ES2330455T3 - Metodo y dispositivo para la produccion de preformas de plastico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de fabricación de una preforma a partir de un polímero amorfo semicristalino en estado amorfo con velocidad de cristalización lenta, en el que: - se plastifica dicho polímero por subida rápida de la temperatura, a una temperatura inferior a la temperatura de fusión, - se comprime a través de una boquilla (4) dicho polímero plastificado, - a la salida de la boquilla se hace un barrido de dicho polímero con un gas neutro (11), seco y caliente, - se recoge el polímero plastificado en un primer recipiente (6), manteniendo el polímero a la misma temperatura de plastificación en todos los pasos y - se efectúa el moldeo (13) en dicho primer recipiente o en un segundo recipiente, al que se transfiere el material procedente del primero, con un enfriamiento brutal de modo que se obtenga la preforma en estado amorfo.
Description
Método y dispositivo para la producción de
preformas de plástico.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de fabricación de preformas de material plástico y al
dispositivo para la puesta en práctica de dicho procedimiento.
Los procedimientos actuales de fabricación de
preformas se basan en la utilización de polímeros cristalizados,
que se extruyen para fundirlos hasta una temperatura superior a su
punto de fusión e inmediatamente después se inyectan en un molde:
es el método habitual de fabricación de las preformas de material
plástico. Existe un segundo método conocido para la fabricación de
preformas de material plástico, en el que se funde un polímero
cristalizado en una extrusora y después se efectúa el moldeo de
dicho polímero fundido, paso también llamado compresión. Existen ya
diversas patentes basadas en esta estrategia, a saber, las patentes
de Toyo Seikan Kaisha: US 6 349 838, de Sacmi: WO 01/66327 y de
Emery L. Valyi: US 5 762 854. Los inconvenientes de este segundo
método estriban en que se emplea un polímero cristalizado, lo que
significa que se tiene que aportar una energía elevada para llegar
a la fusión y que se emplea para dicha fusión una extrusora clásica.
También es conocida la extrusión de una pieza de material
termoplástico en una atmósfera controlada de gas inerte, véase la
EP-0743160.
El objeto de la presente invención es
desarrollar un procedimiento de fabricación de preformas de material
plástico, en el que ahorra energía, porque, en lugar de partir de
un polímero cristalizado, ahora se parte de un polímero
semicristalino en estado amorfo, que tiene un punto de
plastificación muy inferior al punto de fusión del mismo polímero
en estado cristalino. Aparte del ahorro energético conseguido con el
procedimiento según la invención, este permite además economizar el
polímero utilizado, porque no necesita un esfuerzo grande de
cizallamiento. Por otro lado, dado que el polímero se encuentra en
estado amorfo, puede tener una viscosidad intrínseca muy baja y, en
consecuencia, permitir posteriormente, en el momento del paso del
estiramiento-soplado-moldeo, una
ejecución más fácil de dicho paso y una vez más un ahorro
energético.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de fabricación de una preforma a partir de un polímero
amorfo semicristalino en estado amorfo con una velocidad de
cristalización lenta, en el que
- se plastifica dicho polímero mediante una
subida rápida de la temperatura, a una temperatura inferior a la
temperatura de fusión,
- se prensa a través de una boquilla dicho
polímero plastificado,
- a la salida de la boquilla se hace un barrido
de dicho polímero con un gas neutro, seco y caliente,
- se recoge el polímero plastificado en un
primer recipiente, manteniendo el polímero a la misma temperatura de
plastificación en todos los pasos y
- se efectúa un moldeo o estampado en dicho
primer recipiente o en un segundo recipiente, transferido desde el
primero, con un enfriamiento brutal con el fin de obtener la
preforma en estado amorfo.
Se entiende por polímero semicristalino de
velocidad de cristalización lenta en estado amorfo un polímero
termoplástico semicristalino, cuya temperatura de cristalización
isotérmica está comprendida entre la temperatura de transición
vítrea Tg y la temperatura de fusión Tf, pero que es claramente
inferior a la Tf. Se entiende por polímero semicristalino un
polímero que tiene un grado de cristalinidad del orden del 30%. Les
polímeros utilizables según la presente invención pueden ser
polímeros pertenecientes a esta categoría. Como ejemplos posibles
de polímeros, cabe mencionar el poli(tereftalato de etileno)
(PET), las poliamidas aromáticas (por ejemplo la MXD6), el
poli(naftalato de etileno) (PEN). Con preferencia, el
procedimiento según la invención se aplica al PET.
El primer paso del procedimiento consiste en
elevar la temperatura del polímero semicristalino en estado amorfo
de forma rápida para plastificar dicho polímero. Este paso de
plastificación se realiza a una temperatura de polímero comprendida
entre la temperatura de fusión y la temperatura que constituye el
límite superior de la zona de cristalización. Esta temperatura por
lo general es muy inferior a la temperatura de fusión del polímero.
En el caso preferido del PET, esta temperatura de plastificación se
sitúa entre 220 y 230ºC. Mientras que para el polímero
cristalizado, la temperatura de fusión se sitúa en torno a 250ºC y
su zona de trabajo es de 280ºC. Con mayor preferencia, se
plastifica el PET amorfo a una temperatura en torno a 225ºC.
En el procedimiento según la invención es
importante mantener una temperatura constante en los pasos
siguientes, con el fin de no provocar la cristalización isotérmica
ni la descomposición.
Es también importante plastificar con rapidez
por las mismas razones que se han expuesto antes. Por ejemplo, en
el caso del PET, la subida de la temperatura deberá hacerse en un
tiempo del orden de un minuto. Obviamente es posible superar el
minuto, pero en ningún caso se superarán los 5 minutos.
Una vez plastificado el polímero, el segundo
paso consiste en prensar dicho polímero a través de una boquilla.
Esta boquilla no es crítica. Con preferencia estará dotada de un
gran número de orificios cilíndricos de tamaño y dimensiones
adaptadas al resultado deseado. De este modo, por debajo de la
boquilla sale el macarrón de polímero plastificado. La razón del
prensado a través de la boquilla está en producir macarrones finos,
con el fin de extraer los compuestos volátiles aplicando un gas
neutro, seco y caliente. Se entiende por compuestos volátiles tanto
el agua como los aldehídos (el acetaldehído o el formaldehído) y
otros. El gas neutro empleado según la presente invención no es
crítico. Puede ser por ejemplo el nitrógeno, el anhídrido carbónico
(= dióxido de carbono) y otros. Con preferencia, el gas utilizado
es el nitrógeno. Normalmente se introduce el gas seco y caliente,
con una presión baja. Con preferencia, se inyecta el gas a una
presión relativa mínima, del orden de 0,2 bares, a una temperatura
de 220 a 240ºC.
El polímero plastificado se comprime a través de
la boquilla con una presión que no es crítica. Sin embargo, es
inútil aplicar presiones demasiado elevadas. Según la invención se
trabaja con preferencia a una presión inferior a 100 bares. Con
preferencia, la presión aplicada es del orden de 50 bares.
Después del barrido del polímero plastificado
con un gas neutro, se recoge dicho polímero en un recipiente. En
este caso existen dos posibilidades.
La primera consiste en efectuar el moldeo en el
mismo recipiente, enfriando enseguida de la temperatura de
plastificación a una temperatura del orden de 50ºC por debajo de la
temperatura de transición vítrea. El material empleado para dicho
recipiente deberá tener poca inercia térmica y el recipiente
propiamente dicho deberá tener poco grosor de pared, con el fin de
permitir un enfriamiento rápido. El material del recipiente es
termoconductor. Con preferencia, el material es una aleación
metálica, por ejemplo una aleación de
cobre-berilio.
La segunda solución consiste en transferir el
polímero de un primer recipiente a un segundo recipiente, en el que
se efectúa el moldeo enfriando enseguida de la temperatura de
plastificación a una temperatura del orden de 50ºC inferior a la
temperatura de transición vítrea. El material empleado en este caso
para el segundo recipiente puede ser diferente del empleado para el
recipiente de la solución anterior. Si se trata del material del
primer recipiente, será en este caso un recipiente metálico, por
ejemplo de acero o de aluminio.
En los dos casos, después del moldeo se efectúa
un enfriamiento muy rápido del polímero plastificado en un tiempo
del orden de un minuto, por ejemplo entre 30 y 180 segundos.
Se da por supuesto que el procedimiento según la
invención permite además fabricar preformas de unos pocos gramos al
igual que preformas de decenas de gramos. Las condiciones antes
indicadas continúan siendo válidas, tanto para las preformas
pequeñas como para las grandes.
La presente invención se refiere además a un
dispositivo para la ejecución del procedimiento recién descrito,
dicho dispositivo consta de:
- una cámara de plastificación del polímero
semicristalino en estado amorfo,
- medios de calentamiento y regulación de dicha
cámara, en torno a la cual
- medios de alimentación de polímero a dicha
cámara,
- una boquilla debajo de la cámara de
plastificación,
- medios por encima de dicha cámara para empujar
al polímero plastificado a través de la boquilla
- una entrada de gas neutro debajo de la
boquilla y un dispositivo secar y calentar el gas,
- un recipiente para recoger el polímero
plastificado,
- un disco giratorio dotado de numerosos
recipientes y
- un cuño o estampa superior para formar la
preforma.
\vskip1.000000\baselineskip
Se puede considerar como dispositivo según la
invención un aparato que permite producir entre 1000 y 10000
preformas por hora. El consumo de polímero es del orden de 100 kg a
más de 1 tonelada por hora.
Los medios de calentamiento y regulación pueden
ser eléctricos o de otro tipo, ya conocido en el estado de la
técnica.
La alimentación de granulados amorfos se asegura
mediante un sistema tradicional de tolva y corona de distribución o
por cualquier otro medio de alimentación. Los medios para empujar el
polímero plastificado a través de la boquilla están formados por un
pistón compresor. El disco está dotado en general del orden de 10 a
100 recipientes. Gira a una velocidad comprendida entre 0,1 y 15
revoluciones/min. El macho o estampa superior está accionado por un
pistón de moldeo, cuya velocidad se adapta a la velocidad de
rotación del disco.
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Tal como se ha dicho antes, se pueden considerar
también dos solubles posibles para el dispositivo. La primera
consiste en llenar directamente el recipiente en el que se realizará
el moldeo y la segunda consiste en prever un primer recipiente de
transferencia y después un segundo recipiente en el que se realizará
el moldeo. Las dos soluciones se ilustrarán mejor a continuación en
relación con las figuras, en las que:
la figura 1 es una representación esquemática
del procedimiento según la invención en la primera forma de
ejecución y
la figura 2A es una representación esquemática
del dispositivo según la invención en una forma de ejecución
industrial y
la figura 2B es una representación esquemática
del dispositivo según la invención en una segunda forma de ejecución
industrial.
En estas formas de ejecución se tomará como
ejemplo el PET. Los granulados de polímero en estado amorfo llegan
por el conducto (12) a la cámara de plastificación (3). El bloque de
alimentación (2) permite aislar la cámara de calentamiento (3) de
manera que se plastifique el polímero en el último momento. El
pistón (1) permite empujar el polímero que se quiere plastificar.
La boquilla (4) consta de numerosos orificios pequeños y desemboca
en la cámara (5) de extracción de compuestos volátiles, dicha cámara
contiene una entrada de gas neutro (11). El recipiente (6) recoge
el polímero plastificado y el disco giratorio (8) coloca al
recipiente debajo del macho o estampa superior (13) del pistón de
moldeo (7).
La forma de funcionar el dispositivo es la
siguiente. Los granulados de PET amorfo llegan por el conducto (12)
y se calientan a 220ºC en la cámara (3) mediante la regulación de
esta cámara. Lo importante es que la capa próxima a la boquilla (4)
esté bien plastificada cuando la capa superior empieza todavía a
plastificarse. Se acciona el pistón (1) en sentido descendente y
desplaza al polímero plastificado a través de la boquilla (4),
generando de este modo un gran número de macarrones o hilos. El
nitrógeno (11) llega a estos macarrones y se lleva o extrae los
componentes volátiles. El polímero plastificado cae en el recipiente
(6) y el pistón (1) retrocede para dejar que la cámara se llene
otra vez así como el recipiente siguiente. El recipiente (9)
llenado anteriormente se halla en el momento del recipiente (6)
debajo del pistón de moldeo y el cuño o estampa superior (13)
desciende para fabricar la preforma y enfriarla con medios no
representados. El disco (8) gira alrededor de su eje (10) y permite
de este modo fabricar preformas en continuo.
En una forma de ejecución del dispositivo de la
invención según la figura 2A, se dispone de una rueda de
plastificación por compresión (20) que gira en el sentido de la
flecha (22). Esta rueda contiene 8 recipientes (21) de recuperación
de polímero plastificado. Por encima de estos recipientes se
disponen 7 cabezales de plastificación, uno de ellos se representa
en la figura 1, pero que no se representan en la figura presente. La
rueda de transferencia (24), que gira en el sentido de la flecha
(25), permite transferir el polímero plastificado a la rueda de
moldeo por compresión (26). Esta última gira en el sentido de la
flecha (28).
El funcionamiento del dispositivo es el
siguiente: cada cabezal de plastificación aporta por ejemplo 1 g de
PET amorfo a cada recipiente (21), lo que totaliza 7 g por
recipiente. Hay que considerar siempre que las 3 ruedas (20, 24,
26) se hallan en movimiento de rotación. En cuanto al recipiente
situado en (37), hay que decir que se vacía en un nuevo recipiente
(23) y la rueda de transferencia (24) coloca este recipiente en la
posición (38). En esta posición, el recipiente se vacía en un nuevo
recipiente (27) y entonces el polímero plastificado se moldea por
acción del cabezal (7,13) de la figura 1. Se vacían los recipientes
ya sea con bomba de engranajes, ya sea con un pistón. Sobre esta
última rueda están previstos 8 cabezales de moldeo, que giran
solidarios con esta última rueda (26). La preforma así obtenida se
enfría rápidamente con medios no representados y se expulsa en
dirección (29).
La figura 2B es una simplificación de la figura
2A, se dispone una rueda de plastificación por compresión (30) que
gira en el sentido de la flecha (32). Esta rueda contiene 8
recipientes (31) de recuperación de polímero plastificado. Por
encima de estos recipientes se colocan 7 cabezales de
plastificación, uno de ellos se ha representado en la figura 1,
pero no se representan en la presente figura. La rueda de
transferencia de la figura 2A se ha suprimido y en (33) el
recipiente se vacía a un recipiente (34) y pasa directamente sobre
la rueda de formación por compresión (39), girando en el sentido de
la flecha (35).
El funcionamiento del dispositivo es el
siguiente: cada cabezal de plastificación aporta por ejemplo 1 g de
PET amorfo a cada recipiente (31), lo que totaliza 7 g por
recipiente. Hay que considerar siempre que las 2 ruedas (30, 39) se
hallan en movimiento de rotación. En cuanto al recipiente situado en
(33), hay que decir que se vacía en un nuevo recipiente (34) y
entonces el polímero plastificado se moldea por acción del cabezal
(7, 13) de la figura 1. Sobre esta última rueda están previstos 8
cabezales de moldeo, que giran solidarios con esta última rueda
(37). La preforma así obtenida se enfría rápidamente con medios no
representados y se expulsa en dirección (36).
Se utiliza un PET que tiene una viscosidad
intrínseca del orden de 0,60 dl/g. Se alimenta a una cámara de
plastificación regulada a 225ºC. Se hace un barrido del polímero con
nitrógeno secado y caliente entre 225 y 240ºC y se descargan en el
recipiente 7 g de polímero plastificado. El disco gira a 12
revoluciones/min, contiene 20 recipientes y permite fabricar 14400
preformas por hora. Las preformas así producidas se emplean para
fabricar contenedores de 33 cl.
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Claims (14)
1. Procedimiento de fabricación de una preforma
a partir de un polímero amorfo semicristalino en estado amorfo con
velocidad de cristalización lenta, en el que:
- se plastifica dicho polímero por subida rápida
de la temperatura, a una temperatura inferior a la temperatura de
fusión,
- se comprime a través de una boquilla (4) dicho
polímero plastificado,
- a la salida de la boquilla se hace un barrido
de dicho polímero con un gas neutro (11), seco y caliente,
- se recoge el polímero plastificado en un
primer recipiente (6), manteniendo el polímero a la misma
temperatura de plastificación en todos los pasos y
- se efectúa el moldeo (13) en dicho primer
recipiente o en un segundo recipiente, al que se transfiere el
material procedente del primero, con un enfriamiento brutal de modo
que se obtenga la preforma en estado amorfo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el polímero amorfo se elige entre el
grupo formado por el PET, las poliamidas aromáticas, el PEN y
otros.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la
plastificación se efectúa a una temperatura de polímero comprendida
entre la temperatura de fusión y la temperatura que constituye el
límite superior de la zona de cristalización.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el polímero es el PET y la temperatura
de plastificación se sitúa entre 220 y 230ºC.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque la
plastificación se efectúa en un tiempo del orden de un minuto.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque se comprime
el polímero a través una boquilla formada por numerosos orificios
cilíndricos, idénticos en tamaño y dimensiones.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se comprime el
polímero plastificado a una presión inferior a 100 bares.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque se comprime con una presión del orden de
50 bares.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque a la salida de
la boquilla se hace un barrido un gas elegido entre nitrógeno,
dióxido de carbono, etc.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el gas es el nitrógeno, que se introduce
con una presión relativa del orden de 0,2 bares.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones de 1 a 10, caracterizado porque se efectúa
el moldeo en un primer recipiente, enfriando enseguida de la
temperatura de plastificación a una temperatura del orden de
50ºC.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones de 1 a 10, caracterizado porque se
transfiere el polímero del primer recipiente a un segundo
recipiente, en el que se efectúa el moldeo enfriando enseguida de la
temperatura de plastificación a una temperatura del orden de
50ºC.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque se efectúa el
enfriamiento en un tiempo del orden de un minuto.
14. Dispositivo para la ejecución del
procedimiento según una de las reivindicaciones de 1 a 13,
caracterizado porque consta de:
- una cámara de plastificación (3) del
polímero,
- medios de calentamiento de dicha cámara,
alrededor de esta:
- medios de alimentación (12) de polímero a
dicha cámara,
- una boquilla (4) debajo de la cámara de
plastificación,
- medios (1) por encima de dicha cámara para
empujar el polímero plastificado a través la boquilla
- una entrada de gas neutro (11) debajo de la
boquilla,
- un recipiente (6) para recoger el polímero
plastificado,
- un disco giratorio (8) que lleva numerosos
recipientes y
- un cuño o estampa superior (13) para moldear
la preforma.
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