ES2243548T3

ES2243548T3 - Dispositivo de produccion de objetos de plastico bajo atmosfera inerte.

Info

Publication number: ES2243548T3
Application number: ES01967464T
Authority: ES
Inventors: Olivier Negro; Sami Dick; Marc Leturmy; Stephane Melen
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2001-09-10
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2021-09-10
Also published as: EP1318903B1; FR2813817A1; CN1455728A; JP4786861B2; DE60111754D1; CA2421696A1; ATE298658T1; JP2004508970A; DE60111754T2; FR2813817B1; WO2002022342A1; EP1318903A1; US7147460B2; BR0113865A; AU2001287840B2; AU8784001A; US20040005379A1; CN1191923C

Abstract

Dispositivo de producción de objetos de plástico por conformación de un polímero, comprendiendo el citado dispositivo: - una tolva (1) de alimentación de polímero, - medios de calentamiento y desplazamiento del polímero que va a ser fundido, - medios de conformación del polímero fundido, y - al menos unos medios de inyección de gas en la tolva; caracterizado porque los citados medios de inyección de gas comprenden: al menos una superficie de inyección de gas a nivel de la pared de la tolva (1), un conducto (3) de alimentación de gas a la tolva por medio de esta superficie de inyección de gas: - conducto (3)uno de cuyos extremos (31) se encuentra conectado a una fuente de gas, - cuyo otro extremo (32), que está dirigido hacia la superficie de inyección, está cerrado, y - que presenta al menos una abertura radial (33) que permite una eyección del gas perpendicularmente a su sentido de circulación por el conducto, y una cámara (4) de homogeneización que coopera entre la pared de la tolva yel conducto (3) de alimentación de gas, de manera que el gas eyectado desde las aberturas (33) penetra en la tolva por la superficie de inyección.

Description

Dispositivo de producción de objetos de plástico bajo atmósfera inerte.

La invención se refiere a un dispositivo de conformación de objetos de material plástico bajo atmósfera inerte.

La extrusión o la inyección del plástico, es un procedimiento conocido que consiste en hacer que se funda un polímero y alimentar, de forma continua, una cabeza de terraja o de inyección con el polímero fundido para realizar la conformación. Este procedimiento utiliza por lo general:

- una tolva de alimentación de polímero, en la que se introduce el polímero en forma de polvo o de granulados;

- medios de transporte, de calentamiento y de mezcla del polímero procedente de la tolva, por ejemplo un tornillo sin fin caliente;

- una cabeza de extrusión constituida por una cabeza de terraja que proporciona al polímero la forma deseada, o una cabeza de inyección hacia un molde.

Se conoce el hecho de que durante el transcurso de este tipo de procedimiento, y en particular de la etapa de fusión en el tornillo sin fin, algunos polímeros pueden ser sensibles a la presencia de oxígeno, degradando este último las propiedades finales del plástico conformado (amarilleo, reticulación del polímero, variación de la masa molecular). La solicitante ha observado asimismo que el oxígeno conduce:

- a un ensuciamiento del dispositivo de conformación, lo que hace que resulte necesaria la limpieza y por tanto paradas regulares del útil de producción, con costes de mantenimiento elevados y pérdidas de producción, y

- a la presencia de depósitos en la superficie del polímero conformado.

Para subsanar el problema de degradación de las propiedades finales del plástico conformado, se conoce el hecho de añadir agentes antioxidantes al polímero de partida. Sin embargo, estos aditivos aumentan considerablemente el coste de producción del plástico. Otra solución de la técnica anterior consiste en conformar el polímero en presencia de un gas inerte. Esta solución ha sido desarrollada, por ejemplo, en las solicitudes EP-A1-0760278 y DE 29923183 U1, cuyos mejores resultados de inactividad solamente han podido ser conseguidos con la introducción de gas inerte en un recinto preciso del tornillo sin fin. En el caso de una instalación industrial ya existente, la introducción de gas inerte a nivel del tornillo sin fin puede resultar complicada, por no decir imposible, puesto que se hace necesario perforar el cilindro del tornillo sin fin, sin que esto perturbe el funcionamiento posterior del tornillo. Además, esta utilización preferida no ha permitido rebajar el nivel residual de oxígeno en el nitrógeno, más que hasta un valor del 1% en volumen.

El objeto de la presente invención es el de proponer un dispositivo de conformación bajo atmósfera inerte mejorado, que permita en particular modificar fácilmente una instalación industrial ya existente, y obtener un descenso del nivel de oxígeno más importante que el de la técnica anterior.

En este caso, la invención se refiere, en principio, a un dispositivo de producción de objetos de plástico por conformación de un polímero, comprendiendo el citado dispositivo:

- una tolva de alimentación de polímero,

- medios de calentamiento y desplazamiento del polímero que se va a fundir,

- medios de conformación del polímero fundido, y

- al menos unos medios de inyección de gas en la tolva, comprendiendo los citados medios de inyección de gas:

\bullet: al menos una superficie de inyección de gas a nivel de la pared de la tolva,

\bullet: un conducto de alimentación de gas desde la tolva por esta superficie de inyección de gas:

\bullet: uno de cuyos extremos se ha conectado a una fuente de gas;

\bullet: cuyo otro extremo, que está dirigido hacia la superficie de inyección, está cerrado; y

\bullet: que presenta al menos una abertura radial que permite una eyección del gas perpendicularmente a su sentido de circulación por el conducto, y

\bullet: una cámara de homogeneización que coopera entre la pared de la tolva y la pared del conducto de alimentación de gas, de manera que el gas que sale desde la abertura penetra en la tolva por la superficie de inyección.

Los medios de calentamiento y desplazamiento del polímero que va a ser fundido, están generalmente constituidos por un cilindro regulado en cuanto temperatura, en cuyo interior se ha dispuesto al menos un tornillo sin fin. Este tipo de tornillo asegura igualmente la mezcla del polímero que se va a fundir. Los medios de conformación del polímero fundido son, en el caso de la extrusión, normalmente una cabeza de terraja que presenta una forma geométrica adaptada a la conformación deseada: placa, película (terraja plana), perfilada, tubo (terraja circular). Si el polímero fundido se conforma por inyección, los medios de conformación son entonces un molde.

La tolva de alimentación consiste normalmente en un receptáculo que presenta secciones de descarga en forma de embudo, por las que fluye el polímero por gravedad. También puede comprender medios para regular la salida del polímero, tales como agitadores giratorios o vibratorios, o un tornillo de presión. Según la invención, la tolva presenta, en al menos una de sus paredes, unos medios de inyección de gas. Estos medios de inyección de gas comprenden, a nivel de la pared de la tolva, al menos una superficie de inyección de gas. Esta superficie de inyección puede estar constituida por una superficie porosa o por orificios de inyección, con preferencia por al menos un orificio. Este orificio puede estar perforado directamente en la pared de la tolva, o perforado en una placa fijada en sí misma a la pared de la tolva en lugar de una abertura en la pared. La utilización de esta última puede corresponder al caso de que la presente invención se aplique a un dispositivo de conformación ya aprovechado, y que debe ser adaptado; así, es posible sustituir una mirilla de visualización, presente por lo general en la pared de la tolva, por una placa perforada con al menos un orificio, y fijada a la pared de la tolva. El, o los, orificio(s) crea(n) con preferencia un flujo de gas orientado hacia la parte baja de la tolva: el eje del, o de los, orificio(s) de inyección puede presentar un ángulo de al menos 30º con el eje horizontal. Igualmente, se prefiere que los medios de inyección de gas estén situados por detrás del paso del polímero por la tolva, y que no penetren en el volumen interno de la tolva. De este modo, pueden estar situados a ras con la pared interna de la tolva. Éste es el caso cuando el orificio de inyección de gas es un simple orificio perforado en la pared de la tolva. Según un modo muy particular, el, o los, orificio(s) de inyección puede(n) ser sustituido(s) por una superficie poro-
sa.

Estos orificios forman parte de los medios de inyección de gas en la tolva, los cuales comprenden asimismo un conducto de alimentación de gas hacia estos orificios de inyección de gas, y una cámara de homogeneización que coopera entre la pared de la tolva y la pared del conducto de alimentación. La cámara de homogeneización puede tener cualquier forma posible. Su volumen es, con preferencia, fijo, de manera que la velocidad del gas por la citada cámara sea inferior a la velocidad del gas por el, o los, orificio(s) perforado(s) en la pared de la tolva. Debe ser estanca con el fin de asegurar el paso del gas desde el conducto de alimentación hacia los orificios de inyección de gas. Por ejemplo, se pueden depositar juntas de elastómero en los bordes de la cámara de homogeneización en contacto con la pared de la tolva, y en los bordes de la cámara de homogeneización en contacto con la pared del conducto de alimentación.

Según el modo preferido, la sección A de la cámara de homogeneización en contacto con la pared de la tolva, y las secciones a_{i} de los orificios de inyección de gas perforados a nivel de la pared de la tolva, cumplen la siguiente relación: la relación A/\Sigmaa_{i} es superior o igual a 1, con preferencia superior o igual a 1,5, representando \Sigmaa_{i} la suma de las secciones de los orificios. De forma práctica, los orificios de inyección de gas perforados en la pared de la tolva presentan todos la misma sección "a".

El gas es transportado por la cámara de homogeneización por medio del conducto de alimentación de gas, el cual puede presentar una sección de forma diversa, tal como cuadrada o rectangular. Un extremo del conducto está conectado a una fuente de gas inerte, tal como de nitrógeno. El otro extremo está dirigido al, o a los, orificio(s), y está cerrado en su sección recta. El conducto presenta al menos una abertura radial que permite una eyección del gas perpendicularmente a su sentido de circulación por la canalización y hacia la cámara de homogeneización. En caso de que existan varias aberturas, estas últimas están normalmente situadas en la misma sección recta del conducto de alimentación de gas. Según el modo preferido, la sección interna S del conducto de alimentación de gas y la secciones s_{i} de las aberturas, cumplen la relación siguiente: la relación S/\Sigmas_{i} es superior o igual a 1, con preferencia superior o igual a 1,5, representando \Sigmas_{i} la suma de las secciones s_{i} de las aberturas. La, o las, abertura(s) radiales del conducto de alimentación de gas pueden presentar todas la misma sección "s". Según un modo particular, el conducto de alimentación de gas presenta cuatro aberturas situadas en la misma sección recta del conducto.

Las características de la invención permiten obtener una salida laminar del gas en la tolva, y a una velocidad que no perturba la salida del polímero en esta tolva.

Si existen varios orificios en la pared de la tolva, los medios de inyección de gas a la tolva según la invención, permiten obtener un caudal de gas inerte idéntico en cada orificio.

Los medios de inyección pueden estar situados a cualquier altura de la tolva con relación al tornillo sin que los resultados, en cuanto a inactividad, se vean modificados.

Según el diámetro de la tolva, se pueden disponer varios medios de inyección del tipo mencionado anteriormente, en la pared de la citada tolva. Estos medios de inyección están entonces, por lo general, situados a la misma altura en la tolva con relación al tornillo, y equidistantes unos de otros.

Con la utilización del dispositivo según la invención, el gas inerte introducido en la tolva es arrastrado, en un primer momento, con el polímero a la extrusora, y a continuación expulsado en la dirección de la tolva a contracorriente de la salida del polímero, y finalmente evacuado desde la extrusora por medio de la tolva. Esta realización permite formar un tampón de gas inerte a nivel de la tolva.

El gas puede ser cualquier gas natural utilizado normalmente para la inactivación de los polímeros. En general, se trata de nitrógeno, y con preferencia de nitrógeno obtenido por vía criogénica. Se puede utilizar nitrógeno denominado impuro, que puede contener oxígeno y/o argón, tal como CO o CO_{2}, cuyo contenido de nitrógeno en el gas sea de al menos el 95%, y el contenido de oxígeno sea como máximo el 5%. Este tipo de gas a base de nitrógeno impuro puede ser obtenido a partir de un procedimiento de separación de gas del aire con la ayuda de una membrana. Sin embargo, este tipo de gas no puede ser utilizado más que cuando se pretende obtener una atmósfera de oxígeno relativamente débil, es decir, que puede alcanzar hasta el 5% en volumen. Eventualmente, el gas utilizado puede ser precalentado a una temperatura próxima a la temperatura de fusión del polímero tratado antes de ser inyectado. Sin embargo, este precalentamiento no tiene influencia sobre la calidad de la inactivación.

Mediante inyección de nitrógeno obtenido por vía criogénica, el dispositivo según la invención permite realizar la conformación de polímeros bajo una atmósfera de oxígeno inferior a 100 ppm para una velocidad de inyección de 50 m/s, a saber inferior a 20 m/s, e incluso inferior a 3 m/s, según la forma y el caudal de polímero introducido. Se ha constatado asimismo que este dispositivo permite reducir de forma significativa, el ensuciamiento del tornillo sin fin y de la cabeza de terraja limitando los tiempos de parada de la máquina para limpieza, y aumentando la productividad, lo que ha permitido disminuir, incluso suprimir, la utilización de agente antioxidante.

Una ventaja del dispositivo según la invención consiste en que los medios de inyección del gas inerte pueden estar situados a cualquier altura de la tolva con relación al tornillo, sin que los resultados de inactivación se vean afectados. Se pueden modificar las instalaciones industriales existentes, adaptándose a cada caso particular.

Otra ventaja consiste en que se obtiene una inactivación muy eficaz mediante la inyección del gas inerte en un sólo punto del procedimiento, sin que sea necesario calentar el gas.

La invención se refiere igualmente a la utilización del dispositivo anterior para la conformación, en particular por extrusión, de polietileno de alta o baja densidad, o de polipropileno, introducidos en forma de granulados o en polvo.

Las figuras 1 y 2 ilustran esquemáticamente cortes de dispositivos que interesan para la puesta en práctica de la invención. Los dispositivos se adaptan a una tolva que permite introducir un polímero en el conducto de un tornillo sin fin, sin que este tornillo desemboque en la cabeza de terraja.

En la figura 1, se ha dispuesto unos medios de inyección de gas en la pared de la tolva (1). Éstos comprenden:

- tres orificios circulares (21) de inyección de gas, de un diámetro de 0,55 cm, perforados en una placa (5) atornillada a la pared de la tolva en la posición de una mirilla de visualización; estos orificios (21) están orientados hacia abajo, según un ángulo de 30º con el eje horizontal;

- un conducto (3) de alimentación de gas hacia los orificios (21) de inyección de gas. Se trata de una canalización de sección circular y de un diámetro de 1,5 cm. Su extremo (31) está conectado a una fuente de gas. Su otro extremo (32) está taponado. En su parte próxima al extremo taponado (32), el conducto incluye cuatro aberturas circulares (33), todas ellas del mismo diámetro (0,5 cm) colocadas en la misma sección recta de la canalización, y equidistantes unas con otras. La relación S/\Sigmas_{i} es de 2,25;

- una cámara (4) de homogeneización cuya sección es de forma circular, y cuyo diámetro interior es de 3,6 cm. Una junta (6) de silicona asegura la estanquidad de la cámara con la pared de la tolva. La relación A/\Sigmaa_{i} es de 14,3.

En la figura 2, la tolva comprende unos medios de inyección de gas en la tolva, que comprenden:

- siete orificios circulares (21) de inyección de gas, de un diámetro de 0,5 cm, perforados en una placa atornillada a la pared de la tolva (1) en la posición de una mirilla de visualización; estos orificios están orientados hacia abajo según un ángulo de 30º con el eje horizontal;

- un conducto (3) de alimentación de gas hacia los orificios (21) de inyección de gas. Se trata de una canalización de sección circular y de un diámetro de 1,5 cm. Su extremo (31) está conectado a una fuente de gas. Su otro extremo (32) está taponado. En su porción próxima al extremo taponado (32), el conducto incluye cuatro aberturas circulares (33), todas ellas del mismo diámetro (0,5 cm), colocadas en la misma sección recta de la canalización, y equidistantes unas con otras. La relación S/\Sigmas_{i} es de 2,25;

- una cámara (4) de homogeneización cuya sección es de forma circular, y cuyo diámetro interior es de 5 cm. Una junta (6) de silicona asegura la estanquidad de la cámara con la pared de la tolva. La relación A/\Sigmaa_{i} es de 25.

Ejemplos Ejemplo 1

Los medios de inyección descritos en la figura 1, se colocan en la pared de una tolva, a una distancia de 1,5 m por encima del tornillo sin fin. La tolva se alimenta con polietileno en forma de polvo. La granulometría del polvo es de 2,5 mm, y su caudal de alimentación es de 24 kg/h.

Nitrógeno procedente de una unidad criogénica, se introduce en el conducto (3) de alimentación por el extremo (31) a un caudal de 1,5 m^{3}/h.

Una válvula de toma de muestras, se intercala entre la tolva y el tornillo sin fin, y se ha conectado a una sonda de un analizador de rastros de oxígeno con célula electroquímica. Con la ayuda de esta sonda, se comprueba que el índice de oxígeno en la atmósfera entre la tolva y el tornillo sin fin, es de 140 ppm.

Ejemplo 2

Se reproduce el ejemplo 1, colocando los medios de inyección a una distancia de 30 cm por encima del tornillo sin fin. Se mantienen todas las demás condiciones del procedimiento.

Se comprueba que el índice de oxígeno de la atmósfera entre la tolva y el tornillo sin fin es de 70 ppm.

Ejemplo 3

Se colocan dos medios de inyección tales como los descritos en la figura 2, enfrentados, en la pared de una tolva, a una distancia de 30 cm por encima del tornillo sin fin. La tolva se alimenta con polietileno en forma granulada. La granulometría del granulado es de 2,5 mm, y su caudal de alimentación es de 300 kg/h.

Nitrógeno procedente de una unidad criogénica, se introduce en el conducto (3) de inyección por el extremo (31) con un caudal de 5 m^{3}/h.

Una válvula de toma de muestras se intercala entre la tolva y el tornillo sin fin, y está conectada a una sonda de un analizador de rastros de oxígeno con célula electroquímica. Con la ayuda de esta sonda, se comprueba que el índice de oxígeno de la atmósfera entre la tolva y el tornillo sin fin es de 30 ppm.

Claims

1. Dispositivo de producción de objetos de plástico por conformación de un polímero, comprendiendo el citado dispositivo:

- una tolva (1) de alimentación de polímero,

- medios de calentamiento y desplazamiento del polímero que va a ser fundido,

- medios de conformación del polímero fundido, y

- al menos unos medios de inyección de gas en la tolva;

caracterizado porque los citados medios de inyección de gas comprenden:

\bullet al menos una superficie de inyección de gas a nivel de la pared de la tolva (1),

\bullet un conducto (3) de alimentación de gas a la tolva por medio de esta superficie de inyección de gas:

\bullet: conducto (3) uno de cuyos extremos (31) se encuentra conectado a una fuente de gas,

\bullet: cuyo otro extremo (32), que está dirigido hacia la superficie de inyección, está cerrado, y

\bullet: que presenta al menos una abertura radial (33) que permite una eyección del gas perpendicularmente a su sentido de circulación por el conducto, y

\bullet una cámara (4) de homogeneización que coopera entre la pared de la tolva y el conducto (3) de alimentación de gas, de manera que el gas eyectado desde las aberturas (33) penetra en la tolva por la superficie de inyección.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de inyección de gas a nivel de la pared de la tolva (1) está constituida por al menos un orificio (21).

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque la sección A de la cámara (4) de homogeneización en contacto con la pared de la tolva (1), y las secciones a_{i} de los orificios (21) de inyección de gas perforados en la pared de la tolva (1), cumplen la siguiente relación: la relación A/\Sigmaa_{i} es superior o igual a 1, con preferencia superior o igual a 1,5; representando \Sigmaa_{i} la suma de las secciones de los citados orificios (21).

4. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 2 ó 3, caracterizado porque los citados orificios (21) de inyección de gas perforados en la pared de la tolva (1), crean un flujo de gas orientado hacia la parte baja de la tolva (1).

5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de inyección de gas a nivel de la pared de la tolva (1) está constituida por una superficie porosa.

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de inyección de gas están situados por detrás del paso del polímero en la tolva (1).

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección interna S del conducto (3) de alimentación de gas y las secciones s_{i} de las citadas aberturas, cumplen la relación siguiente: la relación S/\Sigmas_{i} es superior o igual a 1, con preferencia superior o igual a 1,5; representando \Sigmas_{i} la suma de las secciones s_{i} de las citadas aberturas (33).

8. Utilización del dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, para la extrusión de polietileno o de polipropileno.