WO2011020937A1 - Perfiles estructurales para la fabricación de utensilios domésticos y proceso para obtener esos perfiles - Google Patents
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Definitions
- the present invention refers to structural profiles for the manufacture of household utensils and process for obtaining those profiles.
- the structural profiles of the invention are manufactured by materials from plastic waste in which its major component is a high elastic modulus polymer such as PET, polyamide,
- ABS etc.
- high elastic modulus fiber residues such as glass, carbon, boron, basaltic, aramid fibers, etc.
- the structural profiles are obtained by kneading and subsequent extrusion with some particular characteristics.
- profiles for the manufacture of household utensils such as handles for brooms and scrubbers are made of steel, aluminum or wood, and generally with a diameter of about 22 mm; being abundant steel for its low cost and low weight that makes them very manageable.
- the profiles used as structural elements in other household utensils are usually made of steel or aluminum due to their rigidity and their ability to be welded.
- the structural profiles for the manufacture of household utensils are characterized in that they are manufactured at least partially with first waste and preferably with waste from bottles and other PET parts with scrap residues of fiber fabrics of glass.
- These first residues cited comprise pieces of materials such as those described in the background section of the invention.
- composition of the structural profiles of the invention to obtain the handles is as follows.
- the central tube comprises between 30 and 70% fiberglass and preferably between 40 and 60% fiberglass.
- PET waste that can contain up to 20% PE to improve its impact resistance.
- PE Preferably between 40 and 60% PET.
- the adhesive polymer of the outer and inner layers of the corresponding container or profile of the present invention is selected from the group comprising:
- SEBS graft polar groups
- the graft polar groups are maleic anhydride or acrylic acid. In an even more preferred embodiment, the graft polar groups are in a proportion less than 15% by weight with respect to the adhesive polymer.
- the grafted polar group is maleic anhydride and is in a proportion less than 5% by weight of the adhesive polymer. In an even more preferred embodiment, the proportion of maleic anhydride is less than 3% by weight.
- the grafted polar group is acrylic acid and is in a proportion less than 7% by weight of the adhesive polymer.
- the fiberglass if presented in scraps, should be cut to a size of about 3 to 20 mm, preferably between 5 and 15 mm, so that it can then be fed in the form of continuous dosing into the extruder, in case that comes from resinated composites, these must be ground until they are defibrated the resin in powder form and the glass fibers at a size that varies between 1 and 10 mm.
- the extrusion of the pretreated materials can be carried out by kneading in a molten state by means of known equipment such as those provided with two screw extruders (sliding or not) although it is not totally limited to this last possibility.
- known equipment such as those provided with two screw extruders (sliding or not) although it is not totally limited to this last possibility.
- twin screw extrusion equipment there are also twin screw extrusion equipment.
- equipment with a single screw extruder may be preferable following intensive mixing or kneading equipment that performs kneading and granulating extrusion operations.
- extruder / mixer preferably with sliding spindles, and preferably with intermediate gas extraction by vacuum pump
- extruders / mixers suitable for multi-spindle PET are also suitable.
- the extrusion nozzle will preferably have two or more layers in co-extrusion of total or partial coating of the handle with polymers of different nature colored or not like PET, PP, PC, TPE (thermoplastic elastomers).
- coating layers may also be applied after extrusion of the profile by means of already known technologies of coating profiles by thermoplastics or by coating processes with lacquers or paints by immersion, spraying or other known methods.
- a first particular example of a mango is the following:
- a second particular example of another handle is the following:
- Dupont compatibilizer additive Elvaloy PTW: 3%.
- Thickness 0.2mm
- PP polypropylene
- PE polyethylene
- PEHD high density polyethylene
- PELD low density polyethylene
- PC polycarbonate
- PET polyethylene terephthalate
- ABS acrylonitrile
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Abstract
Son perfiles de material plástico de reciclado, tales como mangos, soportes, marcos y patas de tablas de planchar, secadores de ropa de interior y exterior, etc. Los perfiles plásticos incorporan como componente mayoritario un polímero de módulo elástico elevado como el PET, poliamida, ABS, etc, y residuos de materiales que contienen fibra de vidrio. Los perfiles estructurales se obtienen por amasado y posterior extrusión.
Description
PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS
DOMÉSTICOS Y PROCESO PARA OBTENER ESOS PERFILES
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a unos perfiles estructurales para la fabricación de utensilios domésticos y proceso para obtener esos perfiles.
Son perfiles estructurales para la fabricación de utensilios del hogar y mobiliario, tales como mangos de escobas y friegasuelos; soportes, marcos y patas de tablas de planchar, secadores de ropa de interior y exterior, carros de la compra, carros de limpieza, mobiliario de jardin, etc.
Están fabricados los perfiles estructurales de la invención mediante materiales procedentes de residuos plásticos en los que su componente mayoritario es un polimero de módulo elástico elevado como el PET, poliamida,
ABS, etc, y residuos de fibras de módulo elástico elevado como fibras de vidrio, de carbono, de boro, basálticas, de aramida, etc.
Los perfiles estructurales se obtienen mediante amasado y posterior extrusión con algunas características particulares .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Actualmente, perfiles para la fabricación de utensilios domésticos como los mangos para escobas y friegasuelos son de acero, aluminio o madera, y generalmente con un diámetro de alrededor de 22 mm; siendo abundantes los de acero por su reducido coste y su bajo peso que los hace muy manejables.
Las propiedades que se buscan en estos mangos son:
1.- Propiedades ergonómicas.
a.- ligero,
b.- manejable.
c- empuñadura adaptable a las manos del usuario.
2.- Propiedades mecánicas.
a.- rigidez.
b.- resistencia a la corrosión.
c- durabilidad.
Los perfiles utilizados como elementos estructurales en otros utensilios domésticos, tales como tablas de planchar, secadores de ropa, carros de la compra, carros de limpieza, suelen ser de acero o aluminio por su rigidez y su capacidad para ser soldados.
Por otro lado existen en el mercado multitud de residuos procedentes de envases de productos alimentarios compuestos mayoritariamente de PET mezclado o no con otros polímeros como PE o PP y ocasionalmente polímeros barrera como el EVOH, existiendo también grandes cantidades de residuos de ABS procedentes del desagüe de carcasas de electrodomésticos y material informático.
También existen en el mercado, debido a las dificultades que presenta su eliminación, gran cantidad de residuos de fibras de elevado módulo elástico como las fibras de vidrio o carbono procedentes de su propia producción o de su utilización en la fabricación de composites antes y después de su impregnación con las resinas utilizadas en la fabricación de esos composites como son resinas de poliester insaturado o resinas epoxidicas. También son abundantes los residuos de los propios composites una vez finalizada su vida útil.
Estos residuos, debido a las dificultades de su reciclado, constituyen un serio problema para el medio ambiente y por consiguiente son abundantes y baratos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Los perfiles estructurales para la fabricación de utensilios domésticos, tales como mangos para escobas y friegasuelos, se caracterizan porque están fabricados al menos parcialmente con unos primeros residuos y preferentemente con residuos de botellas y otras piezas de PET con residuos de retales de tejidos de fibra de vidrio.
Esos primeros residuos citados comprenden piezas de materiales como los descritos en el apartado de los antecedentes de la invención.
Los perfiles estructurales fabricados con la composición residual descrita tiene las siguientes ventajas con respecto a lo que existe hoy en el mercado:
pueden fabricarse en diámetros mayores, con una mejora importante de su ergonomia sin incrementar sustancialmente su peso.
- tienen un coste notablemente inferior.
no se oxidan al no tener metales en su composición, pueden volver a reciclarse al final de su vida útil.
protegen el medio ambiente al favorecer el reciclado tanto de los polímeros citados como de los residuos de fibra de vidrio.
Más concretamente la composición de los perfiles estructurales de la invención para obtener los mangos es el siguiente .
El tubo central comprende entre el 30 y el 70% de fibra de vidrio y preferentemente entre el 40 y el 60% de fibra de vidrio.
Entre el 30 y el 70% de residuos de PET que pueden contener hasta un 20% de PE para mejorar su resistencia al impacto. Preferentemente entre el 40 y el 60% de PET.
En el caso de que los residuos contengan proporciones superiores al 5% de otros polímeros no polares como PE o PP se añadirá un polímero adhesivo. En una realización preferida, el polímero adhesivo de las capas exterior e interior del envase o perfil correspondiente de la presente invención se selecciona entre el grupo que comprende:
polímeros de polietileno, polipropileno que contienen grupos polares de injerto o mezcla de ambos;
copolímeros de etileno y ácido acrílico o metacrílico;
copolímero de etileno y acrilatos o acetatos; derivados del metacrilato de glicidilo y
- copolimeros de estireno-etileno-butadieno-estireno
(SEBS) que contienen grupos polares de injerto.
En una realización más preferida, los grupos polares de injerto son anhídrido maleico o ácido acrilico. En una realización aún más preferida, los grupos polares de injerto están en una proporción menor del 15% en peso con respecto al polímero adhesivo.
En otra realización preferida, el grupo polar injertado es anhídrido maleico y está en una proporción menor al 5% en peso del polímero adhesivo. En una realización aún más preferida, la proporción de anhídrido maleico es menor del 3% en peso.
En otra realización preferida, el grupo polar injertado es el ácido acrilico y está en una proporción menor al 7% en peso del polímero adhesivo.
El proceso para obtener los perfiles estructurales tubulares como mangos para escobas y similares, con los materiales reciclados definidos tiene las siguientes etapas :
Una primera etapa de pre-tratamiento de las materias prismas .
En esta primera etapa el residuo de polímero debe ser triturado mediante el uso de molinos adecuados a estos materiales y limpiado mediante las tecnologías ya conocidas de lavado/secado o limpieza en seco con corrientes de aire.
La fibra de vidrio, si se presenta en retales, debe ser cortada a una medida de alrededor de 3 a 20 mm, preferentemente entre 5 y 15 mm, para que posteriormente pueda ser alimentada en forma de dosificación continua en la máquina extrusora, en caso de que proceda de composites resinados, éstos deben molerse hasta desfibrarlos quedando
la resina en forma de polvo y las fibras de vidrio a un tamaño que varia entre 1 y 10 mm. Utilizaremos el composite en su conjunto sin separar los dos componentes.
Una segunda etapa de amasado.
En esta etapa la extrusión de los materiales pretratados pueden realizarse por amasado en estado fundido mediante equipos conocidos tales como los que están provistos de extrusores de dos tornillos (corotantes o no) aunque no se limita totalmente a esta última posibilidad. Entre otras posibilidades también existen equipos de extrusión de doble husillo. Por otra parte pueden ser preferibles equipos que posean un extrusor de husillo único a continuación de un equipo de mezcla intensiva o amasado que realice las operaciones de amasado y extrusión granulado.
Otra posibilidad es una extrusora/mezcladora, preferentemente de husillos corotantes, y preferentemente con extracción de gases intermedia por bomba de vacio, siendo también adecuadas otros tipos de extrusoras/mezcladoras adecuadas para PET de husillos múltiples .
En función de la composición del residuo de polimeros utilizado, sobre todo si se trata de mezclas de polimeros polares y no polares como PET + PE o PET + PP; en la etapa de extrusión puede ser necesario utilizar algún polímero adhesivo de los ya conocidos y existentes en el mercado que facilite la unión entre los polimeros de diversa polaridad.
Una tercera etapa de co-extrusión .
En esta etapa, una vez obtenida la mezcla de componentes homogeneizada, podemos darle la forma definitiva que tendrá el perfil, ya sea una corona circular u otra forma geométrica distinta como hexagonal, octogonal, elipsoidal, etc., que favorezcan su ergonomia de sujeción o respondan al diseño requerido del utensilio del que va a formar parte, bien en un proceso separado en una linea de extrusión de perfiles partiendo de la mezcla en forma de
granza o, preferentemente a continuación del proceso de amasado con ayuda o no de una bomba de fundido para incrementar la presión en la boquilla de extrusión en caso de ser necesario.
Con la finalidad de embellecer la superficie del perfil y de poder dotarla de elementos que favorezcan su agarre o se requieran para operaciones posteriores de ensamblaje, la boquilla de extrusión tendrá preferentemente dos o más capas en co-extrusión de recubrimiento total o parcial del mango con polimeros de diversa naturaleza coloreados o no como PET, PP, PC, TPE (elastómeros termoplásticos) .
Estas capas de recubrimiento también podrán aplicarse con posterioridad a la extrusión del perfil mediante las tecnologías ya conocidas de recubrimiento de perfiles mediante termoplásticos o mediante procesos de recubrimiento con lacas o pinturas por inmersión, pulverización u otros métodos conocidos.
Un primer ejemplo particular de un mango es el siguiente:
Perfil central de sección circular:
Diámetro 26 mm,
Espesor de pared 1,8 mm,
Composición:
- Escama de PET de botellas 48%,
Residuos de tejido de fibra de vidrio cortada
/I QO.
40-5,
Aditivo compatibilizador de Dupont Elvaloy PTW: 2%,
- Recubrimiento:
- Escama de PET de botellas con pigmento,
- Espesor 0,2 mm,
- Peso total 212 g/m,
- Módulo elástico del perfil 15 Gpa,
Un segundo ejemplo particular de otro mango es el siguiente :
Perfil central de sección circular:
Diámetro 26 mm,
- Espesor de pared 1,8 mm,
Composición:
Escama de residuos de embalajes de pizza formados por 75% de PET 20% de PE y 5% de EVOH: 47%,
- Residuos de tejido de fibra de vidrio cortada:
50%,
Aditivo compatibilizador de Dupont, Elvaloy PTW: 3%.
Recubrimiento:
- Escama de PET de botellas con pigmento,
Espesor: 0.2 mm,
Peso total: 216 g/m,
Módulo elástico del perfil: 9,7 Gpa. Por otro lado, aunque las abreviaturas utilizadas para los polímeros son conocidas internacionalmente, a continuación pasamos a describir cada una de ellas:
PP, polipropileno; PE polietileno; PEHD, polietileno de alta densidad; PELD, polietileno de baja densidad; PC, policarbonato; PET tereftalato de polietileno; ABS, acrilonitrilo.
Claims
1.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, caracterizados porque están fabricados integramente con materiales procedentes de residuos plásticos en los que su componente mayoritario es un polimero de módulo elástico elevado como el PET, poliamida, ABS, etc, y residuos de materiales que contienen fibra de vidrio.
2.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 1, caracterizados porque la composición de los perfiles estructurales comprende:
entre un 30 y un 70% de residuos de fibra de vidrio;
- entre un 30 y un 70% de residuos de PET;
3.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 1, caracterizados porque la composición de los perfiles estructurales comprende:
- entre un 30 y un 70% de residuos de fibra de vidrio;
entre un 40 y un 60% de residuos de PET.
4.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizados porque incluye además :
residuos que contienen otros polímeros no polares como PE o PP.
5.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 4, caracterizados porque cuando incorpora proporciones superiores al 5% de los polímeros no polares como PE o PP, se añadirá un polimero adhesivo.
6.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 5, caracterizados porque el polimero adhesivo se selecciona entre un grupo que comprende:
polimeros de polietileno, polipropileno que contienen grupos polares de injerto o mezclas de ambos;
copolimeros de etileno y ácido acrilico o metacrilico;
copolimeros de etileno y acrilatos o acetatos;
- derivados del metacrilato de glicidilo y
copolimeros de estireno-etileno-butadieno-estireno (SEBS) que contienen grupos polares de injerto.
7.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 6, caracterizados porque los grupos polares de injerto es anhídrido maleico.
8.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 6, caracterizados porque los grupos polares de injerto es ácido acrilico.
9.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE
UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 6, caracterizados porque los grupos polares de injerto están en una proporción menor del 15% en peso con respecto al polimero adhesivo.
10.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE
UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 6, caracterizados porque el grupo polar injertado es anhídrido maleico en una proporción menor al 5% en peso del polimero adhesivo.
11.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE
UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 6, caracterizados porque el grupo polar injertado es anhídrido maleico en una proporción menor al 3% en peso del polimero adhesivo.
12.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE
UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 6, caracterizados porque el grupo polar injertado es el ácido acrilico y está en una proporción menor al 7% en peso del polímero adhesivo.
13.- PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 4, caracterizados porque contienen hasta un 20% de PE.
14.- PROCESO PARA OBTENER LOS PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, que comprende las siguientes etapas:
una primera etapa de pre-tratamiento de residuos polímeros mediante el triturado con molinos y limpiado mediante tecnologías conocidas;
- una segunda etapa de amasado en la que se realiza una extrusión de los materiales pretratados que se puede realizar por amasado en estado fundido; una tercera etapa de co-extrusión, en la que una vez obtenida en la segunda fase la mezcla de componentes homogeneizada, se da la forma definitiva que tendrá el perfil estructural correspondiente;
caracterizado porque en función de la composición del residuo de polímeros utilizado, sobre todo si se trata de mezclas de polímeros polares y no polares como PET + PE o PET + PP; en la segunda etapa de extrusión puede ser necesario utilizar algún polímero adhesivo de los ya conocidos y existentes en el mercado que facilite la unión entre los polímeros de diversa polaridad.
15.- PROCESO PARA OBTENER LOS PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 14, caracterizado porque con la finalidad de embellecer la superficie del perfil y de poder dotarla de elementos que favorezcan su agarre o se requiera para operaciones posteriores de ensamblaje, la boquilla de extrusión tendrá preferentemente dos o más capas en coextrusión de recubrimiento total o parcial del mango con polimeros de diversa naturaleza coloreados o no como PET, PP, PC, TPE (elastómeros termoplásticos) .
16.- PROCESO PARA OBTENER LOS PERFILES ESTRUCTURALES PARA LA FABRICACIÓN DE UTENSILIOS DOMÉSTICOS, según la reivindicación 15, caracterizado porque las capas de recubrimiento citadas en la reivindicación 15 también podrán aplicarse con posterioridad a la extrusión del perfil mediante las tecnologías ya conocidas de recubrimiento de perfiles mediante termoplásticos o mediante procesos de recubrimiento con lacas o pinturas por inmersión, pulverización u otros métodos conocidos.
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