RS67693B1

RS67693B1 - Primena elektromagnetnog zračenja u proizvodnji oblikovanih delova koji sadrže kokice

Info

Publication number: RS67693B1
Application number: RS20260099A
Authority: RS
Inventors: Alireza Kharazipour; Markus Euring
Original assignee: Univ Goettingen Georg August
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2026-02-27
Also published as: MX2022010595A; US12558820B2; CA3168702A1; EP4110576B1; CN115279569A; AU2021227401A1; BR112022017202A2; US20220410440A1; EP4110576C0; WO2021170676A1; EP4110576A1; DE102020105205A1; JP2023515942A; PL4110576T3

Description

[0001] Opis

[0003] Predmetni pronalazak se odnosi na oblast oblikovanih delova, kao što su oni koji se koriste npr. za ambalažu, u automobilskoj industriji (enterijer i eksterijer), kao apsorberi zvuka, za toplotnu izolaciju ili u industriji robe široke potrošnje. Takvi oblikovani delovi trebali bi da se lako proizvode, a isto tako i da imaju malu težinu, i prvenstveno da se sastoje u potpunosti ili delimično od sirovina koje se mogu reciklirati.

[0004] Takvi oblikovani delovi su do sada uglavnom bili pravljeni od polipropilena, polietilena, polivinilhlorida i polistirola. Ovakvi oblikovani delovi od četiri vrste plastike pored pozitivnih svojstava, kao što su mala gustina, hidrofobna površina, dobra obradljivost i mala toplotna provodljivost, takođe imaju i brojne negativne karakteristike.

[0005] Negativno je to što je taj materijal često veoma krt i što ima samo jako malu hemijsku postojanost i temperaturu omekšavanja. Dalje, proizvode od ovih plastika često odlikuje veoma niska temperatura topljenja, što često dovodi do toga da se plastika već na temperaturama malo višim od 100 °C topi i kaplje sagorevajući pri tome. Ove kapi mogu se zapaliti i doprineti širenju požara. Zapaljivost se može smanjiti korišćenjem odgovarajućih, mada često veoma otrovnih sredstava za usporavanje požara. Do sada su često korišćeni bromovani aditivi, koji su izuzetno štetni za životnu sredinu i zdravlje (polibromovani difenil etar ili heksabromciklododekan).

[0006] [0004] Dalje, ove plastike se proizvode uglavnom od ograničeno raspoloživih fosilnih sirovina, od kojih se neke teško mogu reciklirati. Povećanje količine plastičnog otpada na kopnu, a naročito u svetskim morima, postaje sve veći ekološki problem od globalnog značaja. Pri sagorevanju se oslobađa ugljen dioksid, dok čestice plastike dospevaju u lance ishrane, a pri razlaganju se oslobađaju štetne materije. Organizacije, kao što su EU i UN, ukazuju da će pri daljem ekonomskom rastu i nepromenjenom ponašanju potrošača ekološki problemi u vezi sa plastikom nastaviti da rastu. Zbog ovih zdravstvenih i ekoloških problema, koji su opšte poznati, u poslednje vreme je poziv za pronalaženje alternativa postao još glasniji.

[0007] Postupci za proizvodnju oblikovanih delova koji sadrže kokice su poznati iz US 3,511,899.

[0008] Stoga predstavlja cilj da se realizuje postupak za proizvodnju alternativnih oblikovanih delova.

[0009] Ovaj cilj je ostvaren pomoću postupka prema zahtevu 1. U skladu sa time predložen je postupak za proizvodnju oblikovanih delova koji sadrže kokice, kod koga se u toku proizvodnje oblikovanih delova isti privremeno izlažu kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz.

[0010] Kao iznenađujuće je otkriveno da se kod mnogih primena pronalaska može proizvesti mnoštvo oblikovanih delova sa dobrim do odličnim svojstvima (izm. ost. malom toplotnom provodljivošću, odličnom dimenzionom stabilnošću, izuzetnim svojstvima apsorpcije zvuka i niskom zapaljivosti), koji se stoga najvećim delom sastoje od sirovina koje se mogu reciklirati, odnosno kokica. Dalje, kao iznenađujuće bi se moglo pokazati da je predloženi postupak podesan za proizvodnju oblikovanih delova koji sadrže kokice, mada kokice (u poređenju, na primer, sa kukuruzom kokičarem) sadrže samo mali udeo vode i stoga je bila očekivana samo mala efikasnost elektromagnetnog zračenja. Pri tome korišćenje kontrolisanog elektromagnetnog zračenja u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz za većinu primena ima najmanje jednu ili više od sledećih prednosti:

[0012] - Zračenje se nalazi u području mikrotalasa ili radiotalasa; odgovarajući generatori su široko rasprostranjeni, tako da se postupak može izvesti na jednostavan način.

[0014] - Ako se oblikovani delovi proizvode pomoću automatskih mašina za oblikovanje delova sa podesnim šupljinama (vid. u nastavku), te ukoliko su šupljine još dodatno opremljene grejnim elementima, onda su moguće još više temperature i kraća vremena boravka u automatskim mašinama za oblikovanje delova.

[0016] - Uštedu energije zbog korišćenja radiotalasa u odnosu na uobičajenu proizvodnju (proces presovanja i postupak ubrizgavanja pare).

[0018] - Mogu se proizvesti 2, 2,5 i 3-dimenzionalni oblikovani delovi (npr. ambalaža).

[0019] - Mogu se proizvesti proizvodi sa jako malom gustinom (konkurentni stiroporu)

[0021] - Proizvodnja je često jeftinija nego kod uporedivih proizvoda od plastike.

[0023] - Oblikovani delovi se uglavnom mogu potpuno reciklirati.

[0025] - Kao što je još opisano u nastavku, pomoću postupka prema pronalasku količina potrebnog veziva se može još smanjiti ili se vezivo može čak u potpunosti izostaviti.

[0027] - Pomoću postupka prema pronalasku može se proizvesti mnoštvo dvo- i trodimenzionalnih oblikovanih delova od kokica sa dobrim do odličnim svojstvima (izm. ost. veoma malom nasipnom gustinom između 40 do 230 kg/m<3>, malom toplotnom provodljivošću, odličnom dimenzionom stabilnošću, izuzetnim svojstvima apsorpcije zvuka i niskom zapaljivosti) za veoma mala vremena presovanja (1 - 5 s/mm debljine ploče, a naročito 2 - 3 s/mm debljine ploče) i ravnomerno progrevanje.

[0029] Pomoću postupka prema pronalasku se kod mnogih primena na podesan način naročito može ostvariti da se, u poređenju sa oblikovanim delovima koji se proizvode direktno od kukuruza kokičara ili drugih netretiranih delova biljaka, odnosno oblikovanih delova kod kojih, na primer, kukuruz kokičar ekspanduje unutar kalupa pod dejstvom toplote, mogu dobiti oblikovani delovi sa veoma homogenom strukturom i isto tako se mogu dobiti oblikovani delovi sa veoma malom gustinom.

[0030] Dalje, pomoću postupka prema pronalasku u mnogim primenama se mogu na podesan način realizovati oblikovani delovi sa komparativno boljom stabilnošću, na primer, poprečnom zateznom čvrstoćom ili/i površinskom čvrstoćom, u poređenju sa drugim oblikovanim delovima koji se dobijaju, na primer, od kukuruza kokičara pomoću termičkog tretmana. Stoga se pomoću postupka prema pronalasku takođe mogu realizovati oblikovani delovi sa veoma malom gustinom, koji u poređenju sa drugim oblikovanim delovima imaju dovoljnu stabilnost i biće interesantni za različite primene.

[0031] Izraz "kokice" u smislu predmetnog pronalaska naročito obuhvata sve materijale koji, kao kukuruz kokičar (Zea mays, convar. Microsperma) – opciono posle odgovarajućeg namašćivanja, pri brzom zagrevanju na visokim temperaturama eksplodiraju, pri čemu se voda koja se nalazi u zrnu naglo pretvara u paru i tako skrobove sadržane u zrnu prevodi u konzistenciju nalik peni. Takvo ponašanje je, između ostalog, poznato kod kinoe, amaranta, pirinča ili isto tako kod pšenice, a materijali koji su bazirani na ovim osnovnim materijama u smislu predmetnog pronalaska takođe se eksplicitno nazivaju i obuhvaćeni su izrazom "kokice", pri čemu izraz "kokice" ne treba ograničavati samo na kukuruz i on je izabran naročito iz razloga jednostavnosti, preglednosti i čitljivosti.

[0032] Izraz "kontrolisano" naročito obuhvata korišćenje odgovarajućeg izvora zračenja.

[0033] Trebalo bi naglasiti da u narednom opisu postupka, kada je reč o "oblikovanim delovima", onda on takođe treba da obuhvati pripremke oblikovanog dela pri proizvodnji. Izraz "oblikovani deo" ne treba eksplicitno ograničavati samo na gotovi oblikovani deo, već takođe i na materijale ili predmete od kojih se oblikovani delovi proizvode u postupku proizvodnje; korišćenje izraza "oblikovani deo" takođe i za materijale pripremaka i predmete pripremke ne vrši se za svrhe ograničenja, već, između ostalog, radi bolje čitljivosti.

[0034] Pod pojmom "proizvodnja oblikovanih delova" u smislu predmetnog pronalaska naročito se podrazumeva korak postupka u kome se formira stvarni oblik oblikovanog dela. Drugim rečima, u predloženom postupku se u toku formiranja oblika oblikovanog dela, isti privremeno izlaže kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz.

[0035] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja postupak se izvodi tako da pri korišćenju elektromagnetnog zračenja dolazi do bar delimične adhezije i/ili topljenja na površini oblikovanog dela.

[0036] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja postupak se izvodi tako da se pri korišćenju elektromagnetnog zračenja najmanje u jednom području na površini oblikovanog dela ostvaruje temperatura ≥ 70°C. Ovo se prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska može dogoditi isključivo korišćenjem elektromagnetnog zračenja, dok su prema jednom varijantnom primeru izvođenja pronalaska predviđena dodatna grejna sredstva. To mogu biti npr. grejni elementi ili isto tako korišćenje vrele pare.

[0037] Prvenstveno se postupak izvodi tako da se pri korišćenju elektromagnetnog zračenja bar u jednom području na površini oblikovanog dela ostvaruje temperatura ≥ 100°C, još poželjnije ≥ 150°C.

[0038] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja elektromagnetno zračenje ima snagu od ≥ 20 W do ≤ 5000W, još poželjnije ≥ 50 W do ≤ 4000W, još poželjnije ≥ 80 W do ≤ 3000W, kao i najpoželjnije ≥ 100 W do ≤ 2500W.

[0039] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja oblikovani deo se izlaže elektromagnetnom zračenju tako da gustina snage (izmerena u odnosu na površinu oblikovanog dela) iznosi od ≥ 1 W/cm<2>do ≤ 250 W/cm<2>, još poželjnije ≥ 2 W/cm<2>do ≤ 200 W/cm<2>, još poželjnije ≥ 5 W/cm<2>do ≤ 150 W/cm<2>, kao i najpoželjnije ≥ 10 W/cm<2>do ≤ 100 W/cm<2>.

[0040] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska amplituda elektromagnetnog zračenja iznosi od ≥ 1 kV do ≤ 10 kV.

[0041] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska u toku proizvodnje se koriste radiotalasi. Pod njima se naročito podrazumevaju talasi u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300 MHz.

[0042] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska u toku proizvodnje se koriste mikrotalasi. Pod njima se naročito podrazumevaju talasi u frekventnom području od ≥300 MHz do ≤300 GHz.

[0043] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja postupak sadrži korak presovanja, a tokom presovanja se ispresovani oblikovani delovi privremeno podvrgavaju kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz. Naročito je podesno frekventno područje između 25 MHz i 30 MHz.

[0044] Postupak prema pronalasku sadrži sledeće korake:

[0046] a) pravljenje kokica,

[0047] b) hidrofobizaciju kokica napravljenih u koraku a) pomoću polimera

[0048] c) opcioni naknadni tretman,

[0049] d) opciono dodavanje veziva,

[0050] e) proizvodnju oblikovanog dela,

[0051] f) opciono oblaganje površine oblikovanog dela; i

[0052] g) opcionu laminaciju.

[0053] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska stoga je predviđeno da se bar u koraku e) postupka oblikovani delovi izlažu kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300 GHz. Pojedinačni koraci postupka su detaljnije objašnjeni u nastavku, pri čemu se proizvoljni delovi koraka mogu proizvoljno kombinovati sa drugima.

[0055] a) Pravljenje kokica

[0057] Ekspandovanje zrna kukuruza može se ostvariti različitim postupcima.

[0058] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska kokice koje se koriste za proizvodnju oblikovanih delova prave se nadimanjem. Pri tome, u zavisnosti od primene, mogu se koristiti neizmenjena zrna ili se podesno seme, npr. zrna kukuruza za ishranu prvo melju, a onda se kukuruzna prekrupa zatim ekspanduje u definisanom procesu pod dejstvom pritiska i temperature u skladu sa Bikselovim postupkom (WO 1999042005A1). Drugi postupci za nadimanje zrna koja sadrže skrob su npr. vrele ploče, mašine sa vrelim vazduhom i mikrotalasi.

[0059] Jedan poželjni primer izvođenja pronalaska primenjuje takozvani Cerex postupak firme Cerex AG, CH-3368 Blajenbah. Postupak se može podeliti u tri sekcije: element za predgrevanje, reaktor, kao i ekspanziona komora. Prvo se kukuruzna prekrupa ujednačeno zagreva u elementu za predgrevanje na pribl.100 °C, posle čega se kukuruz tretira u reaktoru pomoću vrele pare i na kraju procesa se kukuruz uvodi u ekspanzionu komoru. Ovde se zrna kukuruza (kukuruzna prekrupa) tokom određenog vremenskog perioda putem smanjenja pritiska dovode do ekspandovanja. Na kraju se ekspandovani materijali sakupljaju i odvajaju od sastojaka koji nisu ekspandovani (Biksel, bez datuma). Pretvaranje kukuruzne prekrupe u granule kokica po Cerex postupku kod većine primena se izvodi skoro do 100 %, isključivo sa manje od 5 % prekrupe koja ne ekspanduje.

[0060] Dalje, pre koraka b) kokice se mogu još jednom usitniti, tako da prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska postupak sadrži korak a1) koji se izvodi između koraka a) i b):

[0062] a1) Usitnjavanje ekspandovanih kokica

[0063] Pri tome se korak a1) može izvesti pomoću bilo koje uobičajene tehnike proizvodnje.

[0065] b) Opciona hidrofobizacija pomoću polimera

[0067] U koraku b) se kokice hidrofobizuju tako da su na kraju u suštini okružene polimerom. Ovo se može prvenstveno izvesti tako što se kokice mešaju i pri tome prskaju polimerom i/ili prekursorskim supstancama, odn. rastvorom koji sadrži polimer i/ili prekusorske supstance.

[0068] Posle hidrofobizacije, odn. procesa oblaganja prvenstveno nastaje sipkavi hidrofobni granulat kokica koji se može transportovati (npr. pneumatski). Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska polimer se bira tako da posle hidrofobizacije postoji mogućnost da se obložene granule kokica umreže.

[0070] c) Opcioni naknadni tretman

[0072] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska posle koraka b) se izvodi naknadni tretman dobijenih hidrofobizovanih kokica. Prvenstveno se vrši zagrevanje na temperaturu od ≥ 60 °C do ≤150°C.

[0073] Ovo se pokazalo kao podesno kod mnogih primena, pošto se hidrofobna svojstva dobijenih granula kokica mogu još više poboljšati.

[0075] d) Opciono dodavanje veziva

[0077] U zavisnosti od primene može biti dodato naredno vezivo. Kao veziva se naročito mogu koristiti termoplasti, duroplasti, aminoplasti, fenoplasti, izocijanati, proteini, tanini, skrobovi, sintetička veziva ili prirodna veziva ili smeše veziva, kao što su npr. urea-formaldehidna smola, melamin-formaldehidna smola, melaminom ojačana urea-formaldehidna smola, tanin-formaldehidna smola, fenol-formaldehidna smola, polimerni difenil-metan-di-izocijanat ili prvenstveno njihove smeše.

[0078] Pri tome udeo veziva u oblikovanom delu prvenstveno iznosi (u tež. % u odnosu na težinu oblikovanog dela) ≤ 10 %, poželjno ≤ 5 %.

[0079] Nanošenje veziva može se izvršiti bilo kojim uobičajenim postupkom mešanja ili strujanja, npr. prskanjem granulata u različitim jedinicama za mešanje.

[0080] e) Proizvodnja oblikovanog dela

[0082] U toku proizvodnje oblikovanog dela isti se prema pronalasku privremeno izlaže kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz.

[0083] Prvenstveno može biti predviđeno da se granule kokica stavljaju u kalup i da se isti privremeno izloži kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz.

[0084] Oblikovani deo se prvenstveno proizvodi od granula kokica pod blago povišenim pritiskom i/ili temperaturom. U toku ovog koraka koristi se kontrolisano elektromagnetno zračenje u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz.

[0085] Pri tome su poželjni pritisci (nadpritisak) ≥ 0,1 bar i ≤ 10 bar, poželjno ≤ 6 bar, kao i najpoželjnije ≤ 5-7 bar.

[0086] Alternativno tome, međutim, oblikovani deo se isto tako može proizvesti pod potpritiskom. Poželjni potpritisci su pri tome ≥ 0,1 bar i ≤ 3 bar.

[0087] Poželjna vremena presovanja su pri tome ≥ 0,5 s/mm oblikovanog dela i ≤ 24 s/mm oblikovanog dela, poželjno ≤ 8 s/mm oblikovanog dela.

[0088] Za proizvodnju oblikovanog dela kao takvog prvenstveno se koriste dve tehnike:

[0090] 1) Oblikovanje presovanjem u kalupu

[0092] Ovaj postupak je posebno podesan za blago zakrivljene ili ravne komponente. Glavno područje primene ovog postupka je obično automobilska industrija, te industrija ambalaže gde se koristi za proizvodnju većih komponenata sa dvodimenzionalnom ili trodimenzionalnom strukturom.

[0093] Na početku postupka se masa za oblikovanje, tj. kokice obložene polimerom event. sa narednim vezivom uvode u šupljinu i zatvaraju uz primenu klipa za pritiskanje. Zahvaljujući pritisku masa za oblikovanje dobija prethodno zadati oblik od strane alata. Masa za oblikovanje koja se nalazi u šupljini zagreva se pod pritiskom i uz ozračivanje elektromagnetnim zračenjem u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz.

[0094] Pri korišćenju duroplasta kao polimera temperatura, između ostalog, služi kao dejstvo na proces očvršćavanja, a kod termoplasta za topljenje plastike. Posle toga se gotov deo može ukloniti iz alata za oblikovanje i opc. naknadno ili dalje tretirati, odn. obložiti ili laminirati (npr. folijama na bazi skroba ili PU folijama).

[0096] 2) Korišćenje automatskih mašina za oblikovanje delova

[0098] Kod ove tehnike uglavnom se koriste specijalne mašine za oblikovanje delova koje omogućavaju visoke pritiske i/ili temperature. Pri tome se prvi procesni korak sastoji u pneumatskom komprimovanju mase za oblikovanje (tj. opciono polimerom obloženih kokica sa opc. narednim vezivom) i punjenju zatvorene specijalne automatske mašine za oblikovanje delova komprimovanom masom za oblikovanje. Alternativno tome, masa za oblikovanje takođe se može uvesti u šupljinu pomoću vakuuma.

[0099] Pomoću kontrolisanog elektromagnetnog zračenja u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz i opc. pritiska masa za oblikovanje se dovodi na željenu temperaturu očvršćavanja i time se, u zavisnosti od primene, polimer u potpunosti umrežava.

[0100] Posle umrežavanja, odn. fuzionisanja čestica kokica, u poslednjem procesnom koraku oblikovani deo se uklanja iz dela kalupa. Posle toga se oblikovani delovi oblažu ili laminiraju (npr. folijama na bazi skroba, PU folijama ili PLA folijama, flokiranjem).

[0102] f) Opciono oblaganje površine oblikovanog dela

[0104] U zavisnosti od primene površina oblikovanog dela se još može obložiti, npr. nanošenjem boja, na primer, lakiranjem. Međutim, površina oblikovanog dela se takođe može flokirati, u zavisnosti od primene, a takođe može biti poželjno da se nanese još jedan drugi impregnacioni sloj.

[0106] g) Opciona laminacija

[0107] Međutim, u zavisnosti od primene, takođe se alternativno ili dodatno tome može izvršiti laminacija. Pri tome se mogu koristiti uobičajena sredstva za laminaciju, kao što su lak, lepak ili vosak.

[0108] Predmetni pronalazak se osim toga odnosi na oblikovani deo, koji je proizveden postupkom prema pronalasku.

[0109] Pri tome prema jednom poželjnom izvođenju pronalaska oblikovani deo sadrži i polimer i vezivo.

[0110] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja oblikovani deo u suštini sadrži kokice, polimer i vezivo, odn. u suštini se sastoji od njih.

[0111] "U suštini" u smislu predmetnog pronalaska označava udeo ≥ 95 % (težine), poželjno ≥ 97 %, još poželjnije ≥ 99 %. Prema predmetnom pronalasku stoga je najveći deo kokica okružen polimerom.

[0112] Prvenstveno sabrani udeo polimera i veziva iznosi ≤ 15% (tež./tež.) u odnosu na oblikovani deo, još poželjnije ≤ 10% (tež./tež.). Manji udeo polimera i veziva (ukoliko su predviđeni) je poželjan, pošto je tada oblikovani deo lakši i povećava se udeo sirovina koje se mogu reciklirati (= kokice).

[0113] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja oblikovani deo se u suštini sastoji od kokica. Kod mnogih izvođenja predmetnog pronalaska utvrđeno je da se pomoću postupka prema pronalasku vezivo u velikoj meri može izostaviti, što je prednost predmetnog pronalaska.

[0114] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja u oblikovanom delu se koriste cele kokice, tj. cela zrna i/ili seme ekspanduju i kokice se posle toga ne koriste u iseckanom (usitnjenom) ili samlevenom obliku.

[0115] Prema jednom varijantnom i isto tako poželjnom primeru izvođenja koriste se kokice koje su napravljene od prethodno usitnjenih polaznih materijala (npr. kukuruzne prekrupe). Opciono se ekspandovane granule mogu još usitniti pre prerade u oblikovane delove.

[0116] Prirodno, takođe su poželjni primeri izvođenja u kojima se u oblikovanom delu koriste kako cele, tako i kokice obrađene prema prethodnom paragrafu.

[0117] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska udeo masti u kokicama pre prerade iznosi ≤ 10 (tež.) %.

[0118] Pod "udelom masti" u kokicama se pri tome ne podrazumeva mast u kokicama, već udeo masti upotrebljene za hidrofobizaciju epiderma semena, što rezultuje boljim zadržavanjem vode sadržane u semenu.

[0119] Kod mnogih primena u okviru predmetnog pronalaska kao podesno se pokazalo da se ovaj udeo masti održi što je moguće manjim, pošto to olakšava dalju preradu kokica. Prvenstveno udeo masti iznosi ≤ 5 (tež.) %, a prema jednom posebno poželjnom primeru izvođenja ne dodaje se mast radi promene konzistencije (pretvaranja) (="nadimanja").

[0120] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska kokice korišćene za proizvodnju trodimenzionalnih oblikovanih delova se posle nadimanja prevlače polimerom (coating). Pod "prevlačenjem" se pri tome podrazumeva da su pojedinačne čestice kokica okružene i/ili obuhvaćene polimerom, koji je sačinjen od sintetičkih i/ili bioloških sastojaka. Međutim, pri tome prvenstveno ne dolazi ni do kakve ili samo do male opšte adhezije, tako da npr. kokice posle okruživanja i pre dalje prerade kao takve predstavljaju granulat, tj. sipkave su.

[0121] Polimer, koji okružuje kokice, prvenstveno je hidrofobni polimer. Podesni polimeri su izabrani iz grupe koja sadrži termoplastike, kao što su polipropilen, polietilen, polivinilhlorid, polistirol, poliakrilat i duroplasti, a naročito kondenzovane aminoplastne smole. Dalje, podesni su polimeri na biološkoj osnovi, kao što su npr. polimlečne kiseline (PLA), polihidroksi kiseline, kao što je npr. polihidroksibuterna kiselina, ili derivati celuloze za prevlačenje pojedinačnih granula kokica. Polimer se takođe može sastojati od njihove proizvoljne smeše.

[0122] Pri tome udeo polimera u oblikovanom delu prvenstveno iznosi (u tež. % u odnosu na težinu oblikovanog dela) ≤ 5%, a prvenstveno ≤ 3%.

[0123] Prema jednom poželjnom primeru izvođenja pronalaska oblikovani deo sadrži vezivo. Kao vezivo naročito se koriste termoplasti, duroplasti, aminoplasti, fenoplasti, izocijanati, proteini, tanini, skrobovi, sintetička veziva ili prirodna veziva, ili smeše veziva, kao što su npr. urea-formaldehidna smola, melamin-formaldehidna smola, melaminom ojačana-urea-formaldehidna smola, tanin-formaldehidna smola, fenolformaldehidna smola, polimerni difenil-metan-di-izocijanat, poliuretan ili prvenstveno njihove smeše.

[0124] Pri tome udeo veziva u oblikovanom delu prvenstveno iznosi (u tež. % u odnosu na težinu oblikovanog dela) ≤ 10 %, a prvenstveno ≤ 5 %.

[0125] Odnos veziva prema polimeru (u tež/tež) prvenstveno iznosi od ≥1:1 do ≤10:1. Ovo se pokazalo kao poželjno za mnoge primene u okviru predmetnog pronalaska. Odnos veziva prema polimeru (u tež/tež) prvenstveno iznosi od ≥1,5:1 do ≤5:1.

[0126] Oblikovani delovi prema pronalasku i/ili oblikovani delovi proizvedeni postupkom prema pronalasku mogu se koristiti u mnoštvu primena, uključujući (ali bez ograničavanja na njih): ambalažni materijali (npr. rashladne kutije, zaštitna ambalaža za električne uređaje, posude za začine itd.), automobilski delovi (npr. nasloni za glavu, štitnici protiv sunca, školjke dečijih sedišta, izolacione ploče za obloge unutašnjosti vrata i obloge kabina kampera), izolacioni materijali (npr. električnih uređaja), escajg, sportski artikli (npr. podloge za jogu, nasloni za vrat), igračke (npr. kocke, table za društvene igre, slagalice), okviri za slike, korpe za poklone, akustični kompozitni oblikovani delovi, delovi za kampere itd.

[0127] Gore navedene komponente, kao i one za koje je zatražena zaštita i opisane su u primerima izvođenja, koje se koriste prema pronalasku, ne podležu po svojoj veličini, obliku izvođenja, izboru materijala i tehničkoj koncepciji nikakvim posebnom izuzetnim uslovima, tako da se kriterijumi za izbor koji su poznati u oblasti primene mogu primeniti bez ograničenja.

[0128] Drugi detalji, karakteristike i prednosti predmeta pronalaska proizilaze iz zavisnih zahteva, kao i narednog opisa pripadajućeg nacrta, na kojima je – ilustrativno – prikazano više primera izvođenja postupka prema pronalasku. Na nacrtu prikazuje:

[0130] slika 1 do slika 3 šematski tok postupka proizvodnje oblikovanog dela prema pronalasku prema prvom primeru izvođenja;

[0132] slika 4 šematski tok postupka proizvodnje oblikovanog dela prema pronalasku prema drugom primeru izvođenja; kao i

[0134] slika 5 dijagram koji prikazuje svojstva apsorpcije zvuka oblikovanog dela prema pronalasku, kao i komparativnih materijala.

[0136] [0074] Slike 1 do 3 prikazuju šematski tok postupka proizvodnje oblikovanog dela prema pronalasku prema prvom primeru izvođenja. U njemu se u koraku 1, prikazanom na slici 1, masa 10 za oblikovanje, koja se sastoji od kokica okruženih polimerom sa event. narednim vezivom uvodi u šupljinu koju formiraju dva odgovarajuća oblikovana tela 20 i 21. U koraku 2, prikazanom na slici 2, oblikovani deo se izlaže kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz, tako da se pod dejstvom zračenja (i event. pritiska) formira oblikovani deo 30, koji se onda u koraku 3, prikazanom na slici 3, uklanja.

[0137] Slika 4 prikazuje šematski tok postupka proizvodnje oblikovanog dela prema pronalasku prema drugom primeru izvođenja pomoću automatske mašine za oblikovanje delova. Ovde se prvo zatvara šupljina koju formiraju dva oblikovana tela 40 i 41 (korak A), posle čega se ona puni masom 10 za oblikovanje pod pritiskom (korak B).

[0138] Posle ozračivanja elektromagnetnim zračenjem u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHzm event. pod pritiskom (korak C) i hlađenja (korak D) dobijeni oblikovani deo 30 se zatim može ukloniti.

[0139] Pronalazak će pored toga biti objašnjen na osnovu primera koji su čisto ilustrativni i ne treba ih smatrati ograničavajućim.

[0141] 1) Proizvodnja dvo- i trodimenzionalnih oblikovanih delova pomoću radiotalasa

[0143] Za proizvodnju oblikovanih delova od granulata kokica pomoću tehnologije radiotalasa bio je obezbeđen granulat kokica sa različitim vezivima.

[0144] Kod 1. varijante (vidi tabelu 1) upotrebljeni su polimer na bazi polipropilena i urea-formaldehidna smola (UF, BASF Kaurit 350). U prvom koraku je nanet polipropilen 1 % atro (bazirano na granulatu kokica), a posle toga je na kokice raspršena UF u jedinici za nanošenje. U drugom procesnom koraku je obloženi materijal pomoću automatskog transportnog uređaja sa mlaznicama za brizganje bio uveden u šupljinu automatske mašine za oblikovanje delova, u kojoj je generisan opcioni nadpritisak (npr. 0,1 do 6 bar) i pribl. 5 do 7 kV radiotalasa. U zavisnosti od debljine i nasipne gustine oblikovanog dela bila su korišćena vremena boravka od 15 do 50 sekundi. U poslednjem procesnom koraku gotovi oblikovani deo bio je uklonjen iz šupljine. U tab. 1 su navedena mehaničko-tehnološka svojstva ovih oblikovanih delova koji su proizvedeni na taj način. Umesto polimera i UF smole u sledećim testovima su bili korišćeni samo UF smola (vidi tabelu 2) i prirodna veziva na bazi albumina i na bazi proteina repice (vidi tabelu 3).

[0146] Tab. 1: Mehaničko-tehnološka svojstva i vrednosti emisije formaldehida za oblikovane delove vezane sa PP i UF smolom sa različitim gustinama i debljinama posle umrežavanja pomoću radiotalasa

[0147]

[0150] Tab. 2: Mehaničko-tehnološka svojstva i vrednosti emisije formaldehida za oblikovane delove vezane sa UF smolom sa različitim gustinama i debljinama posle umrežavanja pomoću radiotalasa

[0152]

[0155] Tab. 3: Mehaničko-tehnološka svojstva i vrednosti emisije formaldehida za oblikovane delove vezane sa albuminom ili proteinom repice sa različitim gustinama posle umrežavanja pomoću radiotalasa

[0157]

[0158]

[0161] Dalje je za proizvodnju fleksibilnih oblikovanih delova debljine 20 mm od granulata kokica izveden dvostruki proces nanošenja, u kome su prvo granule kokica bile obložene tečnim želatinom (pribl. 50 % udeo čvrste materije, firma Fritz Häcker GmbH) sa % dozom u odnosu na atro kokice. Posle sušenja na 70 °C u sušari za brzo sušenje materijal sa MUF (66% udeo čvrste materije, BASF Kauramin 620), UF (BASF Kaurit 350) i PUR (Hexion) u različitim dozama atro bio je nanet na kokice obložene želatinom i kao masa za oblikovanje je uveden u šupljinu, gde je umrežen uz korišćenje nadpritiska (npr. 0,1 do 6 bar) i radiotalasa. Posle ukupno 30 sekundi (1,5 s/mm debljine ploče) gotovi, fleksibilni oblikovani deo je uklonjen iz šupljine, pa je kondicioniran. U tab. 4 su navedena mehaničko-tehnološka svojstva ovih fleksibilnih oblikovanih delova.

[0163] Tab. 4: Mehaničko-tehnološka svojstva i vrednosti emisije formaldehida oblikovanih delova vezanih sa želatinom, UF smolom, MUF smolom i PUR posle umrežavanja pomoću radiotalasa

[0165]

[0168] 2) Proizvodnja dvo- i trodimenzionalnih oblikovanih delova pomoću radiotalasa bez veziva

[0170] [0081] Granulat kokica prema primeru 1) bio je proizveden prema Bikselovom postupku i posle toga je bio presovan bez bilo kakvog ovlaživanja sintetičkim i/ili prirodnim vezivima i aditivima u automatskim mašinama za oblikovanje delova pomoću radiotalasa na 6 kV i pod nadpritiskom od 0,5 bar. Kao iznenađujuće se pokazalo da je takođe i bez dodataka bilo kakvog veziva i aditiva došlo do određenog umrežavanja između pojedinačnih granula kokica, što je bila posledica karamelizacije i istovremene Majlardove reakcije na površini skrobnih granula. Shodno tome, određena su sledeća mehaničko-tehnološka svojstva (tabela 5).

[0172] Tab. 5: Mehaničko-tehnološka svojstva oblikovanih delova bez veziva posle umrežavanja pomoću radiotalasa

[0174]

[0177] 3) Proizvodnja dvo- i trodimenzionalnih oblikovanih delova pomoću radiotalasa uz korišćenje PLA (polilaktična kiselina, polimlečna kiselina)

[0179] Za proizvodnju oblikovanih delova od granulata kokica pomoću tehnologije radiotalasa i PLA granulat kokica je bio tretiran kao što sledi:

[0180] Praškasta PLA je pomešana u dozi od 8 % atro (bazirano na granulatu kokica) u jedinici za nanošenje uz korišćenje vrelog vazduha na 140 °C sa granulatom kokica. Zahvaljujući zagrevanju PLA je postala tečljiva i istovremeno se ravnomerno raspodelila po površini kokica. Posle toga granulat obložen sa PLA je uveden u automatsku mašinu za oblikovanje delova i očvrsnuo je pomoću radio talasa na 8,3 kV i pod potpritiskom od 2,8 bar za 4 s/mm debljine oblikovanog dela (debljina zida 20 mm).

[0181] U poslednjem procesnom koraku gotovi oblikovani deo je uklonjen iz šupljine. U sledećoj tabeli 6 su predstavljena mehaničko tehnološka svojstva:

[0183] Tab. 6: Mehaničko-tehnološka svojstva oblikovanih delova vezanih sa PLA posle umrežavanja pomoću radiotalasa

[0185]

[0186]

[0189] 4) Proizvodnja dvo- i trodimenzionalnih oblikovanih delova pomoću mikrotalasa

[0191] Za proizvodnju oblikovanih delova od granulata kokica pomoću tehnologije mikrotalasa bio je obezbeđen granulat kokica sa melaminom ojačanom ureaformaldehidnom smolom (MUF, BASF Kauramin 620).

[0192] Prvo je bio nanet MUF sa 8 % atro (u odnosu na granulat kokica) u jedinici za nanošenje na kokice. Posle toga je obloženi materijal uveden pomoću pneumatskog sistema za punjenje u šupljinu automatske mašine za oblikovanje delova, u kojoj je izvršeno dielektrično zagrevanje granulata kokica na pribl. 1,2 do 3 kW snage mikrotalasa. U zavisnosti od debljine i nasipne gustine oblikovanog dela bila su korišćena vremena boravka do 90 sekundi. Konačno, gotovi oblikovani deo je uklonjen iz šupljine. U tab.7 su navedena mehaničko-tehnološka svojstva oblikovanih delova napravljenih pomoću tehnologije mikrotalasa.

[0194] Tab. 7: Mehaničko-tehnološka svojstva i vrednosti emisije formaldehida oblikovanih delova vezanih sa MUF smolom sa različitim gustinama i debljinama posle umrežavanja pomoću mikrotalasa

[0196]

[0197] 5) Proizvodnja dvo- i trodimenzionalnih oblikovanih delova sa različitim veličinama granulata kokica pomoću radiotalasa uz korišćenje PLA (polilaktična kiselina, polimlečna kiselina) i urea-formaldehidne smole (UF)

[0199] Za proizvodnju oblikovanih delova od granulata kokica pomoću tehnologije radiotalasa i PLA i UF granulat kokica je bio tretiran kao što sledi:

[0200] Granulat kokica je razdvojen direktno posle procesa ekspandovanja na različite veličine granulata (frakcija 1: 1 mm - 2,5 mm i frakcija 2: 2,6 mm - 4,5 mm) i tretiran je odvojeno.

[0201] Tečni rastvor PLA nanet je u dozi od 5 - 8 % atro (u odnosu na granulat kokica) u jedinici za nanošenje odvojeno na obe frakcije. Obe frakcije su osušene na pribl. 60 - 80 °C. Posle toga su frakcije obložene sa PLA u jedinici za nanošenje bile obložene sa 5 - 8 % UF smole i u zavisnosti od gor. nav. veličine frakcije 1 i 2 naizmenično pneumatski uvođene u automatsku mašinu za oblikovanje delova. Pri tome su nastali višeslojni oblikovani delovi u kojima su različite frakcije bile složene jedna na drugoj. Pri tome je takođe postojala mogućnost da se, u zavisnosti od svojstava oblikovanih delova, veličine granulata kokica kontrolisano mešaju, čime su sile adhezije pojačane na pojedinačnim površinama granulata. Oblikovani delovi su očvrsnuli pomoću radiotalasa na 7 kV i potpritisku od 0,6 bar za 4 s/mm debljinu oblikovanog dela.

[0202] U poslednjem procesnom koraku gotovi oblikovani deo se uklanja iz šupljine. U sledećoj tabeli 8 su predstavljena mehaničko tehnološka svojstva:

[0204] Tab. 8: Mehaničko-tehnološka svojstva oblikovanih delova vezanih sa PLA i UF posle umrežavanja pomoću radiotalasa

[0206]

[0207] Trebalo bi imati u vidu da procesi proizvodnje prema pronalasku mogu dalje varirati, što predstavlja dodatne poželjne primere izvođenja pronalaska.

[0208] Tako se kod jedne naredne varijante frakcije 1 i 2 prvo zajedno oblažu, lepe, a tek onda razdvajaju.

[0209] Dalje, treba imati u vidu da je moguće da se, između ostalog, varijacijom različitih veličina granulata ostvare pozitivni efekti, kao što su bolja površinska adhezija, bolja svojstva apsorpcije zvuka, slabija svojstva provođenja toplote, a time se značajnije poboljšavaju fizičko-tehnološka svojstva.

[0210] Naročito su još detaljnije ispitana svojstva apsorpcije zvuka. Slika 5 prikazuje svojstva apsorpcije zvuka prema pronalasku ravnih oblikovanih delova napravljenih od kokica (gornja kriva u području od 1500-2000Hz) sa kojima su upoređeni Basotec L 20 materijali (donja kriva u području od 1500-2000 Hz) dostupni na tržištu. DIN 11654, koji je isto tako naveden kao referenca, opisuje preporučene granice apsorpcije zvuka u frekventnom području 0 do 4000 Hz. Može se uočiti da su oblikovani delovi od kokica veoma podesni za apsorpciju zvuka i da čak prevazilaze neke komercijalno dostupne materijale.

[0211] Pojedinačne kombinacije sastojaka i karakteristika iz već navedenih izvođenja su ilustrativne; izmena i zamena ovih doktrina drugim doktrinama koje su sadržane u ovom dokumentu se isto tako eksplicitno razmatraju zajedno sa citiranim dokumentima. Stručnjak iz odgovarajuće oblasti će shvatiti da se varijacije, modifikacije i druga izvođenja koja su ovde opisana isto tako mogu izvesti bez izlaska iz okvira pronalaska koji je definisan u patentnim zahtevima.

[0212] Shodno tome, gore navedeni opis je ilustrativan i ne treba ga smatrati ograničavajućim. Reč "sadrži" upotrebljena u patentnim zahtevima ne isključujje druge sastojke ili korake. Neodređeni član "jedan" ne isključuje značenje množine. Sama činjenica da su određene mere navedene u međusobno različitim patentnim zahtevima ne ukazuje da se kombinacija ovih mera ne može podesno koristiti. Okvir pronalaska je definisan u sledećim patentnim zahtevima i pripadajućim ekvivalentima.

Claims

1. Patentni zahtevi

1. Postupak za proizvodnju oblikovanih delova koji sadrže kokice, pri čemu se u toku proizvodnje oblikovanih delova isti privremeno izlažu kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz, koji sadrži korake

a) pravljenje kokica,

b) hidrofobizaciju kokica napravljenih u koraku a) pomoću polimera c) opcioni naknadni tretman,

d) opciono dodavanje veziva,

e) proizvodnju oblikovanog dela,

f) opciono oblaganje površine oblikovanog dela,

g) opcionu laminaciju.

2. Postupak prema zahtevu 1, pri čemu se koriste radio i/ili mikrotalasi.

3. Postupak prema zahtevu 1 ili 2, koji sadrži korak presovanja kod koga se ispresovani oblikovani delovi privremeno podvrgavaju kontrolisanom elektromagnetnom zračenju u frekventnom području od ≥30 kHz do ≤300GHz.

4. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 3, pri čemu pri korišćenju elektromagnetnog zračenja dolazi do bar delimične adhezije i/ili topljenja na površini oblikovanog dela.

5. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 4, pri čemu se pri korišćenju elektromagnetnog zračenja ostvaruje temperatura ≥ 70°C bar u jednom području na površini oblikovanog dela.

6. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 5, pri čemu elektromagnetno zračenje ima snagu od ≥ 20 W do ≤ 5000W.

7. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 6, pri čemu gustina snage (mereno u odnosu na površinu oblikovanog dela) iznosi od ≥ 1 W/cm<2>do ≤ 250 W/cm<2>.

8. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 7, pri čemu d) nije opciono i kao vezivo se koriste termoplasti, duroplasti, aminoplasti, fenoplasti, izocijanati, proteini, tanini, skrobovi, sintetička veziva ili prirodna veziva, ili smeše veziva, kao što su urea-formaldehidna smola, melamin-formaldehidna smola, melaminom ojačana-urea-formaldehidna smola, tanin-formaldehidna smola, fenol-formaldehidna smola, polimerni difenil-metan-di-izocijanat, ili njihove smeše.

9. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 8, pri čemu se korak e) izvodi putem oblikovanja presovanjem i/ili korišćenjem automatske mašine za oblikovanje delova.

10. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 9, pri čemu se u koraku e) koristi vreme presovanja ≥ 0,5 s/mm oblikovanog dela i ≤ 24 s/mm oblikovanog dela.

11. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 10, pri čemu se u koraku e) koristi nadpritisak ≥ 0,1 bar i ≤ 10 bar.

12. Postupak prema jednom od zahteva 1 do 10, pri čemu se u koraku e) koristi potpritisak ≥ 0,1 bar i ≤ 3 bar.

13. Oblikovani deo dobijen postupkom prema jednom od zahteva 1 do 12, pri čemu se oblikovani deo u suštini sastoji od kokica.

14. Primena oblikovanih delova prema zahtevu 13 i/ili oblikovanih delova napravljenih postupkom prema jednom od zahteva 1 do 12 za:

- akustične kompozitne oblikovane delove,

- ambalažne materijale,

- rashladne kutije,

- zaštitna pakovanja za električne uređaje,

- posude za začine,

- automobilske delove,

- delove za kampere,

- naslone za glavu,

- štitnike protiv sunca,

- školjke dečijih sedišta,

- izolacione ploče,

- izolacione materijale (npr. za električne uređaje), - escajg,

- sportske artikle,

- podloge za jogu,

- naslone za vrat,

- igračke,

- ramove za slike,

- korpe za poklone.