PL189784B1 - Matryca do tłoczenia substratu zawierającego materiał plastyczny, zwłaszcza kostki detergentu, jej zastosowanie i sposób tłoczenia kostki detergentu przy pomocy tej matrycy - Google Patents

Abstract

1. Matryca do tloczenia substratu zawie- rajacego material plastyczny, zwlaszcza kostki detergentu, zawierajaca polówki formy majace przynajmniej jedna po- wierzchnie tloczaca, na której znajduje sie powloka elastomerowa zespolona z ta po- wierzchnia tloczaca za pomoca srodków mechanicznych i/lub chemicznych, znamien- na tym, ze elastomerowa powloka (16) za- wiera przewodzacy cieplo wypelniacz meta- liczny, korzystnie w postaci czasteczkowej, wzglednie w postaci folii. Fig.4 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest matryca do tłoczenia substratu zawierającego materiał plastyczny, zwłaszcza kostki detergentu, jej zastosowanie i sposób tłoczenia kostki detergentu przy pomocy tej matrycy.

Poprzez określenie „kostka detergentu” należy rozumieć tabletkę, bryłkę lub kostkę, której poziom czynnika powierzchniowo czynnego, zawartego w mydle, syntetycznego detergentu aktywnego lub ich mieszaniny wynosi przynajmniej 20% wag. w stosunku do ciężaru kostki.

Przy wytwarzaniu kostek detergentowych, wstępnie wytworzona kompozycja, zawierająca wszystkie komponenty kostki jest zwykle wytłaczana z dyszy dla wytworzenia ciągłego „pręta”, który jest przecinany na mniejsze kawałki o wstępnie określonej długości, zwykle określane jako „kęsy”. Te kęsy są następnie podawane do tłocznika lub alternatywnie mają nadawany odcisk na jednej lub więcej powierzchni z zastosowaniem przykładowo matrycy o tych samych wymiarach co powierzchnia kostki. Powierzchnia kostki jest uderzana za pomocą przykładowo miękkiego młotka lub matrycy w kształcie rolki.

Matryca jest zwykle utworzona z dwóch połówek formy, z których każda ma powierzchnię tłoczącą kontaktującą się z kostką podczas tłoczenia. Te powierzchnie tłoczące zamykają się na wstępnie ustawioną odległość oddzielenia, ściskając kostkę pomiędzy połówkami matrycy dla nadania jej ostatecznego kształtu i wyglądu, a następnie rozdzielają się. Nadmiar kompozycji zostaje wyciśnięty z połówek matrycy podczas ich zamknięcia. Jest to zwykle określane jako wypływ. Ten wypływ jest następnie oddzielany od kostki mydła przez przepuszczenie kostki poprzez otwory w płycie usuwającej wypływ.

Konwencjonalne maszyny do wytłaczania matrycowego obejmują maszyny z „matrycą igłową”, w których para przeciwległych członów matrycowych lub połówki matrycy spotykają się podczas etapu sprasowywania i maszyny typu „matrycy skrzynkowej”, w której para przeciwległych członów matrycowych tłoczy kostkę przytrzymywaną w obrębie przelotowego otworu w skrzynkowej ramie, jednakże nie spotyka się podczas sprasowywania, przy czym obwodowa powierzchnia kostki jest ograniczona przez skrzynkową ramę.

Każda z połówek matrycy jest często wyposażona we wkładkę wypychającą. Jest ona normalnie utrzymywana zamknięta w obrębie połówki matrycy poprzez sprężyny, jednakże może być popchnięta do pozycji otwarcia poprzez sprężone powietrze lub środek mechaniczny dla wspomagania uwalniania kostki z matrycy. Podczas zamykania połówek matrycy można zastosować podciśnienie dla usunięcia powietrza uwięzionego we wnęce matrycy pomiędzy kostką detergentu a powierzchnią matrycy, przy czym w przypadku matryc obrotowych, to podciśnienie współuczestniczy w utrzymywaniu kostek na miejscu podczas obrotu.

Wytłaczanie kostek detergentu z zastosowaniem matrycy jest przeprowadzane dla nadania kostkom powtarzalnego kształtu, gładkiej powierzchni i/lub dla odciśnięcia wzoru takiego jak logo, znak handlowy lub podobne na przynajmniej części powierzchni kostki.

Jednakże w rezultacie blokowania matrycy w wyniku pozostawania na połówkach matrycy pewnych ilości resztkowego detergentu, który narasta podczas kontynuowania użytkowania matryc, kostki często posiadają widoczne skazy na powierzchniach lub nie mogą być uwolnione z powierzchni matrycy. Niecałkowite uwolnienie kostek detergentu stanowi szczególny problem dla większości „lekkich” kompozycji wykonanych z bardziej miękkich środków powierzchniowo czynnych.

Proponowano rozmaite rozwiązania tych problemów. Jedno z nich obejmuje chłodzenie połówek matrycy podczas operacji wytłaczania. Inne rozwiązania obejmują stosowanie elastomerów.

189 784

Z opisu patentowego US 5,332,190 jest znana elastyczna matryca formująca wykonana z laminatowej powłoki elastomerowej, której skrajnie wewnętrzna warstwa nie zawiera wypełniaczy.

Z opisu patentowego US 5,269,997 jest znane wyposażenie każdej z dwóch matryc formy na mydło w elastomerową przegrodę, rozciągniętą w poprzek ich powierzchni. Tego rodzaju układ jest zbyt złożony do stosowania z prędkościami potrzebnymi do produkcji przemysłowej, a cienka powłoka podlega rozrywaniu, przez co może być niezbyt wiernie odtwarzane logo.

Publikacja WO 96/00278 ujawnia matrycę do wytłaczania kostki detergentowej, która posiada przynajmniej jedną powierzchnię tłoczącą kostkę, przy czym ta powierzchnia tłocząca kostkę jest wyposażona w elastomerową powłokę, a całkowita grubość elastomerowej powłoki jest mniejsza niż 200 pm. W rozwiązaniu zalecanym, elastomerowa powłoka stanowi jedyny materiał elastomerowy powierzchni tłoczącej kostkę.

Inne rozwiązanie jest zaproponowane w EP 276 971 i opisach patentowych US 4,793,959 i 4,822,273, które dotyczą stosowania dwóch członów matrycowych, każdy zawierający część nieelastomerową i część elastomerową. Część elastomerowa, która kontaktuje się z kostką mydła podczas procesu wytłaczania, zawiera powłokę elastomerową o grubości wynoszącej przynajmniej 200 pm i mającą moduł elastyczności w obrębie określonego zakresu.

Z opisu patentowego US 4,822,273 jest znana matryca do tłoczenia kostek detergentu, która ma przednią warstwę elastomeru. Przykład 7 obejmuje chłodzenie powierzchniowe metalowych matryc.

Z opisu patentowego US 4,793,959 jest znana kostka detergentu tłoczona za pomocą matrycy mającej przednią warstwę elastomeru. Chłodzone matryce są opisane w przykładzie 7.

Z opisu patentowego US 5,236,654 jest znany sposób tłoczenia kostek detergentu z zastosowaniem chłodzonych płynem członów matrycowych z elastomerową powłoką. Omówiono chłodzenie matryc z zastosowaniem chłodziwa w temperaturze około 20°C. Stwierdzono tam, że wybierane uprzednio systemy pozwalały na osiąganie średnich temperatur powierzchni matrycy rzędu około 15°C z szerokim rozrzutem temperatur poprzez powierzchnię matrycy'.

Z opisu patentowego US 4, 629, 650 jest znany sposób wytwarzania formowanej żywicy termoplastycznej przez wprowadzenie, podczas formowania, żywicy termoplastycznej odmiennej od żywicy termoplastycznej przeznaczonej do formowania, jako warstwy okrywowej pomiędzy powierzchnią matrycy a przeznaczoną do formowania żywicą termoplastyczną.

Z opisu patentowego US 5,035,849 jest znany sposób proszkowego formowania wyrobu, w którym powierzchnia formy jest chłodzona czynnikiem ułatwiającym wyjmowanie przy formowaniu proszkowym.

Z opisu patentowego US 5,269,997 jest znany sposób i urządzenie do wytłaczania półwyrobu materiału plastycznego, takiego jak półwyrób mydła. W poprzek każdej z połówek matrycy pomiędzy półwyrobem a połówką matrycy można umieścić elastomerową, przegrodę tak, aby uchronić materiał plastyczny przed przyklejaniem do połówek matrycy po wytłoczeniu.

Opis patentowy US 3,761,047 dotyczy folii posiadającej izolujące cieplnie cząstki, takie jak talk. W przykładzie 1, rozproszono 30% objętościowo talku mającego średni rozmiar cząstek około 60 mikronów w roztworze żywicy politetrafluoroetylenowej.

Z opisu patentowego US 5 378,733 jest znany kompozyt polimerowy tłumiący dźwięk, zawierający poliuretan mający wypełniacz w postaci sproszkowanej stali nierdzewnej.

Jednakże nawet w przypadku stosowania powłok elastomerowych lub chłodzonych matryc, występują problemy gdy stosowany detergent stanowi bardzo miękki środek powierzchniowo czynny i/lub gdy kompozycja kostki detergentu jest miękka i lepka.

Celem wynalazku jest opracowanie matrycy i sposobu wytwarzania kostek detergentu, które pozwolą na uniknięcie tych problemów.

Matryca do tłoczenia substratu zawierającego materiał plastyczny, zwłaszcza kostki detergentu, zawierająca połówki formy mające przynajmniej jedną powierzchnię tłoczącą, na której znajduje się powłoka elastomerowa zespolona z tą powierzchnią tłoczącą za pomocą środków mechanicznych i/lub chemicznych, według wynalazku charakteryzuje się tym, że elastomerowa powłoka zawiera przewodzący ciepło wypełniacz metaliczny, korzystnie w postaci cząsteczkowej, względnie w postaci folii.

189 784

Matryca korzystnie jest wykonana z materiału sztywnego wybranego z grupy obejmującej metale i ich stopy, żywice termoutwardzalne i termoplastyczne, poliuretany odlewane na twardo, materiały ceramiczne, kompozyty i laminaty,

Powłoka elastomerowa zawiera elastomer, gumę lub kopolimer, względnie ich mieszanki.

Elastomer jest elastomerem termoplastycznym.

Powłoka elastomerowa korzystnie ma grubość w zakresie od 25 pm do 10 milimetrów.

Matryca korzystnie jest wyposażona w podzespół do chłodzenia/studzenia matrycy.

Powłoka elastomerowa korzystnie ma moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa.

Matryca korzystnie zawiera krawędź opóźniającą odrywanie elastomerowej powłoki od powierzchni matrycy.

Metaliczny wypełniacz korzystnie jest proszkiem stali nierdzewnej.

Elastomerowa powłoka korzystnie zawiera poliuretan.

Zastosowanie matrycy, zawierającej połówki formy mające przynajmniej jedną powierzchnię tłoczącą, na której znajduje się powłoka elastomerowa zespolona z tą powierzchnią tłoczącą za pomocą środków mechanicznych i/lub chemicznych, w której elastomerowa powłoka zawiera przewodzący ciepło wypełniacz metaliczny, korzystnie w postaci cząsteczkowej względnie w postaci folii, według wynalazku polega na tłoczeniu kostek detergentu.

Sposób tłoczenia kostki detergentu przy pomocy matrycy, obejmujący formowanie elastomerowej powłoki na przynajmniej jednej powierzchni tłoczącej kostkę w matrycy przez zmieszanie składników elastomeru, nakładanie mieszanki elastomeru na powierzchnie tłoczące matrycy i utwardzanie elastomeru, a następnie podawanie kompozycji kostki detergentu do matrycy z powloką elastomerową, tłoczenie kompozycji w matrycy dla utworzenia wytłoczonej kostki detergentu i wyjmowanie kostki z matrycy, według wynalazku charakteryzuje się tym, że do elastomerowej powłoki wprowadza się przewodzący ciepło metaliczny wypełniacz, korzystnie w postaci cząsteczkowej lub w postaci folii.

Metaliczny wypełniacz w postaci cząsteczkowej wprowadza się do elastomerowej powłoki przez zmieszanie go ze składnikami mieszanki elastomeru w etapie formowania powłoki elastomerowej.

Metaliczny wypełniacz w postaci folii wprowadza się do elastomerowej powłoki przez nakładanie metalowej folii na elastomerową powłokę po etapie formowania elastomerowej powłoki i przed etapem podawania kompozycji kostki detergentu do matrycy.

Sposób według wynalazku korzystnie obejmuje ponadto etap nanoszenia dekoracji powierzchniowej na powierzchnię tłoczącą kostkę.

Podczas etapu tłoczenia korzystnie stosuje się chłodzenie lub studzenie matrycy w stosunku do temperatury otoczenia.

Według wynalazku stwierdzono, że problemy z wytłaczaniem kostek detergentowych zawierających bardzo miękkie środki powierzchniowo czynne i/lub szczególnie lepkie i miękkie kompozycje mogą być zminimalizowane przez zastosowanie matrycy pokrytej elastomerową powłoką, która zawiera wypełniacz metaliczny taki jak proszek stalowy. Przez załadowanie elastomerowej powłoki proszkiem stalowym i wyregulowanie składu elastomeru można otrzymać powłokę przewodzącą ciepło. W rezultacie, w tego rodzaju matrycy zostaje zredukowany izolacyjny efekt elastomerowej powłoki i jest ułatwione jej chłodzenie. Zastosowanie w matrycach do wytwarzania kostek mydła elastomeru, który zawiera przewodzące ciepło dodatki metaliczne, nadaje im cechę łatwości wyjmowania, analogiczną jak w przypadku konwencjonalnego elastomeru izolacyjnego, przy jednoczesnym zapewnieniu wysokiej jakości chłodzonej powierzchni kostki.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia perspektywiczny widok matrycy według wynalazku, fig. 2 -przekrojowy widok z boku matrycy przed zastosowaniem elastomerowej powłoki, fig. 3 - przekrojowy widok z przodu matrycy przed zastosowaniem elastomerowej powłoki, a fig. 4 - przekrój matrycy według fig. 3, powleczonej elastomerową powłoką.

Zastosowanie grubych powłok elastomerowych przy wytłaczaniu kostek mydła opisano w EP 276 971 i w opisach patentowych US 4,793,959 i 4,822,273, których ujawnienie zostało tu wprowadzone jako odniesienie.

189 784

Opis patentowy US 5,378,733 opisuje przydatne dla obecnego wynalazku materiały wypełniacza elastomerowej powłoki. Ujawnienie z tego opisu patentowego nr 5,378,733 jest tu wprowadzone jako odniesienie.

Określenie „dekoracja powierzchniowa” ma oznaczać jednolity kształt, gładką powierzchnię, wzór taki jak logo, znak handlowy lub tym podobne.

Określenie „elastomerowy” ma oznaczać materiał zdefiniowany w ISO (Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna) 1382 jako „elastomer” lub „guma”. W określeniu materiałów „elastomerowych” mieszczą się również elastomery termoplastyczne i kopolimery oraz mieszanki elastomerów, elastomerów termoplastycznych i gum.

Elastomery są określone jako polimery o długich giętkich łańcuchach, niezależnych w materiale surowcowym i przekształcanych poprzez środki wulkanizujące lub sieciujące krzyżowo, które wprowadzają usieciowanie i tworzą strukturę usieciowaną. Struktura usieciowana zachowuje ruch makromolekularnych molekuł łańcuchowych i w rezultacie powraca szybko do swego przybliżonego wymiaru początkowego i kształtu po usunięciu siły, powodującej odkształcenie.

Wraz ze wzrostem temperatury elastomer przechodzi przez fazę gumową po zmiękczeniu i utrzymuje swą elastyczność i moduł elastyczności aż do osiągnięcia temperatury rozkładu.

Elastomery termoplastyczne zawierają fazę amorficzną i fazę krystaliczną. Faza amorficzna ma zakres mięknięcia poniżej temperatury otoczenia i tym samym oddziaływuje jak sprężyna elastyczna, podczas gdy segmenty krystaliczne których zakres mięknienia jest powyżej temperatury otoczenia, oddziaływają jako miejsca sieciujące.

Korzystnie materiał elastomerowy jest wybrany z grupy opisanej w Amerykańskim Towarzystwie do Badania i Materiałach D1418, która to grupa obejmuje elastomery o nienasyconym łańcuchu węglowym (klasy R) obejmujące kauczuk naturalny, np. Standardowy Kauczuk Malajski, butadien np. typ „BUNA” z Bunaweke Huls, i kopolimer butadienu i akrylonitrylu, np. „Perbunan” firmy Bayer, elastomery o nasyconym łańcuchu węglowym (klasy M), obejmujące typy etylenopropylenowe, np. „Rondel” firmy DuPont i typy zawierające fluor, np. „Vitron” firmy DuPont, podstawione elastomery silikonowe (klasy Q) obejmujące płynne gumy silikonowe, np. Silastic 9050/50 P (A+B) z firmy Dow Corning, i elastomery zawierające węgiel, azot i tlen w łańcuchu polimerowym (klasy U), obejmujące poliuretany, np. poliuretany z firmy Belzona.

Materiał elastomerowy może być wstępnie obrobiony, na przykład przez formowanie roztworu dostępnego przemysłowo elastomeru, przed zastosowaniem go jako powłokę na powierzchnię matrycy'. Elastomery, gumy i kopolimery i ich mieszaniny są utwardzane lub usieciowane poprzecznie na miejscu na powierzchni matrycy. Przykładowo, komponenty zawierające podstawowy materiał elastomerowy, czynniki sieciujące i inne materiały takie jak środki przyspieszające można zmieszać przed nałożeniem jako powłoka. Po nałożeniu na matrycę, powłoka zostaje utwardzona na miejscu. Może to być wspomagane przez przyłożenie ciepła lub w drodze innej obróbki przyspieszającej, na przykład poprzez ciśnienie, promieniowanie lub światło ultrafioletowe.

Materiał elastomerowy może być nakładany jako ciecz lub w stanie półstałym. Przykładowo, w przypadku nakładania jako ciecz, dwie połówki matrycy są rozstawione względem siebie na wstępnie określoną odległość dla umożliwienia elastomerowi zajęcia przestrzeni pomiędzy tymi dwiema częściami. Korzystnie matryca jest wypełniona elastomerem pod ciśnieniem.

W niektórych przypadkach materiały mogą być rozpuszczone w odpowiednim rozpuszczalniku, nałożone na matrycę, a następnie rozpuszczalnik zostaje odpędzony.

W przypadku materiałów termoplastycznych, mogą one być ogrzane do stanu stopienia dla nałożenia na matrycę, po czym zostają ochłodzone i ulegają ponownemu zakrzepnięciu.

Materiały odpowiednie do stosowania jako powłoki elastomerowe mają korzystnie moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa, a najkorzystniej 1 do 35 MPa.

Moduł elastyczności powłoki elastomerowej może być zmierzony przez zarejestrowanie siły potrzebnej do wgniecenia powłoki jako funkcja głębokości wgniecenia. Zwykle można zastosować wgłębnik z końcówką kulistą, i wyznacza się pochylenie s siły w funkcji głębokości wgniecenia do mocy, wynoszące 3/2. Głębokość wgniecenia stanowi ruch wgłębnika

189 784 w głąb powłoki po jego pierwszym kontakcie z powierzchnią powłoki. W ogólności jest konieczne skorygowanie zmierzonych głębokości wgniecenia odpowiednio do podatności urządzenia pomiarowego. Oznacza to, że aktualna głębokość wgniecenia d jest odniesiona do zmierzonej wartości d' poprzez następujące wyrażenie d = d' - (F-C) gdzie F stanowi siłę wgniatania, zaś podatność C jest określona przez dociśnięcie wgłębnika do powierzchni sztywnej i zarejestrowanie widocznego przemieszczenia jako funkcja przyłożonej siły, która ma pochylenie równe podatności C. Moduł elastyczności E jest obliczony z następującego wyrażenia

E = 3/4 s 1/(R ) 1/2 (1 - b²) gdzie s = F/d^3/2, R jest promieniem kulistej końcówki wgłębnika, a b jest stosunkiem Poisson’a powłoki, który jest równy około 0,5 dla elastomerów.

W niektórych warunkach opisanych poniżej, powyższy sposób wgniatania może dawać fałszywie duże wartości modułu elastyczności wskutek wpływu sztywnego materiału, na który jest nakładana powłoka. W celu uniknięcia tego problemu jest konieczne zapewnienie, aby promień kontaktu wgłębnika z powłoką nie przekraczał około 1/10 grubości powłoki. Promień kontaktu a jest odniesiony do głębokości wgniecenia poprzez następujące wyrażenie a = (dR)^l/2

Dla powłok cieńszych niż 200 (im, zaleca się stosowanie nano-wgłębnika, który jest przydatny do mierzenia sił wgniatania przy małych głębokościach wgniecenia, z zastosowaniem końcówki wgłębnika o małym promieniu. Przykładem tego rodzaju wyposażenia jest „Nano-wgłębnik Π” (przyrządy Nano). Alternatywą jest wykonanie grubych powłok testowych (grubszych niż 200 pm) tak, aby można było zastosować bardziej konwencjonalne wyposażenie pomiarowe, takie jak tester Instron (np. Model 5566).

W jednym z rozwiązań powłoka ma grubość pomiędzy 1 (im i 10 mm, korzystnie pomiędzy 200 i 2000 pm. Alternatywnie powłoka może mieć grubość mniejszą niż 200 pm.

Korzystnie matryca zawiera materiał sztywny wybrany spośród metali i ich stopów, na przykład mosiądz i inne stopy miedzi, aluminium i stale, włącznie ze stalą węglową i stalą nierdzewną, a także inne materiały elastomerowe, takie jak żywice termoutwardzalne i termoplastyczne, na przykład poliester, żywice epoksydowe, żywice furanowe, poliuretany odlewane na twardo, materiał ceramiczny, kompozyty i laminaty.

Według wynalazku powłoka elastomerowa zawiera przewodzący ciepło wypełniacz metaliczny, taki jak sproszkowana stal nierdzewna. Ponadto mogą być zastosowane mieszaniny zawierające sproszkowaną, stal nierdzewną i inne wypełniacze przewodzące ciepło. Inne możliwe do zastosowania wypełniacze obejmują miedź, tytan, złoto, srebro i platynę. Dodane wypełniacze, np. stal nierdzewna, zwiększają twardość masową powłoki od około 45 Shore A do 75 Shore A. Jakkolwiek ta twardość powoduje pogorszenie zdolności do wyjmowania, to jednak każda cząstka wypełniacza jest otoczona przez elastomer, przez co mydło ciągle kontaktuje się z materiałem o małej twardości. Powłoka o grubości 1-20 pm pozwala na łatwe wyjmowanie w odpowiednich okolicznościach, jakkolwiek twardość powieki może być większa niż 55 Shore A, a nawet większa niż 65 Shore A.

Wypełniacze metaliczne są wprowadzone do elastomeru w ilości korzystnie od 0,5 do 85% wag., w szczególności od 5 do 75% wag.

Wypełniacz metaliczny stosowany w powłoce elastomerowej matrycy według wynalazku jest korzystnie w postaci cząsteczkowej, względnie w postaci folii.

Fakt, że metaliczny wypełniacz przewodzi ciepło, ułatwia i polepsza chłodzenie elastomerowej powłoki. Główne korzyści wynikające z ulepszonego chłodzenia elastomeru polegają na polepszeniu jakości powierzchni kostki (większa twardość masowa umożliwia wierne zarysowanie kształtu logo), polepszeniu ogólnej jakości kostki (powierzchnia mydła i jego masa są chłodniejsze, a przez to twardsze i mniej podatne na uszkodzenie na pozostałej części linii produkcyjnej), i na zredukowaniu przylegania kostki do matrycy po wytłoczeniu w wyniku połączonego efektu oddziaływania na siebie elastomeru i ochłodzonej powierzchni matrycy.

189 784

Dodatkową korzyścią jest to, że metaliczne wypełniacze zmniejszają ściśliwość elastomeru, co może spowodować zredukowanie zmian ciężaru w wyniku zmian twardości mydła w przypadku stosowania konwencjonalnych elastomerów.

Zastosowany w przykładowym wykonaniu wynalazku wypełniacz stalowy umożliwił uzyskanie korzyści wynikających ze zwiększonej przewodności. Oczywiście można zastosować dowolny proszek metalu przewodzącego ciepło, taki jak proszek miedziany lub aluminiowy. Wypełniacze niemetaliczne również zapewnią zbliżone korzyści, jakkolwiek w takim przypadku może być zredukowana skuteczność chłodzenia. Przez zastosowanie stali otrzymano obniżenie temperatury o 3-5 stopni w stosunku do powłoki, w której nie zastosowano takiego wypełniacza.

Ogólnie zaleca się, aby w powłokach matryc według wynalazku zastosować od około 1% wag. do około 80% wag., w szczególności od 1% do 20% przewodzącego ciepło wypełniacza metalicznego. Przewodzący ciepło wypełniacz metaliczny może mieć dowolny kształt, a jedynym warunkiem jest jego równomierne rozprowadzenie poprzez masę elastomeru przed utwardzeniem. Przykładowo, metaliczne wypełniacze mogą być w postaci proszków lub płatków mających rozmiar sita od około 590 do 34 pm (nr sita 30 do 430), korzystnie od 49 do 40 pm (nr sita 300 do 350).

Wypełniacze metaliczne w postaci cząsteczkowej mogą być dodane do jednego lub do mieszaniny składników w elastomerze przed jego utwardzeniem. Po zastosowaniu wszystkich składników, materiał podlega zmieszaniu i następnie utwardzeniu. Elastomery mogą być przygotowane tak jak opisano w opisie patentowym US 5,378,733.

Dodatkowo do zmieszania z innymi składnikami, wypełniacz metaliczny może być wprowadzony do elastomeru poprzez przyleganie do jednej lub więcej powierzchni elastomeru, np. przez natryskiwanie metalicznego wypełniacza na powierzchnię elastomeru po jego zmieszaniu ale przed utwardzeniem.

Zaleca się, aby powleczone matryce według wynalazku były połączone z podzespołem chłodzącym. Obniżanie temperatury matryc, które korzystnie same przewodzą ciepło, powoduje dodatkowe obniżanie temperatury elastomeru, obniżonej w wyniku obecności cząstek metalicznego wypełniacza. Powoduje to ułatwienie oddzielania materiału kostki detergentu od wgłębienia matrycy nawet w przypadku, gdy materiał kostki detergentu jest wykonany z miękkiego i/lub lepkiego i/lub bardzo delikatnego środka powierzchniowo czynnego.

Chłodzone matryce są dobrze znane w technice. Chłodzenie matryc może być przeprowadzane przykładowo przez przepuszczanie ochłodzonego płynu w sąsiedztwie matrycy. Opis patentowy US 5,236,654 opisuje proces wytłaczania mydła i/lub kostek detergentu z zastosowaniem chłodzonej matrycy, przy czym płynne chłodziwo krąży poprzez rury mające średnicę w obrębie zakresu 2 do 20 mm, utworzone wewnątrz członów matrycowych, w warunkach przepływu turbulentnego. Takie lub inne rozwiązania chłodzenia matryc również mogą być stosowane w obecnym wynalazku. Korzystnie matryce są tak chłodzone, że elastomerowa powłoka osiąga temperaturę powierzchniową w obrębie zakresu -35°C do 15°C, w szczególności -10°C do + 10°C, a najkorzystniej od -5°C do +5°C.

Do materiału elastomerowego mogą być dodane materiały dodatkowe, przykładowo inne wypełniacze, dla modyfikacji jego własności mechanicznych i procesowych. Efekty dodania wypełniacza zależą od mechanicznego i chemicznego wzajemnego oddziaływania pomiędzy materiałem elastomerowym i wypełniaczem.

Wypełniacze mogą być stosowane dla modyfikacji własności materiału elastomerowego tak, aby uzyskać pożądane właściwości, na przykład zwiększoną odporność na rozrywanie. Odpowiednie tego rodzaju wypełniacze obejmują sadze, krzemionki, krzemiany i wypełniacze organiczne takie jak styren lub żywice fenolowe.

Inne opcjonalne dodatki obejmują modyfikatory tarcia i antyutleniacze.

Naprężenie, któremu poddawane są powłoki elastomerowe podczas wytłaczania, może być zredukowane przez zastosowanie w matrycy krawędzi ochronnej lub kołnierza, w szczególności takich, które również są powleczone elastomerem. Korzystnie krawędź ochronna lub kołnierz są wykonane z metalu lub innego twardego lub sztywnego materiału. Zastosowanie metalowej krawędzi ochronnej powoduje zmniejszenie ryzyka rozerwania elastomerowej powłoki wskutek zmniejszenia naprężenia, któremu jest poddawana powłoka. Krawędź taka

189 784 wystaje poza krawędź prowadzącą elastomerowej powłoki i tym samym chroni ją przed naprężeniami, przykładanymi podczas wytłaczania; Powoduje to znaczące wydłużenie czasu użytkowania takiej matrycy z elastomerową powłoką, chronioną za pomocą krawędzi ochronnej.

Krawędź ochronna może być wykonana z tego samego materiału co materiał matrycy, jednakże nie stanowi to warunku koniecznego.

Krawędź ochronna lub kołnierz mogą być wykonane z wielu materiałów, włącznie z plastycznym uretanem i kompozytami. Krawędź taka jest wykonana w kształcie litery „T” lub w kształcie parasolowym, w którym to przypadku elastomerowa powłoka jest chroniona poniżej szczytu zarysu parasolowego.

Krawędź ochronna jest szczególnie przydatna dla matryc stosowanych do wytwarzania kostek detergentu, które mają ściany boczne rozciągające się ogólnie prostopadle do podłużnej osi kostki, to jest „kostki z opaską”. Elastomerowe matryce do kostek z opaską podlegają nawet większym naprężeniom niż elastomerowe matryce do kostek, które nie mają pionowych ścian bocznych lub w których pionowe ściany boczne rozciągają się tylko na niewielkiej części wysokości kostki.

Krawędź ochronna lub kołnierz mogą rozciągać się od ściany matrycy na całą grubość powłoki wewnątrz wnęki i korzystnie na zewnątrz wnęki. Wymiary optymalnego wykonania krawędzi ochronnej są zatem określone przez pożądaną grubość powłoki.

Grubość i twardość elastomerowej powłoki mogą zmieniać się odpowiednio do kompozycji kostki detergentu, temperatury procesowej i/lub parametrów procesowych, takich jak kształt wnęki w połówkach matrycy, prędkość pracy wyposażenia wytłaczającego i odległość oddzielenia połówek matrycy dla uzyskania pożądanego rezultatu, przykładowo prawidłowego wyjmowania kostki detergentu z matrycy. Dla matrycy zawierającej bardziej złożone logo lub dla bardziej złożonych kształtów matrycy, pożądane ułatwione wyjmowanie z matrycy jest wspomagane przez zastosowanie grubszych powłok i mniejszego modułu elastyczności. Podobnie, dla kompozycji kostki, która jest samoistnie bardziej trudna do wytłoczenia, pożądane wyjmowanie z matrycy może być zrealizowane poprzez zastosowanie grubszej powłoki elastomerowej i/lub mającej mniejszy moduł elastyczności.

Matryca według wynalazku może być stosowana do wytłaczania kostki detergentu zawierającej czynnik powierzchniowo czynny, który zawiera mydło lub detergent syntetyczny względnie mieszaninę mydła i detergentu syntetycznego. Znajduje ona szczególne zastosowanie do wytłaczania miękkich i/lub lekkich detergentów i/lub podatnych kostek, które zawierają syntetyczne środki powierzchniowo czynne, przezroczystych i przejrzystych kostek mydła mających zredukowaną zawartość czynnika tłustego, na przykład w zakresie 63-78% wagowych w stosunku do całkowitego ciężaru kostki, oraz kostek zawierających środki korzystne dla skóry, takie jak środki utrzymujące wilgoć, poliole, oleje, kwasy tłuszczowe i alkohole tłuszczowe.

Sposób wytłaczania kostki detergentu według wynalazku obejmuje formowanie we wgłębieniu matrycy elastomerowej powłoki zawierającej przewodzący ciepło wypełniacz metaliczny, podawanie kompozycji kostki detergentu do matrycy, wytłaczanie tej kompozycji w matrycy dla utworzenia wytłoczonej kostki, i wyjmowanie kostki z matrycy, przy czym na wytłoczoną kostkę jest w sposób powtarzalny nałożona dekoracja powierzchniowa.

Korzystnie powłoka elastomerowa jest zespolona z powierzchnią tłoczącą matrycy poprzez mechaniczne i/lub chemiczne środki dla zwiększenia siły przylegania pomiędzy matrycą i powloką.

W szczególności zaleca się, aby krawędź ochronna stosowana _ do zwalniania naprężenia w powłoce elastomerowej była sama w sobie również częściowo powleczona powłoką elastomerową. Korzystnie, powłoka na krawędzi ochronnej powinna być cieńsza niż powłoka na powierzchni tłoczącej matrycy. Przykładowo, grubość takiej powłoki powinna mieścić się w zakresie od 1 do 200 pm, w szczególności od 10 do 50 pm.

Na fig. 1 pokazano połówkę formy matrycy 10 zbudowaną z indywidualnych matryc 12. Każda indywidualna matryca 12 ma na powierzchni tłoczącej 14 elastomerową powłokę 16, wypełnioną metalicznym wypełniaczem przewodzącym ciepło (fig. 4). Elastomerowa powłoka znajduje się również na nietłoczącej powierzchni 18 połówek formy matrycy. Jedna po10

189 784 łówka formy matrycy jest wyposażona w logo 20 na powierzchni tłoczącej 14. Jest ono również powleczone elastomerową powłoką 16.

W niektórych przypadkach obydwie połówki formy matrycy zawierają logo. Matryca 12 zawiera metalową krawędź ochronną 30, którą wystaje wewnętrznie od górnego obrzeża wnęki 32. Jak pokazano na fig. 4, krawędź 30 pokrywa pionowo górną krawędź elastomerowej powłoki 16. Korzystnie, brzeg 34 krawędzi 30 zwrócony jest do wnęki 32 i znajduje się na jednej wysokości z powierzchnią 36 elastomerowej powłoki 16, która jest zwrócona w stronę wnęki 32. Jeszcze bardziej zalecane jest rozwiązanie, w którym brzeg 34 metalowej krawędzi 30 rozciąga się poza powierzchnię 36 elastomerowej powłoki 16. W matrycy 12 może być zastosowana chłodziarka (nie pokazana), obniżająca temperaturę matrycy, na przykład przez powodowanie krążenia płynu chłodzącego, w kontakcie z matrycą.

Przez zastosowanie ochronnej krawędzi 30 lub kołnierza w matrycy według wynalazku, miękki elastomer w pobliżu tej krawędzi 30 nie zostaje uszkodzony podczas wcinania się matrycy w mydło. Jest to zrealizowane przez osłonięcie miękkiego elastomeru w pobliżu krawędzi matrycy za pomocą sztywnego i bardziej wytrzymałego materiału. To osłonięcie oddziaływuje na podobieństwo parasola dookoła krawędzi matrycy, nieznacznie przykrywając miękki elastomer korzystnie na około 0,00254 cm do 0,0381 cm. Powoduje to ochronę tego miękkiego materiału przed oddziaływaniem nadmiernych sił przecinania i przed naprężeniami, które mogłoby przyspieszyć uszkodzenie miękkiego materiału i spowodować szybsze zniszczenie matrycy.

Jakkolwiek krawędź 30 opisano jako krawędź metalową, to jednak rodzaj materiału krawędzi w ogólności zależy od materiału, z którego jest wytworzona matryca. Zwykle krawędź 30 jest wykonana z tego samego materiału co materiał, z którego jest wytworzona matryca. Jednakże krawędź 30 powinna być dość sztywna dla prawidłowej ochrony elastomeru.

Matryca według wynalazku może być stosowana w konwencjonalnym wyposażeniu tłoczącym, takim jak Binacchi USN 100.

Korzystnie, krawędź ochronna jest podcięta, co powoduje większe zblokowanie mechaniczne.

Przykład

Wytworzono szereg połówek formy matrycy ze stali węglowej, które wydrążono elektroiskrowo do zakresu wartości chropowatości powierzchni (Ra), odtłuszczono acetonem, nałożono powłokę do gruntowania i następnie powleczono materiałem elastomerowym.

W przykładach tych zastosowano również szereg mosiężnych połówek matrycy. Podobnie zostały one odtłuszczone acetonem, obrobione powłoką gruntową i następnie powleczone elastomerem.

Powłoki elastomerowe wytworzono z poliuretanu, przygotowanego z wykorzystaniem ciekłego prepolimeru na bazie polieteru zakończonego izocyjanianem, o nazwie Andur 80-5AP, dostarczanego przez Andersen Development Co., 1415 E Michigan Street Adrian, MI 49221-3499.

Ten poliuretan został utwardzony po dodaniu 35% wag. (w stosunku do całości elastomeru) sproszkowanej stali nierdzewnej 304L, mającej rozmiar sita 325 (44 pm), z zastosowaniem środka wulkanizującego w postaci triolu o nazwie Voronal 234-630, dostarczanego przez Dow Chemical CO,.2040 Dow Center, Midland, MI 48674.

Kompozycje kostki stosowane w przykładach są następujące:

Formuła A	% wag.
Bezwodne mydło łojowe	52,3
Bezwodne mydło kokosowe	29,9
Kwas tłuszczowy orzecha kokosowego	5,2
Woda i niewielkie dodatki	Do 100

189 784

Formuła B	% wag.
Izetionian cocylosodowy	27,00
Betaina cocoamidopropylowa	5,00
Glikol polietylenowy, M. Wag.	33,12
Kwas tłuszczowy	11,0
Stearynian sodowy	5,00
Woda i niewielkie dodatki	Do 100

Formuła C	% wag.
Izetionian cocylosodowy	49,78
Mydło 82/18	8,31
Stearynian sodowy	2,98
Sulfonian benzenoalkilowy	2,02
Kwas stearynowy	20,15
Kwas tłuszczowy orzecha kokosowego	3,08
Izetionian sodowy	4,68
Woda i niewielkie dodatki	Do 100

Matryce zawierają metalowe krawędzie 30 z brzegami 34, jak przedstawiono na fig. 4. Matryce są chłodzone z zastosowaniem płynu chłodzącego w temperaturze -20°C, krążącego przez rury mające średnicę w zakresie od 2 do 20 mm, zaś elastomerowa powłoka 16 stanowi częściową lub całkowitą powłokę matrycy.

189 784

189 784

Fig.2 \

189 784

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (16)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Matryca do tłoczenia substratu zawierającego materiał plastyczny, zwłaszcza kostki detergentu, zawierająca połówki formy mające przynajmniej jedną powierzchnię tłoczącą, na której znajduje się powłoka elastomerowa zespolona z tą powierzchnią tłoczącą za pomocą środków mechanicznych i/lub chemicznych, znamienna tym, że elastomerowa powłoka (16) zawiera przewodzący ciepło wypełniacz metaliczny, korzystnie w postaci cząsteczkowej, względnie w postaci folii.
2. 2. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że jest wykonana z materiału sztywnego wybranego z grupy obejmującej metale i ich stopy, żywice termoutwardzalne i termoplastyczne, poliuretany odlewane na twardo, materiały ceramiczne, kompozyty i laminaty,
3. 3. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że elastomerowa powłoka (16) zawiera elastomer, gumę lub kopolimer, względnie ich mieszanki.
4. 4. Matryca według zastrz. 3, znamienna tym, że elastomer jest elastomerem termoplastycznym.
5. 5. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że elastomerowa powłoka (16) ma grubość w zakresie od 25 pm do 10 milimetrów.
6. 6. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że jest wyposażona w podzespół do chłodzenia/studzenia matrycy.
7. 7. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że elastomerowa powłoka (16) ma moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa.
8. 8. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera ochronną krawędź (30), opóźniającą odrywanie elastomerowej powłoki (16) od powierzchni tłoczącej (14) matrycy.
9. 9. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że metaliczny wypełniacz jest proszkiem stali nierdzewnej.
10. 10. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że elastomerowa powłoka (16) zawiera poliuretan.
11. 11. Zastosowanie matrycy, zawierającej połówki formy mające przynajmniej jedną powierzchnię tłoczącą, na której znajduje się elastomerowa powłoka zespolona z tą powierzchnią tłoczącą za pomocą środków mechanicznych i/lub chemicznych, w której elastomerowa powłoka zawiera przewodzący ciepło wypełniacz metaliczny, korzystnie w postaci cząsteczkowej względnie w postaci folii, do tłoczenia kostek detergentu.
12. 12. Sposób tłoczenia kostki detergentu przy pomocy matrycy, obejmujący formowanie elastomerowej powłoki na przynajmniej jednej powierzchni tłoczącej kostkę w matrycy przez zmieszanie składników elastomeru, nakładanie mieszanki elastomeru na powierzchnie tłoczące matrycy i utwardzanie elastomeru, a następnie podawanie kompozycji kostki detergentu do matrycy z powłoką elastomerową, tłoczenie kompozycji w matrycy dla utworzenia wytłoczonej kostki detergentu i wyjmowanie kostki z matrycy, znamienny tym, że do elastomerowej powłoki wprowadza się przewodzący ciepło metaliczny wypełniacz, korzystnie w postaci cząsteczkowej lub w postaci folii.
13. 13. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że metaliczny wypełniacz w postaci cząsteczkowej wprowadza się do elastomerowej powłoki przez jego zmieszanie ze składnikami mieszanki elastomeru w etapie formowania elastomerowej powłoki.
14. 14. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że metaliczny wypełniacz w postaci folii wprowadza się do elastomerowej powłoki przez nałożenie metalowej folii na elastomerową powłokę po etapie formowania elastomerowej powłoki i przed etapem podawania kompozycji kostki detergentu do matrycy.

    189 784
15. 15. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że obejmuje ponadto etap nanoszenia dekoracji powierzchniowej na powierzchnię tłoczącą kostkę.
16. 16. Sposób według zastrz. 12, znamienny tym, że podczas etapu tłoczenia stosuje się chłodzenie lub studzenie matrycy w stosunku do temperatury otoczenia.