ITNA20100005A1 - Messa a punto di processi innovativi di produzione a freddo di blends e compounds in forma di granulo e relativo impianto di produzione - Google Patents
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Description
Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo : “Messa a punto di processi innovativi di produzione a freddo di blends e compounds in forma di granulo e relativo impianto di produzione”
Descrizione
I sistemi polimerici multicomponenti e multifasici sono generalmente condizionati, nelle loro proprietà fisico-meccaniche, dal raggiungimento di condizioni interfacciali dì bassa energia. Questa condizione, comune nei sistemi non polimerici, rappresenta invece l’eccezione nei sistemi polimerici, caratterizzati da una sfavorevole entropia, dovuta al basso grado di libertà delle macromolecole lungo l’asse di catena e all’elevata viscosità. Solo fenomeni entalpici dovuti ad interazioni specifiche possono quindi aiutare i sistemi polimerici multicomponenti e multifasici a superare la barriera energetica Ìterfacciale e raggiungere stati di interpenetrazione soddisfacenti. Un modo di introdurre interazioni specifiche e’ l’aggiunta o la formazione di interfacciali, polimeri aventi una struttura chimica tale da solubilizzarsi fasi polimeriche predominanti, e quindi ridurre le tensioni all’interfaccia polimeri vengono o fabbricati “ad hoc” e poi aggiunti o generati direttamente nel corso della miscelazione, per effetto delle alte temperature e della presenza di opportuni gruppi reattivi. In genere, questi processi “chimici” rappresentano però un costo insostenibile, specialmente quando le fasi polimeriche da miscelare provengono da scarti di lavorazione o da operazioni di riciclo di plastiche a fine vita.
Queste motivazioni sono alla base delle difficoltà di riciclare plastiche eterogenee, anche quando si tratta di sfridi di lavorazioni, quindi relativamente puliti. Il problema si complica quando il riciclo viene applicato a plastiche eterogenee provenienti dalla raccolta differenziata di imballaggi. La presenza negli imballaggi conferiti ai punti di raccolta di polimeri di differente natura (polietilene, polipropilene, polistirolo, PET, accoppiati con carta o da soli), in assenza di una tecnologia che ne consenta il riciclo in miscela, rende queste ipotetiche materie seconde non riusabili in quanto tali, quindi o vengono incenerite, o se ne deve effettuare una selezione ulteriore, in modo da recuperare plastiche omogenee da avviare a rigranulazione e riciclo.
In particolare il sistema oggetto della presente invenzione si basa sull'utilizzo di un legante acquoso a base polisaccaride (derivato della cellulosa) che agisce sui polimeri in fase polvere e permette una omogeneizzazione/dispersione fisica ottimale nella fase di miscelazione a freddo finalizzata a realizzare granulo o fogli pronti per lo stampaggio. Il legante ha la funzione di creare un legame fìsico per adesione tra diversi polimeri o tra polimero e cariche, che si mantiene anche a temperature di fusione dei polimeri coinvolti, e che alla fine del processo risulta una carica inerte.
Il legante di origine cellulosa è solubile in acqua o acqua/alcole e rappresenta in percentuale sulla massa finita un valore compreso tra il 3 - 7 %.
Il procedimento vede coinvolti polimeri in forma di polvere e/o cariche e/o fibre e/o nano cariche. L’aggiunta di nanocariche, in particolare, permette l’ottimizzazione di parametri meccanici e di stabilità termica e alla fiamma, o anche di impartire funzionalità elettriche e elettroniche di grande interesse, laddove vengano opportunamente selezionate nanocariche tecnologicamente avanzate.
Il processo può essere diviso in due fasi.
Miscelazione:
Questa fase del processo prevede la miscelazione dei polimeri con il legante disciolto in acqua con Fausilio di miscelatori meccanici con bracci a coclea o a sigma.
La percentuale di acqua varia tra il 12 e il 30 % a seconda della tipologia di compounds o blends.
Una volta ottenuta la massa conglomerata, essa viene avviata ad una seconda fase, che varia in funzione della tipologia di semilavorato che si intende ottenere.
Produzione granulo :
La seconda fase prevede l’estrusione della massa in cestello di acciaio traforato dove per mezzo di un sistema di schiacciamento a rulli e pale il materiale si scalda per frizionamento perdendo buona parte della sua umidità e forzatamente viene estruso attraverso il cestello in acciaio traforato, dove passa per lame a contatto e viene tagliato in granulo (ved. figura seguente).
Nel disegno principale (vedi allegato) viene riportato lo schema a blocchi deirimpianto di produzione relativo alla presente invenzione dove :
A) Dosatori Polimeri, cariche, leganti, fibre, additivi, coloranti.
B) Miscelatore a secco delle polveri di polimeri, cariche, leganti, fibre, additivi, coloranti.
C ) Sistema di miscelazione in umido con riscaldamento tramite fuzionamento meccanico dei materiali e successiva estrusione con coclea speciale o per mezzo di schiacciamento in cestello di acciaio traforato attraverso rulli a contatto.
VANTAGGI DELLA PRESENTE INVENZIONE
a presente invenzione e la tecnologia correlata permettono di ottenere i seguenti antaggi rispetto ai sistemi convenzionali finora utilizzati:
• Risparmio energetico in quanto il processo è a realizzato a freddo ed il calore necessario per ottenere i materiali viene prodotto per frizione e non per induzione (consumo di energia elettrica);
• Semplificazione deirimpianto ed abbattimento significativo della gestione dei costi;
· Ottenimento di particolari blends e compounds non ottenibili con le tecnologie convenzionali;
· Ottenimento di dispersione uniforme di nanocariche ed additivi a freddo non ottenibili con le tecnologie convenzionali.
• ESEMPI
Esempio 1 - Preparazione di miscele a base di poliammide 6 (nylon 6)e copolimeri aerilo butadiene stirene (ABS).
Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele di Nylon6/ABS in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela , su base 100, è costituita da x parti di Nylonó (prodotto da Rhodia) in polvere, y partì £ ABS (prodotto da BASF) in polvere. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale mistura viene quindi aggiunta una soluzione di metìlcellulosa diluita in acqua pari al 4% del peso dei polimeri con l'ausilio di macchinario adeguato con sistema a sigma o a coclea miscelante. In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 40 gr. di metìlcellulosa disciolta in 150 mi. di acqua.
Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene lavorata in macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale viene portato ad una temperatura di circa 80 gradi ed estruso o attraverso un cestello di acciaio traforato o estrusore con coclea, ottenendo un granulo da stampaggio. Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini a manubrio e testati in accordo a test secondo normative intemazionalmente accettate e riportate in Tabella I.
Esempio 2 — Preparazione di miscele a base di poliammide 6 (nylon 6)e copolimeri aerilo butadiene stirene (ABS) e copolimeri aerilo mirile- stirene (SAN)
Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele di Nylon6/ABS/SAN in percentuali variabili dei tre componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela , su base 100, è costituita da x parti di Nylonó (prodotto da Rhodia) in polvere, y parti di .ABS (prodotto da JBASF) in polvere e z partì di SAN (prodotto da Master batch srl) . Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale mistura viene quindi aggiunta una soluzione di metìlcellulosa diluita in acqua pari al 4% del peso dei polimeri con l'ausilio di macchinario adeguato con sistema a sigma o a coclea miscelante. In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 40 gr. di metìlcellulosa disciolta in 150 mi. di acqua.
Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene lavorata in macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale viene portato ad una temperatura di circa 80 gradi ed estruso o attraverso un cestello di acciaio traforato o estrusore con coclea, ottenendo un granulo da stampaggio. Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini a manubrio e testati in accordo a test secondo normative intemazionalmente accettate e riportate in Tabella I.
Esempio 3 - Preparazione di compositi a base di polipropilene (PP) con canapa e fibra di vetro.
Secondo il presente esempio, vengono realizzate compositi a matrice polipropilenica caricati con fibre naturali (canapa) e fibre di vetro in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela , su base 100, è costituita da x parti di PP (prodotto da Basell) in polvere, y parti di farina di canapa e z parti di fibra di vetro. Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale mistura viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa diluita in acqua pari al 4% del peso dei polimeri con l'ausilio di macchinario adeguato con sistema a sigma o a coclea miscelante. In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 40 gr. di metilcellulosa disciolta in 150 mi. di acqua.
Si procede poi alla miscelazione della metilcellulosa solubilizzata, con la miscela di PP farina di canapa fibra di vetro precedentemente miscelati a secco, con l'ausilio di macchinario adeguato con sistema a sigma o a coclea miscelante. Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene lavorata in macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale viene portato ad una temperatura di circa 80 gradi ed estruso o attraverso un cestello di acciaio traforato o estrusore con coclea frizionante, ottenendo un granulo da stampaggio.
Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini a manubrio e testati in accordo a test secondo normative intemazionalmente accettate e riportate in Tabella Π.
Esempio 4 - Preparazione di miscele a base di poliammide 6 (nylon 6)e copolimeri aerilo butadiene stirene (ABS) additivato con nanoparticelle inorganiche.
Secondo il presente esempio, vengono realizzate miscele di Nylon6/ABS in percentuali variabili dei due componenti in intervalli da 0 a 100%. Tale miscela , su base 100, è costituita da x parti di Nylon (prodotto da Rhodia) in polvere, y parti di ABS (prodotto da BASF) in polvere e nanoparticelle inorganiche in percentuali variabili tra 1 e 5% in peso . Tali polveri subiscono una prima miscelazione a secco con macchinario adeguato. A tale mistura viene quindi aggiunta una soluzione di metilcellulosa diluita in acqua pari al 4% del peso dei polimeri con l'ausilio di macchinario adeguato con sistema a sigma o a coclea miscelante. In genere su un kg di polvere di polimeri vengono aggiunti 40 gr. di metilcellulosa disciolta in 150 mi. di acqua.
Dopo pochi minuti otteniamo una massa omogenea che viene lavorata in macchinario adeguato con sistema di frizionamento per movimentazione e pressione della massa, dove il materiale viene portato ad una temperatura di circa 80 gradi ed estruso o attraverso un cestello di acciaio traforato o estrusore con coclea, ottenendo un granulo da stampaggio. Il granulato viene stampato in pressa ad iniezione per la produzione di provini a manubrio e testati in accordo a test secondo normative intemazionalmente accettate.
Misure meccaniche sforzo- deformazione effettuate in accordo alle normative ASTMB256
Tabella 1 :Miscele a base di poliammide 6 (nylon 6)e copolimeri aerilo butadiene stirene (ABS) e copolimeri aerilo nitrite- stirene (SAN)
CAMPIONE Modulo Sforzo a Deformazione
Tensile rottura a rottura
(MR|) fMPa) (%)
Nylon6/ASB 60/40 700 25 80
(esempio 1)
Nyhmti/ASB 40/60 800 31 200
(esempio I)
Nylon6/ASB/SAN 1250 30 40
40/40/20
(esempio 2)
Tabella 2 : Compositi a base di polipropilene (PP) con canapa e fibra di vetro.
Campione Forza (N) E(J) RiKJ/m<2>) R(J/m) 1 151.34 0.16 7.50 47.10
176.54 0.17 8.01 50.76 176.26 0.19 9.03 57.00 4 137.76 0.14 6.70 42.45 5 168.28 0.16 7.79 49.39
Campione Sforzo a Modulo E
rottura (MPa) (MPa)
1 51.90 3119
2 50.95 3541
3 49.35 3310
4 48.40 2872
Claims (1)
- Rivendicazioni dell’invenzione industriale dal titolo : "Messa a punto di processi innovativi di produzione a freddo di blends e compounds in forma di granulo e relativo impianto di produzione ” Rivendicazioni 1 - Processo fisico a basso consumo energetico di miscelazione di polimeri eterogenei in presenza di un legante di derivazione cellulosica solubile in fase acquosa oidraalc olica. 2 - Processo secondo la rivendicazione 1 in cui il legante e’ una alchilcellulosa. 3 - Processo secondo la rivendicazione 1 in cui imo dei polimeri da miscelare e’ un polimero termoplastico fusibile in un intervallo di temperatura compreso tra i 150 e i 250 °C. 4 - Processo secondo la rivendicazione 3 in cui il polimero termoplastico e’ disperso in forma di particelle di dimensioni comprese tra i 50 e i 200 microns, preferibilmente tra 80 e 150 microns. 5 - Processo secondo la rivendicazione 4 in cui il polimero termoplastico e’ miscelato con altri polimeri appartenenti a qualsiasi famiglia di resine termoplastiche o termoindurenti. 6 - Processo secondo la rivendicazione 5 in cui gli altri polimeri sono dispersi in forma di particelle di dimensioni comprese tra i 50 e i 200 microns, preferibilmente tra gli 80 e i 150 microns. 7 - Un processo secondo la rivendicazione 5 in cui ai polimeri sono aggiunti altri additive organici in forma nanoparticellare per un contenuto tra 1’ 1 ed il 5% in peso o inorganici per un contenuto tra il 5 e il 50 % in peso, preferibilmente tra il 10 e il 30%. 8 - Un processo secondo la rivendicazione 7 in cui tali additive sono disperse in forma di particelle aventi almeno una dimensione tra i 50 e i 200 microns, preferibilmente tra gii 80 e i 150 microns. 9 - Processo secondo la rivendicazione 1 in cui la massa miscelata viene immessa in un cestello di acciaio traforato dove per mezzo di un sistema di schiacciamento a rulli e pale il materiale si scalda per Mzionamento perdendo buona parte della sua umidità e forzatamente viene estruso attraverso il cestello in acciaio traforato, dove passa per lame a contatto e viene tagliato in granulo. 10 Materiali ottenuti secondo i processi descritti nelle precedenti rivendicazioni
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2010
- 2010-02-09 IT IT000005A patent/ITNA20100005A1/it unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0212214A2 (de) * | 1985-07-15 | 1987-03-04 | ICI Lacke Farben GmbH | Verfahren zur Herstellung von Platten oder Formteilen |
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