PL222821B1

PL222821B1 - Screw extruding press

Info

Publication number: PL222821B1
Application number: PL405440A
Authority: PL
Inventors: Joachim Stasiek; Krzysztof Bajer; Andrzej Stasiek; Dagmara Bajer; Sławomir Miszewski
Original assignee: Inst Inżynierii Materiałów Polimerowych I Barwników
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2016-09-30
Also published as: PL405440A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest wytłaczarka ślimakowa przeznaczona do przetwórstwa tworzyw polimerowych, zwłaszcza tworzyw polimerowych biodegradowalnych na bazie skrobi, w szczególności do wytwarzania opakowań z folii rolniczej i ogrodowej, przeznaczonych do pakowania odpadów m.in. organicznych. Wytłaczarka ślimakowa charakteryzuje się tym, że skok linii śrubowej zwoju (T1) strefy (1) zasilania oraz skok linii śrubowej zwoju (T2) strefy (2) sprężania i wstępnego uplastyczniania jest korzystnie stały i wynosi 0,8÷1,0 średnicy ślimaka D, zaś malejący skok linii śrubowej zwoju (T3) strefy (3) dozowania i ujednorodniania ma wartość 0,5÷0,8 średnicy ślimaka D, korzystnie o wartości liczbowej 0,5÷0,6 średnicy ślimaka D, przy czym głębokość kanału H ślimaka na całej jego długości jest stała.The subject of the invention is a screw extruder intended for the processing of polymeric materials, in particular starch-based biodegradable polymeric materials, in particular for the production of agricultural and garden film packaging, intended for packaging waste, e.g. organic. The screw extruder is characterized by the fact that the pitch of the helix (T1) of the feeding zone (1) and the pitch of the helix (T2) of the compression and pre-plasticization zone (2) is preferably constant and amounts to 0.8÷1.0 of the screw diameter D and the decreasing pitch of the helix of the helix (T3) of the dosing and homogenizing zone (3) has a value of 0.5÷0.8 of the screw diameter D, preferably with a numerical value of 0.5÷0.6 of the screw diameter D, with the channel depth H of the screw along its entire length is constant.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest wytłaczarka ślimakowa przeznaczona do przetwórstwa tworzyw polimerowych, zwłaszcza tworzyw polimerowych biodegradowalnych na bazie skrobi, w szczególności do wytwarzania opakowań z folii rolniczej i ogrodowej, przeznaczonych do pakowania odpadów m.in. organicznych.The subject of the invention is a screw extruder intended for the processing of polymer materials, in particular biodegradable polymer materials based on starch, in particular for the production of packaging from agricultural and garden film, intended for packaging waste, e.g. organic.

Aktualnie w budowie wytłaczarek dominuje tendencja do budowy maszyn specjalistycznych zamiast uniwersalnych, tj. przeznaczonych do przetwórstwa określonych tworzyw i produkcji wybranego wyrobu, np. wytłaczarek do przetwórstwa z tworzyw polimerowych biodegradowalnych przeznaczonych do produkcji opakowań techniką wytłaczania. Wytłaczarki specjalistyczne umożliwiają osiąganie wyższych wydajności przy wytłaczaniu wyrobu o wysokich właściwościach fizycznych i estetycznych.Currently, in the construction of extruders, there is a tendency to build specialized machines instead of universal ones, i.e. for the processing of specific plastics and the production of a selected product, e.g. extruders for processing of biodegradable polymer materials intended for the production of packaging by extrusion. Specialized extruders enable achieving higher efficiency when extruding a product with high physical and aesthetic properties.

Istotnym kierunkiem prac w technice i nauce jest zastępowanie tworzyw polimerowych otrzymywanych z surowców petrochemicznych biopolimerami pochodzącymi ze źródeł odnawialnych.An important direction of work in technology and science is the replacement of polymers obtained from petrochemical raw materials with biopolymers derived from renewable sources.

Znany jest z opisu patentowego PL 207 301 sposób wytwarzania biodegradowalnego materiału polimerowego, zawierającego polimer termoplastyczny i zmodyfikowaną skrobię, według wynalazku polega na tym, że granulat termoplastycznej skrobi, otrzymany przez zmieszanie skrobi z plastyfikatorem lub ewentualnie mieszaniną plastyfikatora i wody, dodanej w ilości 2-5% wagowych w stosunku do skrobi, i poddanie mieszaniny obróbce termiczno-dynamicznej w stopniowo wzrastającej temperaturze od 40 do 170°C, a następnie poddanie jej działaniu sił ścinających i ciśnienia w temperaturze 120-190°C, przeprowadzenie w stop, wytłoczenie i granulację, miesza się z co najmniej dwoma polimerami termoplastycznymi wybranymi z grupy obejmującej poliolefiny, polimery winylowe, poliestry, poliuretany, z których co najmniej jeden wykazuje właściwości kompatybilizujące składnik hydrofitowy i hydrofobowy mieszaniny, ewentualnie ze środkami pomocniczymi, w temperaturze, w której mieszanina polimerów tworzy stop, wytłacza się i granuluje, przy czym stosunek wagowy zmodyfikowanej skrobi do łącznej masy polimerów termoplastycznych wynosi od 1:1,1 do 1:4.There is known from the patent description PL 207 301 a method of producing a biodegradable polymer material containing a thermoplastic polymer and a modified starch, according to the invention, it consists in the fact that a thermoplastic starch granulate, obtained by mixing starch with a plasticizer or possibly a mixture of a plasticizer and water, added in an amount of 2 5% by weight in relation to starch, and subjecting the mixture to thermal-dynamic treatment at a gradually increasing temperature from 40 to 170 ° C, and then subjecting it to shear forces and pressure at a temperature of 120-190 ° C, melting, extrusion and granulation , mixed with at least two thermoplastic polymers selected from the group consisting of polyolefins, vinyl polymers, polyesters, polyurethanes, at least one of which exhibits compatibility properties for the hydrophobic and hydrophobic component of the mixture, optionally with auxiliaries, at the temperature at which the polymer mixture melts , extrudes and granulated, the weight ratio of the modified starch to the total weight of the thermoplastic polymers being from 1: 1.1 to 1: 4.

Sposób wytwarzania termoplastycznych biodegradowalnych polimerów wykazuje pewne niedogodności. Prowadzenie procesu polegającego na destrukturyzacji skrobi w obecności plastyfikatora i/lub wody z jednoczesnym mieszaniem jej w stanie stopionym stwarza znaczne trudności w uzyskaniu jednorodnego układu dyspersyjnego składnika skrobiowego. Obecność wody w układzie komplikuje charakter i stabilizację struktury fazowej układu co wpływa niekorzystnie na właściwości przetwórcze i użytkowe tworzywa. Poza tym skrobia termoplastyczna w procesie wytłaczania w porównaniu do tworzyw klasycznych charakteryzuje się znacznie wyższą lepkością, a podwyższenie temperatury skrobi w wielu przypadkach nie powoduje obniżenia jej lepkości, natomiast zmiana ciśnienia powoduje znaczne zmiany wartości temperatury topnienia skrobi.The process of producing thermoplastic biodegradable polymers has some drawbacks. Carrying out the process of starch destructuring in the presence of a plasticizer and / or water while mixing it in the molten state causes considerable difficulties in obtaining a homogeneous dispersion system of the starch component. The presence of water in the system complicates the character and stabilization of the phase structure of the system, which adversely affects the processing and usable properties of the material. In addition, thermoplastic starch in the extrusion process, compared to classic plastics, is characterized by a much higher viscosity, and increasing the temperature of starch in many cases does not reduce its viscosity, while the pressure change causes significant changes in the starch melting point.

Z opisu ochronnego wzoru użytkowego PL 64 690 znana jest sekcja chłodząca pozwalająca znacznie schłodzić, zagęścić i ujednolicić masę co w konsekwencji ogranicza ekspandowanie wyrobów i umożliwia uzyskanie gładkiej powierzchni zewnętrznej. Zastosowanie sekcji do wymienionego ekstrudera TS-45 i większych w prosty sposób pozwala na rozszerzenie gamy produkowanych wyrobów spożywczych. Dzięki temu można na nim wytwarzać podgotowane makarony TPS, półprodukty do wytwarzania snaków oraz skrobię termoplastyczną co było dotychczas niemożliwe. Współpraca sekcji z ekstruderem wymaga wymiany ślimaka na dłuższy lub przedłużenie już istniejącego.From the description of the utility model PL 64 690, a cooling section is known that allows to cool, compact and uniform the mass significantly, which in turn reduces the expansion of the products and enables a smooth outer surface to be obtained. The use of sections for the mentioned TS-45 extruder and larger allows you to easily expand the range of food products. Thanks to this, it is possible to produce precooked TPS pasta, semi-finished products for the production of snaps and thermoplastic starch, which was previously impossible. The cooperation of the section with the extruder requires replacement of the screw with a longer one or extension of the existing one.

Znana jest także z opisu ochronnego wzoru użytkowego PL 64 691 konstrukcja ślimaka wytłaczarki ślimakowej przeznaczonej do ciągłego wytwarzania produktów spożywczych. Wytłaczarka ślimakowa do materiałów roślinnych, wyposażona jest w zespół uplastyczniający zasilany z jednej strony składnikami masy, zaś z drugiej strony wyposażony jest w głowicę formującą wyrób. Zespół uplastyczniający składa się z cylindra, w którym obrotowo osadzony jest ślimak transportujący materiał. Głównym zadaniem układu uplastyczniającego jest doprowadzenie do kleikowania skrobi zawartej w cieście. Ślimak do ekstrudera zawierający część roboczą w kształcie długiego walca wielokrotnie owiniętego zwojem, posiadający w pierwszym czole nagwintowany otwór, charakteryzuje się tym, że do drugiego czoła części roboczej przylega trzpień, który jest nagwintowany. Średnica nominalna gwintu na trzpieniu korzystnie jest równa lub większa niż średnica nominalna gwintu w otworze, przy czym szczególnie korzystnie jest gdy oba gwinty są lewe. Z kolei stosunek długości L do średnicy nominalnej D części roboczej korzystnie wynosi od dwóch do pięciu.Also known from the description of the utility model PL 64 691 is the construction of the screw of an extruder screw intended for continuous production of food products. A screw extruder for plant materials is equipped with a plasticizing unit fed on one side with the components of the mass, and on the other side it is equipped with a head forming the product. The plasticizing unit consists of a cylinder in which the screw transporting the material is rotatably mounted. The main task of the plasticizing system is to gelatinize the starch contained in the dough. The worm for the extruder, which comprises a working part in the shape of a long roll wound with a coil, having a threaded hole in the first face, is characterized in that a threaded pin adjoins the second face of the working part. The nominal diameter of the thread on the pin is preferably equal to or greater than the nominal diameter of the thread in the hole, with both threads being left-hand it is particularly preferred. In turn, the ratio of the length L to the nominal diameter D of the working portion is preferably from two to five.

Wytłaczarka ślimakowa według wynalazku wyposażona w układ uplastyczniający, składający się z cylindra, w którym obrotowo umieszczony jest ślimak wyposażony w kierunku przepływu tworzywaThe screw extruder according to the invention is equipped with a plasticizing system, consisting of a cylinder, in which the screw is rotatably placed in the direction of material flow

PL 222 821 B1 polimerowego w strefy: zasilania, sprężania i wstępnego uplastyczniania, dozowania i ujednorodniania, charakteryzuje się tym, że skok linii śrubowej zwoju strefy zasilania oraz skok linii śrubowej zwoju strefy sprężania i wstępnego uplastyczniania jest korzystnie stały i wynosi 0,8-1,0 średnicy ślimaka, zaś malejący skok linii śrubowej zwoju strefy dozowania i ujednorodniania ma wartość 0,5-0,8 średnicy ślimaka, korzystnie o wartości liczbowej 0,5-0,6 średnicy ślimaka, przy czym głębokość kanału ślimaka na całej jego długości jest stała.In the zones of: feeding, compression and preplasticization, dosing and homogenization, is characterized in that the helix pitch of the feed zone coil and the helix pitch of the compression and preplasticization zone is preferably constant and amounts to 0.8-1 , 0 screw diameter, and the decreasing pitch of the coil line of the dosing and homogenization zone has a value of 0.5-0.8 screw diameter, preferably with a numerical value of 0.5-0.6 screw diameter, the depth of the screw channel along its entire length is permanent.

Takie funkcjonalne skojarzenie przedstawionych środków technicznych stref ślimaka według wynalazku dało nowy i nieoczekiwany efekt techniczny, umożliwiający prowadzenie procesu wytłaczania z dużą wydajnością przy wysokich właściwościach użytkowych wytworu, korzystnie wytłaczania z granulowaniem przy wysokich parametrach jakościowych granulatu z tworzywa polimerowego biodegradowalnego na bazie skrobi.Such a functional combination of the presented technical means of the screw zones according to the invention resulted in a new and unexpected technical effect, enabling the extrusion process to be carried out with high efficiency and high functional properties of the product, preferably extrusion with granulation with high quality parameters of granules made of biodegradable polymer material based on starch.

Przedmiot wynalazku, nie ograniczając jego zakresu jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym ślimak wytłaczarki w widoku.The subject matter of the invention, without limiting its scope, is shown in the exemplary embodiment in the drawing showing the extruder screw in view.

Nieuwidoczniona na rysunku wytłaczarka ślimakowa jest wyposażona w układ uplastyczniający, składający się z cylindra, w którym obrotowo umieszczony jest ślimak o średnicy D = 45 mm i długości roboczej = 20 średnic D, wyposażony w kierunku przepływu tworzywa polimerowego biodegradowalnego na bazie skrobi w strefy: 1 zasilania, 2 sprężania i wstępnego uplastyczniania, 3 dozowania i ujednorodniania. Skok linii śrubowej zwoju T1 strefy 1 zasilania oraz linii śrubowej zwoju T2 strefy 2 sprężania i wstępnego uplastyczniania jest korzystnie stały i wynosi 0,9 średnicy ślimaka D. Malejący skok linii śrubowej zwoju T3 strefy 3 dozowania i ujednorodniania ma wartość 0,6 średnicy ślimaka D. Głębokość kanału H ślimaka na całej jego długości jest stała.The screw extruder, not shown in the drawing, is equipped with a plasticizing system, consisting of a cylinder in which a screw with a diameter of D = 45 mm and working length = 20 diameters D is rotatably placed, equipped with the flow direction of a starch-based biodegradable polymer material in the zones: 1 feeding, 2 compression and pre-plasticization, 3 dosing and homogenization. The pitch of the helix T1 of the feed zone 1 and the helix of the coil T2 of the prestressing and preplasticizing zone 2 is preferably constant and equals 0.9 of the screw diameter D. The decreasing pitch of the helix T3 of the dosing and homogenization zone 3 is 0.6 of the screw diameter D The depth of the channel H of the worm along its entire length is constant.

Transportowane tworzywo polimerowe biodegradowalne na bazie skrobi w strefie 1 zasilania ślimaka jest nagrzewane głównie ciepłem doprowadzonym z grzejników umieszczonych na uwidocznionym na rysunku cylindrze wytłaczarki. Część ciepła nagrzewającego tworzywo i dodatki wytwarzana jest dzięki tarciu zewnętrznemu mieszanki o ścianki kanału ślimaka i ścianki wewnętrzne cylindra. W strefie 2 sprężania i wstępnego uplastyczniania ślimaka mieszanka jest nagrzewana głównie w wyniku rozpraszania energii mechanicznej napędu ślimaka, tzw. tarciu wewnętrznemu i zewnętrznemu mieszanki. Wstępnie uplastycznione tworzywo zostaje transportowane przez strefę 3 dozowania i ujednorodniania do nieuwidocznionej na rysunku głowicy granulacyjnej.The transported starch-based biodegradable polymer material in the feed zone 1 of the screw is heated mainly with heat supplied from heaters placed on the extruder cylinder shown in the figure. Part of the heat heating the material and additives is generated by the external friction of the mixture against the walls of the screw channel and the internal walls of the cylinder. In zone 2 of screw compression and initial plasticization, the mixture is heated mainly by dissipating the mechanical energy of the screw drive, the so-called internal and external friction of the mixture. The pre-plasticized material is transported through the dosing and homogenization zone 3 to the granulation head, not shown in the drawing.

Claims

Patent claim

Screw extruder, equipped with a plasticizing system, consisting of a cylinder in which the screw is rotatably placed in the direction of the polymer material flow into the zones of: feeding, compression and preplasticization, dosing and homogenization, characterized in that the pitch of the coil helix (T1) the feed zone (1) and the helix pitch (T2) of the prestressing and preplasticizing zone (2) is preferably constant and amounts to 0.8-1.0 screw diameter D, and the decreasing coil pitch (T3) of zone (3) dosing and homogenisation has a value of 0.5-0.8 screw diameter D, preferably with a numerical value of 0.5-0.6 screw diameter D, while the depth of the channel H of the screw is constant along its entire length.