, si possono produrre montature dal profilo considerevolmente più sottile di quello delle montature in acetato, riducendone ulteriormente il peso grazie all'azione sinergica con il minor peso specifico.

Nonostante questi indubbi vantaggi rispetto alle montature precedenti, questo formulato noto soddisfa solo parzialmente i requisiti della clientela, dato che una montatura di questo tipo, priva delle lenti, e dunque come si trova in vendita dall'ottico per la scelta della clientela, si presenta eccessivamente flessibile al tatto, facendo temere, secondo un pregiudizio tanto erroneo quanto radicato una sua deformazione irreversibile durante 1 'uso.

Scopo della presente invenzione è di proporre un formulato a base di propionato di cellulosa che presenti un modulo elastico (a flessione) più alto di quello noto, senza ridurre in modo inaccettabile la resistenza agli urti. Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di produrre questo formulato con un contenuto di materie prime naturali superiore a quello tradizionale, per ottenere un minore impatto ambientale.

Gli scopi della presente invenzione vengono raggiunti con un formulato trasparente a base di propionato di cellulosa, caratterizzato da ciò che al propionato di cellulosa viene aggiunto un plastificante solido trasparente, in particolare una miscela di composti di origine vegetale e di un copolimero acrilico.

Generalmente, i composti di origine vegetale più impiegati sono la canfora e il terpinolo.

Preferibilmente la concentrazione in peso dei componenti nel formulato è del 74-85% di propionato di cellulosa, del 5-25% di canfora e dell<1>1-10% di copolimero acrilico. E’ particolarmente preferita una composizione in cui il propionato di cellulosa costatuisce l'83% in peso, la canfora il 12% e il copolimero acrilico il 5%.

Come composti acrilici si possono utilizzare copolimeri di polibutilacrilato e polimetilacrilato.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del formulato secondo l'invenzione risultano comunque meglio evidenti dalla descrizione dettagliata che segue di un esempio dello stesso illustrata nei disegni annessi, nei quali:

fig. 1 è un grafico che illustra la variazione del modulo elastico in funzione della concentrazione del copolimero acrilico in formulati secondo alcuni esempi di realizzazione della presente invenzione;

fig. 2 è un grafico che illustra la variazione della resistenza a trazione del formulato secondo la presente invenzione in funzione della concentrazione del copolimero acrilico, nei formulati secondo gli stessi esempi di realizzazione di fig. 1;

fig. 3 è un grafico che illustra la variazione della resistenza agli urti, misurata con un maglio di Izod su provini con intaglio, in funzione della concentrazione del copolimero acrilico, nei formulati citati in precedenza;

fig. 4 è un grafico che illustra la variazione del modulo elastico del formulato in funzione della concentrazione di canfora, nei formulati citati in precedenza;

fig. 5 è un grafico che illustra la variazione della resistenza a trazione in funzione della concentrazione della canfora in formulati secondo alcuni esempi di realizzazione della presente invenzione;

fig. 6 è un grafico che illustra la variazione della resistenza agli urti, misurata con un maglio di Izod su provini con intaglio, in funzione della concentrazione della canfora nei formulati di fig. 5;

fig. 7 è un grafico che mette a confronto la variazione del modulo elastico a flessione in funzione della concentrazione di plastificante in formulati secondo la presente invenzione e in alcuni formulati secondo la tecnica anteriore;

fig. 8 è un grafico che mette a confronto la variazione della resistenza agli urti, misurata con un maglio di Izod su provini con intaglio, in funzione della concentrazione di plastificante negli stessi formulati di cui agli esempi di fig.7;

fig. 9 è un grafico che mette a confronto la variazione del modulo elastico in funzione della resistenza agli urti negli stessi formulati di cui agli esempi di fig.7;

fig. 10 è un grafico che mette a confronto la deformazione statica di montature fabbricate con alcuni formulati secondo la presente invenzione e con formulati secondo la tecnica anteriore; e

fig. 11 è un grafico che mette a confronto la deformazione termica di montature fabbricate col formulato secondo la presente invenzione e con formulati secondo la tecnica nota.

Il formulato secondo la presente invenzione viene ottenuto per miscelazione a secco dei suoi componenti allo stato solido ed estrusione in granuli. La miscelazione a secco può essere compiuta sia in miscelatori lenti che in miscelatori veloci, operando generalmente a temperature inferiori ai 60 °C, per un tempo che varia dai 15 ai 60 minuti.

L'estrusione in granuli viene condotta in trafile mono-vite o a doppia vite, senza degasaggio, a temperature comprese fra i 170 e i 200 °C.

L'impiego di una miscela di canfora e copolimeri acrilici si è rivelata un plastificante solido trasparente particolarmente adatto per la realizzazione della presente invenzione. Come componente acrilico, si sono rivelati efficaci copolimeri acrilici quali miscele di polibutacrilati e polimetilacrilati, in particolare il Paraloid KM 323/B e il Paraloid KM 334 (marchi registrati), della Rohm Haas.

Per porre in rilievo le caratteristiche fisico-meccaniche della presente invenzione, verranno ora illustrate alcune Prove Sperimentali, con riferimento alle figg. 1-6 dei disegni.

Prova Sperimentale 1

Per miscelazione a secco ed estrusione, vennero preparati granuli di un formulato secondo la presente invenzione, usando come componente acrilico il Paraloid KM 323/B, impiegando composizioni come quelle riportate in Tabella 1.

Tabella 1

Composizione di formulati a diversa concentrazione di copolimeri acrilici, a quantità costante di canfora.

Dai granuli ottenuti sono stati ricavati, per stampaggio e compressione, provini in lastre. Ciascuno di questi provini, aventi le composizioni riportate in Tabella 1, venne sottoposto a misurazione del modulo elastico, dando luogo così al grafico riportato in fig. 1.

Prova sperimentale 2

Vennero preparati gli stessi provini della Prova Sperimentale 1, con le stesse composizioni riportate in Tabella 1, e vennero sottoposti a prove di carico di snervamento e di carico di rottura. I risultati sono riportati in fig. 2, dove i carichi di snervamento corrispondenti sono indicati con quadratini, mentre i carichi di rottura sono indicati con triangolini.

Prova Sperimentale 3

Vennero preparati gli stessi provini delle Prove Sperimentali precedenti, venne praticato un intaglio sulla loro superficie e vennero sottoposti a prove di resistenza agli urti con un maglio di Izod. I risultati sono riportati in fig. 3.

Prova Sperimentale 4

Per miscelazione a secco ed estrusione, vennero preparati

granuli di un formulato secondo la presente invenzione, usando come componente acrilico il Paraloid KM 323/B, impiegando composizioni come quelle riportate in Tabella 2.

Tabella 2

Composizione di formulati a diversa concentrazione di canfora e a concentrazione costante di copolimeri acrilici

Dai granuli ottenuti sono stati ricavati, per stampaggio e compressione, provini in lastre. Ciascuno di questi provini, con la composizione di Tabella 2, è stato sottoposto a misurazione del modulo elastico, dando luogo così al grafico di fig. 4.

Prova Sperimentale 5

Vennero preparati gli stessi provini della Prova Sperimentale 4 e vennero sottoposti a prove del carico di snervamento e del carico di rottura. I risultati sono riportati in fig. 5, dove il carico di snervamento è indicato con quadratini pieni e il carico di rottura con triangoline vuoti.

Prova Sperimentale 6

Vennero preparati gli stessi provini della Prova Sperimentale 4, venne praticato un intaglio sulla loro superficie e venne valutata la loro resistenza agli urti con un maglio di Izod. I ri

sultati sono riportati in fig. 6.

Le Prove Sperimentali fin qui riportate mettono in evidenza quanto segue. I componenti sono compatibili fra loro quando i polimeri acrilici sono presenti in una concentrazione fra lo 0 e il 25%, ma già al disopra del 20% si nota una perdita di trasparenza del materiale ottenuto. Inoltre, un contenuto superiore al 15% di polimeri acrilici porta a una resistenza agli urti inaccettabilmente bassa (fig. 3). Come si vede in fig. 2, sia il carico di snervamento che il carico di rottura si riducono all'aumentare della concentrazione di polimeri acrilici. Tutto ciò mette in evidenza che, secondo gli scopi della presente invenzione, l'intervallo accettabile di concentrazione dei polimeri acrilici è fra l'I e il 10%. Si è rivelato particolarmente preferibile un intervallo 3-10%. In questo intervallo, una concentrazione del 5% in polimeri acrilici si è rivelata ottimale.

Un aumento della concentrazione di canfora provoca una diminuzione proporzionale del modulo elastico (fig. 4) ed un aumento della resistenza agli urti (fig.6), come desiderato al fine di ottenere occhiali di robustezza adatta alle esigenze del mercato. La concentrazione della canfora può essere variata in un intervallo piuttosto ampio, preferibilmente dal 5 al 25%, per non ridurre il modulo elastico a un valore inaccettabilmente basso. All'interno di questo intervallo, si è rivelata particolarmente preferita una concentrazione del 12%.

Nel complesso, la concentrazione totale di plastificante solido trasparente può variare fra il 15 e il 26%, il resto essendo propionato di cellulosa.

Le proprietà e i vantaggi del formulato secondo la presente invenzione verranno messi ora in evidenza attraverso le seguenti Prove di Confronto con formulati della tecnica anteriore, con riferimento alle figg. 7-11.

Prova di confronto 1

Vengono preparati formulati a base di propionato di cellulosa, contenenti rispettivamente il 10, il 12 e il 14-15% di plastificante. Come formulati della presente invenzione sono state preparate le composizioni riportate in Tabella 3.

Tabella 3

Composizione dei formulati secondo la presente invenzione utilizzati nelle Prove di Confronto.

Per quanto riguarda i formulati della tecnica anteriore, i plastificanti erano costituiti da adipato di diottile (DOA), o da una miscela 1/1 di DOA e di esanoato di trietilenglicole (TEGEH), oppure da TEGEH.

I formulati vennero preparati secondo le tecniche riportate nella Prova Sperimentale 1 e vennero allo stesso modo preparati dei provini per stampaggio e compressione. Ciascuno dei provini venne sottoposto a misura del modulo elastico, portando ai risultati illustrati graficamente in fig. 7, ove i formulati secondo l'invenzione sono indicati da quadratini aperti, i formulati in cui il plastificante è costituito da DOA sono indicati con quadratini pieni, i formulati il cui plastificante è costituito da una miscela DOA/TEGEH 1/1 sono indicati da circoletti vuoti e i formulati il cui plastificante è il TEGEH sono indicati da piccoli rombi vuoti.

Prova di Confronto 2

Vennero preparati gli stessi provini della Prova di Confronto 1, venne praticato un intaglio sulla loro superficie e venne misurata la resistenza agli urti con un maglio di Izod. I risultati sono illustrati in fig. 8, dove i simboli hanno lo stesso significato che in fig. 7. Un ulteriore riassunto dei risultati è riportato in fig. 9, ove questi vengono diagrammati in funzione di quelli della Prova di Confronto precedente.

Le prove di confronto fin qui riportate mettono in rilievo la superiorità del formulato secondo la presente invenzione rispetto ai formulati a base di propionato di cellulosa secondo la tecnica anteriore. In particolare, il modulo elastico dei provini costituiti da formulati nell'ambito della presente invenzione è molto maggiore, indipendentemente dalla concentrazione di plastificante contenuto (fig. 7). La resistenza agli urti (fig. 8) risulta lievemente inferiore a quella delle formulazioni tradizionali, ma ancora accettabile e con un rapporto modulo elastico/resistenza agli urti enormemente maggiore che nei formulati noti (fig. 9), risultando così nel complesso molto vantaggioso.

Nelle seguenti Prove di Confronto verranno verificate le proprietà di stabilità meccanica di montature prodotte col formulato secondo la presente invenzione rispetto a quelle prodotte coi formulati della tecnica anteriore.

Prova di Confronto 3

Vengono preparate, per fresatura di lastre ottenute per stampaggio e compressione tre montature identiche, una a partire da un formulato tradizionale di acetato di cellulosa, una a partire da un formulato di propionato di cellulosa col 14% di TEGEH e una con un formulato di propionato di cellulosa secondo la presente invenzione, contenente l'83% di propionato di cellulosa, il 12% di canfora e il 5% di Paraloid KM 323/B.

Le montature, mantenute ad una temperatura di 23 °C, vengono fissate su basi di appoggio e vengono sottoposte ad un'apertura forzata delle astine superiore del 50% rispetto alla posizione a riposo. A intervalli prestabiliti, le astine vengono rilasciate e, dopo 30 minuti, viene misurata la loro distanza reciproca, per valutare la loro deformazione statica. I risultati sono riportati in fig. 10 in termini di differenza percentuale in funzione del tempo di prova. In essa, l'acetato è indicato da rombi vuoti, il propionato col TEGEH come plastificante da triangoline vuoti e il formulato secondo la presente invenzione da quadratini pieni.

Prova di confronto 4

Vengono prodotte tre montature come nella Prova di Confronto 3 e vengono disposte in una stufa alla temperatura di 50 °C, aperte nella posizione di riposo, per valutare la loro deformazione termica. I risultati vengono riportati in fig. 11, in termini di variazione percentuale della distanza fra le astine in funzione del tempo di permanenza in stufa. I formulati di partenza vengono indicati con gli stessi simboli di fig. 10.

Prova di Confronto 5

Vengono prodotte tre montature come nella Prova di Confronto 3 e vengono sottoposte ad una prova di sollecitazione da carico, ponendole a una temperatura di 30 °C, con un carico su ciascuna astina di 400 g per un tempo di 10 minuti, si misura la variazione percentuale dopo 1 e dopo 60 minuti dal rilascio del carico. I risultati sono riportati in Tabella 4.

Tabella 4

Deformazione delle montature sotto carico.

Prova di confronto 6

Vengono prodotte tre montature come nella Prova di confronto 3 e vengono sottoposte ad una prova di sollecitazione di carico, ponendole a una temperatura di 30 °C e ad un'umidità relativa superiore al 90%, con un carico su ciascuna astina di 200 g, per un tempo di 10 minuti. Le misure vengono eseguite con le stesse modalità della Prova di confronto 5. I risultati sono illustrati in Tabella 5.

Tabella 5

Deformazione delle montature, sotto carico e in condizioni di forte umidità

I risultati delle Prove di Confronto appena illustrate mostrano in maniera evidente la maggiore stabilità delle montature realizzate col formulato secondo la presente invenzione.

Le Prove Sperimentali e le Prove di confronto sopra descritte, permettono di porre in evidenza che il formulato secondo la presente invenzione presenta un modulo elastico notevolmente più elevato di quello dei formulati tradizionalmente impiegati nella fabbricazione di montature, senza perdere in maniera inaccettabile la resistenza agli urti. Si presenta pertanto partico

larmente vantaggioso per la fabbricazione di montature per occhiali, risultando meno flessibile al tatto e altrettanto trasparente. Inoltre, permette un uso più massiccio di sostanze naturali (propionato di cellulosa e canfora) nella produzione delle montature, con evidenti vantaggi per l’ambiente. Le montature si presentano infine particolarmente più stabili delle precedenti, conseguendo un ulteriore vantaggio.

Infine, l'utilizzo di plastificanti solidi dà luogo a perdite estremamente ridotte degli stessi, con la conseguente stabilizzazione dell'aspetto estetico delle montature.

La presente invenzione è stata finora descritta in relazione alla fabbricazione di montature per occhiali, ma si intende che altre potranno esserne gli sbocchi industriali, data la ricchezza di proprietà fisico-meccaniche dei prodotti ottenuti a partire da questo formulato.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Formulato trasparente a base di propionato di cellulosa, caratterizzato da ciò che contiene un plastificante solido trasparente, costituito da una miscela di composti di origine vegetale e di copolimeri acrilici.
2) Formulato trasparente come in 1), in cui detti composti di origine vegetale vengono scelti dal gruppo consistente di canfora e terpinolo.
3) Formulato trasparente come in 1) e in 2), in cui detti polimeri acrilici vengono scelti dal gruppo consistente di polibutilacrilati e polimetilacrilati.
4) Formulato trasparente come in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il plastificante solido trasparente è presente in una concentrazione fra il 15 e il 26% in peso del totale.
5) Formulato trasparente come in 4), comprendente dal 74 all'85% in peso di propionato di cellulosa, dal 5 al 25% di composti di origine vegetale e dall'l al 10% di copolimeri acrilici.
6) Formulato trasparente come in 5), in cui il propionato di cellulosa costituisce l'83%, la canfora il 12% e i copolimeri acrilici il 5% in peso del totale.
7) Uso di un formulato trasparente come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti per la produzione di montature in plastica per occhiali.
8) Uso di un formulato trasparente come in 7) per la produzione di una lastra lavorabile per fresatura per la produzione di montature per occhiali.
9) Uso di un formulato trasparente come in 8) per la produzione di montature di occhiali per stampaggio a iniezione.