ITUB20151845A1 - procedimento per la realizzazione di corpi in materiale plastico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione è relativa ad un procedimento per la realizzazione di corpi in materiale plastico. In particolare, la presente invenzione è relativa allo sviluppo di un materiale plastico dotato di due pelli micro-nano strutturate ed un'anima a celle chiuse. Questo materiale può essere utilizzato per la realizzazione di corpi cavi utilizzabili, in particolare, come contenitori di liquidi.

Attualmente, un tipo di realizzazione di contenitori in plastica come bidoni, taniche, bottiglie, ecc., prevede il soffiaggio di un materiale plastico per formare un contenitore. Contenitori possono essere realizzati anche mediante opportuna configurazione di materiali multistrato come, ad esempio, quello denominato con il nome commerciale Tetra Pak.

Le attuali procedure di fabbricazione presentano alcuni inconvenienti.

Un primo inconveniente è relativo alle attuali modalità di etichettatura, necessarie all'identificazione del contenitore e del relativo contenuto; infatti, quando un contenitore viene utilizzato per la commercializzazione di un prodotto non è sufficiente il semplice riempimento con il prodotto, ma è sempre necessaria una etichettatura dei contenitore per fornire le indicazioni d'uso del prodotto, le eventuali scadenze, la destinazione del rifiuto costituito dal contenitore svuotato, ecc.. In pratica, vi sono costi e tempi di produzione aggiuntivi relativi all' utilizzo di etichette, collanti, adesivi ecc., che richiedono procedimenti secondari.

Per questo motivo i costi ed i tempi di confezionamento del prodotto risentono negativamente del contributo dell'etichettatura. Inoltre, la presenza di una etichetta e dell'eventuale collante, che sono in materiale differente rispetto al contenitore, comporta un ulteriore inconveniente in fase di smaltimento dei rifiuti.

Un altro inconveniente dei contenitori attualmente in produzione è relativo alla commercializzazione di sostanze poco compatibili con l'ambiente. Ad esempio, i contenitori di vernici, oli, carburanti durante il processo di riciclaggio devono essere necessariamente puliti, determinando un aumento dei costi e dei tempi necessari i non contaminare questi ultimi. Un ulteriore inconveniente della attuale produzione di contenitori è che spesso viene utilizzata una quantità di materiale in misura eccessiva, con conseguenti aumenti di costi di produzione e di peso del contenitore.

Tra gli inconvenienti delle attuali tecniche produttive possono quindi essere elencati i seguenti: -in fase di produzione: eccessivo consumo di materiali, utilizzo di materiali differenti, utilizzo di materiali multistrato (e.g. plastiche diverse, alluminio, carta, collanti, inchiostri etc.}, utilizzo di additivi (e.g. pigmenti, sostanze rinforzanti, stabilizzanti etc.}, realizzazione di oggetti composti da varie parti (e.g. bottiglia, tappo, etichettature ete.} con la necessita di processi secondari per ciascun componente;

- in fase di riciclaggio: difficoltà nel separare le plastiche per tipologia, difficoltà nel separare materiali multi strato, difficoltà nel pulire le plastiche da contaminanti, perdita nella struttura molecolare 'riciclaggio a cascata'.

Scopo principale del presente trovato è di eliminare gli inconvenienti summenzionati.

A questo risultato si è pervenuti in conformità dell'invenzione adottando l’idea di realizzare un procedimento ed un contenitore aventi le caratteristiche descritte nelle rivendicazioni indipendenti. Altre caratteristiche sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti.

I vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione saranno compresi da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e con l'aiuto degli annessi disegni, dati quale esemplificazione pratica del trovato, ma da non considerarsi in senso limitativo, nei quali:

- la Fig. 1 è uno schema che rappresenta una fase preliminare per la formazione di un contenitore, relativa alla texturizzazione di uno stampo;

- la Fig. 2 è uno schema che rappresenta una prima fase per la formazione di un contenitore, relativa allo stampaggio ad iniezione mediante tecnologia MIM;

- la Fig. 3 è uno schema che rappresenta una fase per la formazione di un contenitore, relativa allo stampaggio mediante tecnologia VIM; questo processo avviene in contemporanea con la prima fase della iniezione MIM; il processo VIM serve alla riproduzione fedele di micro e nano strutture; il processo funziona con la seguente modalità: la cavità dello stampo si riscalda per facilitare il flusso del polimero al suo interno e, terminata la fase di iniezione ed espansione, la cavità viene raffreddata per procedere con l'apertura dello stampo.

- la Fig. 4 è uno schema che rappresenta una fase per la formazione di un contenitore, relativa allo stampaggio mediante tecnologia DSI di parti che presentano un sottosquadro, ovvero superfici disposte su piani differenti; questa fase avviene dopo le fasi MIM e VIM che avvengono contemporaneamente con la seguente modalità (iniziale ingresso del polimero nella cavità riscaldata, successivo raffreddamento una volta che la cavità è completamente riempita};

- la Fig. 5 è una schematica vista in sezione di una porzione di parete di un contenitore realizzato in conformità dell'invenzione.

Con riferimento ai disegni delle figure allegate, un procedimento per la realizzazione di corpi cavi in materiale plastico utilizzabili per il contenimento in conformità dell'invenzione comprende le seguenti fasi:

- formazione di uno stampo o più stampi mediante tecnologia del tipo Ultrashort Pulse Laser Machining in modo da creare strutture di dimensioni comprese tra l'ordine del nanometro fino all'ordine del millimetro;

- iniezione nell'uno o più stampi così realizzati, di materiale plastico in modo da ottenere la formazione di un corpo cavo o di un semiguscio destinato a costituire un corpo cavo mediante unione di almeno due semigusci.

In Fig. 1 è rappresentato schematicamente il processo di formazione dello stampo mediante tecnica UPLM (Ultrashort Pulse Laser Machining). Il materiale (1) per formare lo stampo viene sottoposto all'azione di un dispositivo emettitore laser (3) che mediante l'emissione di un fascio (4) riesce ad incidere delle strutture (2) destinate a determinare la forma delle corrispondenti superfici del prodotto finale, così da determinare la funzione delle corrispondenti superfici del prodotto finale. In pratica la tecnologia UPLM utilizza impulsi laser pertexturizzare superfici così da modificare le loro caratteristiche funzionali. Questo processo consente di creare strutture di varie dimensioni, partendo dal nanometro fino ad arrivare alla scala millimetrica. Ciò permette di ingegneri zza re le proprietà superficiali del materiale ricreando effetti ottici e superidrofobici. Gli effetti della testurizzazione con UPLM non sono limitati agli effetti summenzionati. . Inoltre è possibile strutturare varie tipologie di materiali metallici comprese superfici curve. Nella parte destra di Fig. 1 sono contrassegnate con (7) le porzioni a sviluppo concavo dello stampo (5) e con (6) quelle a sviluppo convesso; le superfici (7) sono destinate alla formazione della parte esterna della parete del prodotto, che preferibilmente sarà provvista di colori strutturali, mentre le superfici (6) sono destinate alla formazione della parte interna del prodotto, preferibilmente provvista di superfici superidrofobiche.

Successivamente alla creazione degli stampi (5), il procedimento della presente invenzione prevede di eseguire l'iniezione per formare direttamente un corpo cavo o dei semigusci da unire in modo da formare il corpo cavo del contenitore.

La fase di iniezione può essere effettuata mediante tecnica MIM (Microcellular Injection Molding) e VIM o (Variotherm Injection Molding), come espresso in precedenza.

In Fig. 2 è schematicamente illustrata la procedura MIM. Il materiale plastico o polimero utilizzato per formare il corpo cavo viene immesso in una tramoggia (8) di un dispositivo (9) di plastificazione provvisto di una coclea di movimentazione (10) e di una serie di riscaldatori (11). La tecnologia di stampaggio ad iniezione MIM permette di produrre parti di plastica dotate di una struttura interna porosa. In questo processo un gas (12), ad esempio C02o N2allo stato di fluido supercritico, viene iniettato all'interno della camera di plastificazione (9) e miscelato assieme al polimero in modo da formare una soluzione monofase di gas e polimero. Questa soluzione viene iniettata all'interno dello stampo (5) dove avviene il processo di espansione dovuto alla caduta di pressione. Nella parte destra di Fig. 2 è rappresentato lo stampo (5) con il canale (13} riempito dal polimero.

In Fig. 3 è schematicamente rappresentata la procedura VIM, che può essere considerata uno strumento di gestione e controllo termico nel ciclo di stampaggio. Il processo avviene in due fasi, rappresentate rispettivamente a sinistra ed a destra in Fig.3; nella prima fase la temperatura dello stampo viene elevata oltre la soglia di transizione allo stato viscoso del polimero facilitandone il flusso all'interno della cavità, mentre nella seconda si procede con il raffreddamento così da ridurre le tempistiche di stampaggio. Questo processo viene utilizzato nei casi in cui sono richieste componenti dotate di elevate qualità superficiali e meccaniche. Con {14} sono rappresentati elementi riscaldatori, mentre con (14A) corrispondenti elementi di raffreddamento.

Il processo DSI, schematicamente illustrato in Fig.4, avviene dopo la prima iniezione. In questo processo lo stampo (5} slitta per far combaciare i semigusci. A questo punto viene effettuata una seconda iniezione che va a saldare le parti creando un oggetto cavo. In altre parole, la tecnologia DSI è una tipologia di stampaggio ad iniezione che permette di ovviare alla problematica del sottosquadro. Questa tecnologia viene utilizzata come alternativa allo stampaggio per soffiaggio poiché consente di mantenere spessori uniformi (15} e permette di creare rinforzi interni. Il riferimento numerico 16 rappresenta la saldatura fra i due semigusci. Viene anche utilizzata come alternativa nei casi in cui sono necessarie operazioni secondarie quali saldatura ad ultrasuoni e incollaggio.

Vantaggiosamente, l'interazione con lo stampo durante la fase di iniezione determina la formazione di micro o nano strutture definenti colori strutturali e/o superfici superidrofobiche. Inoltre, la prima fase di iniezione può determinare la formazione di strutture a celle chiuse, poiché il gas espandendosi con la caduta di pressione forma una struttura a celle chiuse.

Le micro e nano strutture vengono formate durante la fase variotherm (in contemporanea con l'espansione} dove la cavità dello stampo si riscalda e il polimero crea una replica fedele delle textures presenti sulle superfici dello stampo.

Occorre sottolineare che l'abbassamento della viscosità del polimero dovuta alla presenza di un gas in fase supercritica facilita la replica di micro e nanostrutture. Inoltre l'espansione del gas dovrebbe facilitare la replica di micro strutture dovuta alla pressione che viene indirizzata verso le superfici.

La struttura a celle chiuse garantisce un'elevata stabilità dimensionale evitando che la plastica si 'ritiri' dopo il raffreddamento.

I colori strutturali sono pertanto generati da nanostrutture impresse sulla superficie esterna del contenitore e creano colore interferendo con lo spettro visibile. In questo modo viene eliminata la necessità di utilizzare pigmenti, etichettature e collanti.

La struttura micro cellulare riduce il consumo di materiale e alleggerisce la parte. La sezione a celle chiuse sembra idonea a ridurre l'utilizzo di materiale del 20% ed a velocizzare il processo del 25 %. Le superfici superidrofobiche permettono di repellere liquidi, olii e sostanze viscose, senza lasciare alcun residuo. Questo semplifica il processo di riciclaggio poiché la fase di pulizia è facilitata dal materiale privo di residui e sostanze contaminanti.

In Fig.5 è rappresentata una porzione (17) di un contenitore realizzato secondo l'invenzione, indicata con (17) nel suo complesso. La struttura del contenitore comprende una superficie esterna (18} provvista di colori strutturali e/o una superficie interna {19} superidrofobica realizzate mediante un processo di iniezione tramite uno stampo formato con tecnologia del tipo Ultrashort Pulse Laser. Inoltre, lo stesso contenitore è internamente costituito da una struttura (20} microcellulare a celle chiuse.

Resta inteso che i particolari di esecuzione possono comunque variare in maniera equivalente nella forma, dimensioni, disposizione degli elementi, natura dei materiali impiegati, senza peraltro uscire daN’ambito dell’idea di soluzione adottata e perciò restando nei limiti della tutela accordata dal presente brevetto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la realizzazione di corpi cavi in materiale plastico utilizzabili per il contenimento caratterizzato dal fatto che comprende le seguenti fasi: - formazione di uno stampo o più stampi mediante tecnologia del tipo Ultrashort Pulse Laser Machining in modo da creare strutture di dimensioni comprese tra l'ordine del nanometro fino all'ordine del millimetro; - iniezione nell'uno o più stampi così realizzati, di materiale plastico in modo da ottenere la formazione di un corpo cavo o di un semiguscio destinato a costituire un corpo cavo mediante unione di almeno due semigusci.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di iniezione è effettuata mediante tecnica MIM o Microcellular Injection Molding.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di iniezione è effettuata mediante tecnica VIM o Variotherm Injection Molding.
4. 4. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di iniezione è effettuata mediante tecnica DSI o Die Slide Injection Molding.
5. 5. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fase di iniezione è effettuata mediante tecnica MIM o Microcellular Injection Molding e tecnica VIM o Variotherm Injection Molding.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la fase di iniezione viene effettuata mediante tecnica DSI o Die Slide Injection Molding.
7. 7. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che l'interazione con lo stampo durante la fase di iniezione determina la formazione di micro o nano strutture definenti colori strutturali e/o su perii ci superidrofobiche e/o la formazione di strutture a celle chiuse.
8. 8. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che in fase di iniezione la viscosità del polimero è abbassata mediante la presenza di gas in fase supercritica, così da facilitare la replica di micro e nano strutture.
9. 9. Struttura a sandwich in materiale plastico, caratterizzata dal fatto che comprende un'anima a celle chiuse (20} esternamente provvista di due pelli micro-nano strutturate.
10. 10. Corpo cavo in materiale plastico utilizzabile per ii contenimento caratterizzato dal fatto che comprende una superficie esterna (18) provvista di colori strutturali e/o una superficie interna (19} superidrofobica realizzate mediante un processo di iniezione tramite uno stampo formato con tecnologia del tipo Ultrashort Pulse Laser Machining.