ITMI20102368A1

ITMI20102368A1 - Metodo di preparazione di un articolo termoplastico e articolo preparato con tale metodo

Info

Publication number: ITMI20102368A1
Application number: IT002368A
Authority: IT
Inventors: Massimiliano Paolucci; Remo Tortolini
Original assignee: Indesit Co Spa
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-06-23
Also published as: WO2012085878A1; RU2013127635A; EP2655034A1; RU2587166C2

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

"METODO DI PREPARAZIONE DI UN ARTICOLO TERMOPLASTICO E

ARTICOLO PREPARATO CON TALE METODO"

La presente invenzione ha per oggetto un metodo per la preparazione di un articolo termoplastico a singolo strato o bistrato, l'articolo termoplastico ottenuto con tale metodo ed i suoi usi come rivestimento interno per elettrodomestici, in particolare come controporta per frigoriferi o come cella frigorifera.

Articoli termoplastici ottenuti mediante estrusione sono normalmente utilizzati per una vasta gamma di applicazioni, per esempio per formare le controporte dei frigoriferi e le celle frigorifere ed, in generale, componenti plastici per elettrodomestici, vasche e componenti per docce, parti di veicoli, imballaggi per alimenti ecc..

Le aziende produttrici di articoli termoplastici sono costantemente alla ricerca di metodi di produzione che permettano di ottenere articoli a basso impatto ambientale e che consentano di risparmiare sui costi di produzione .

Articoli a basso impatto ambientale sono, per esempio, quei manufatti prodotti a partire da materie prime riciclate oppure che possono essere ottenute utilizzando minori quantità di materia prima.

Nel settore dei materiali plastici ed, in particolare, in quello degli elettrodomestici, esiste ancora una forte necessità di individuare tecnologie che permettano di ottenere articoli caratterizzati da un buon impatto ambientale; per esempio, articoli più leggeri che richiedono 1'impiego di una quantità di materie prime inferiore rispetto alla quantità normalmente utilizzata e, quindi, consentono una riduzione dell'impiego di energia e, di conseguenza, dei costi di produzione.

Il problema principale che si incontra nella produzione di articoli a ridotta densità di materiale è quello di riuscire ad ottenere un prodotto che mantenga le stesse caratteristiche di resistenza meccanica, chimica, modulo elastico e durezza necessari per gli impieghi desiderati.

Tale problema è risolto da un metodo di produzione di un articolo termoplastico e dall'articolo ottenuto con tale processo, come delineati nelle annesse rivendicazioni. La presente invenzione riguarda un metodo per la produzione di un articolo termoplastico, comprendente i passaggi di:

a) miscelare un polimero termoplastico con un agente chimico espandente;

b) estrudere a caldo la miscela;

c) sottoporre la miscela estrusa a calandratura per ottenere un foglio di uno spessore compreso tra 0,5 e 3 mm;

d) sottoporre il foglio calandrato a termoformatura ad una temperatura compresa tra 120°C e 250°C, preferibilmente tra 140°C e 180°C per ottenere la forma desiderata .

Il processo è caratterizzato dal fatto di utilizzare come agente chimico espandente una miscela di acido citrico e polietilene.

Preferibilmente, la miscela comprende dal 40% all'80%, preferibilmente dal 40% al 60%, di acido citrico e dal 20% al 60% di polietilene, preferibilmente dal 40% al 60%.

In una forma preferita, l'acido citrico ed il polietilene sono una miscela 1:1.

Più preferibilmente, l'agente chimico espandente è Hydrocerol 593 prodotto dalla ditta Clariant.

Il polimero termoplastico utilizzato come materiale di partenza preferibilmente è scelto nella gamma dei polimeri aromatici monovilidenici (chiamati anche polimeri stirenici); più preferibilmente il polimero stirenico è scelto tra GPPS, HIPS, ABS and SAN.

Il polimero stirenico più preferito è il polistirene ad alto impatto (HIPS).

II polimero termoplastico può essere vergine e/o riciclato. Preferibilmente, si impiega dal 30% al 100% in peso di polimero termoplastico vergine e dallo 0% al 70% in peso di polimero termoplastico riciclato. L'agente chimico espandente è aggiunto nella miscela di partenza in quantità compresa tra 0,5% e 3%, preferibilmente tra 1% e 2% in peso.

In una forma preferita, oltre al polimero termoplastico ed all'agente chimico espandente si aggiunge un colorante, ad esempio biossido di titanio in quantità da 1,5% a 4%, preferibilmente dal 2% al 2,5%, per ottenere la classica colorazione bianca dei componenti plastici per elettrodomestici o per altre applicazioni.

Dopo miscelazione delle materie prime nel dosatore, la miscela così ottenuta entra nell'estrusore a temperatura ambiente ed è scaldata ad una temperatura compresa tra 150°C e 230°C, preferibilmente tra 150°C e 200°C, mentre viene spinta dalla vite di estrusione, che ha un profilo a volume variabile. Il riscaldamento avviene mediante l'utilizzo di resistenze.

La miscela, sospinta dalla vite di estrusione, esce dalla testa di trafilatura ed entra in una calandra, la quale conferisce alla lastra lo spessore desiderato. Lo spessore preferito per le applicazioni dell'invenzione è compreso tra 1 e 2 mm.

Quando la miscela esce dalla testa di trafilatura dell'estrusore, prima di entrare nella calandra, per effetto dell'agente chimico espandente, subisce un'espansione che consente una diminuzione di densità non superiore al 30%, preferibilmente non superiore al 20% in peso rispetto ad un articolo dello stesso materiale non espanso. Preferibilmente, la diminuzione di densità è compresa tra 14% e 18% in peso, in modo da garantire le stesse prestazioni meccaniche di un articolo dello stesso materiale polimerico, ma non espanso .

Durante la calandratura la lastra subisce un raffreddamento ad una temperatura inferiore a 100°C, preferibilmente ad una temperatura compresa tra 80 e 95°C .

La lastra così calandrata opzionalmente può subire un'ulteriore raffreddamento, per poi essere sottoposta a trattamento corona e quindi tagliata alla dimensione voluta; il trattamento corona è un trattamento superficiale della plastica normalmente impiegato nel settore degli elettrodomestici per conferire all'articolo termoplastico una finitura superficiale tale da permettere a un materiale di riempimento che entrerà successivamente a contatto con la superficie della lastra (quale ad esempio una schiuma di poliuretano o un differente materiale isolante) di aderirvi in maniera ottimale.

La termoformatura dell'articolo termoplastico avviene riscaldando la lastra ad una temperatura preferita compresa tra 140°C e 180°C, preferibilmente tra 170°C e 180°C. La lastra quindi viene a contatto con lo stampo avente la forma desiderata, per esempio la forma di una controporta per frigoriferi o di una cella frigorifera.

Lo stampo è preferibilmente microforato per permettere di far aderire l'articolo termoplastico allo stampo mediante l'applicazione del vuoto. L'applicazione del vuoto determina un raffreddamento dell'articolo termoplastico determinandone la plastificazione e/o la completa solidificazione.

L'articolo termoplastico così formato può essere opzionalmente rifinito e quindi accoppiato al supporto (per esempio, alla porta di un frigorifero) mediante applicazione di un materiale avente proprietà adesive, per esempio schiuma di poliuretano.

Forma un ulteriore oggetto della presente invenzione un articolo termoplastico espanso monostrato ottenibile con il processo sopra descritto.

Tale articolo termoplastico è caratterizzato da un monostrato di materiale polimerico (preferibilmente polistirene, più preferibilmente polistirene ad alto impatto) espanso con una diminuzione di densità non superiore al 30%, preferibilmente non superiore al 20% in peso rispetto ad un articolo dello stesso materiale non espanso. La densità del monostrato espanso è preferibilmente compresa tra 0,5 e 1 g/mL, preferibilmente tra 0,7 e 0,9 g/mL. Lo spessore del monostrato è compreso tra 0,5 e 3 mm, preferibilmente tra 1 e 2 mm. Preferibilmente, lo spessore non è uniforme e varia all'interno degli intervalli descritti. In un'ulteriore forma di realizzazione l'articolo termoplastico può essere un bistrato composto da due materiali polimerici diversi oppure dallo stesso materiale.

I polimeri termoplastici utilizzati per formare i due strati corrispondono a quelli impiegati per produrre l'articolo monostrato, cioè sono polimeri aromatici monovilidenici (chiamati anche polimeri stirenici), preferibilmente scelti tra diverse combinazioni di GPPS, HI PS, ABS and SAN.

In una forma preferita, il bistrato comprende due strati dello stesso materiale polimerico, preferibilmente due strati di polistirene, più preferibilmente polistirene ad alto impatto.

II processo per ottenere l'articolo bistrato corrisponde al metodo di preparazione del monostrato in cui è presente un ulteriore passaggio di co-laminazione oppure di co-estrusione cl) prima della calandratura del primo strato. Il materiale che viene depositato sul primo strato espanso a formare un secondo strato ha funzioni estetiche e preferibilmente non è espanso.

In caso di passaggio di co-laminazione, tale colaminazione viene condotta preferibilmente ad una temperatura compresa tra 50°C e 90°C, mentre in caso di passaggio di co-estrusione, tale co-estrusione avviene ad una temperatura compresa tra 180°C e 220 °C.

Si procede poi alla termoformatura del bistrato come illustrato sopra.

In una forma preferita lo spessore totale del bistrato corrisponde allo spessore di un monostrato come sopra descritto. Infatti, il secondo strato ha preferibilmente uno spessore compreso tra 20 e 80 micron, preferibilmente tra 50 e 60 micron, cioè uno spessore che praticamente non incide sullo spessore totale dell'articolo .

L'articolo termoplastico monostrato o bistrato dell'invenzione può essere utilizzato per diverse applicazioni, preferibilmente per rivestimenti interni di elettrodomestici, per esempio frigoriferi e lavatrici. Un'applicazione particolarmente preferita riguarda l'impiego dell'articolo termoplastico come controporta per frigoriferi o come cella frigorifera. ESEMPIO DI PREPARAZIONE DI CONTROPORTA PER FRIGORIFERO O DI CELLA FRIGORIFERA

In un dosatore gravimetrico si inseriscono polistirolo ad alto impatto vergine 50%, polistirene ad alto impatto riciclato (rimacinato) 50%, l,5%-2,5% di biossido di titanio, 1,6% di agente espandente Hydrocerol 593 (versione diluita di Hydrocerol 591).

Dopo miscelazione delle materie prime nel dosatore, la miscela così ottenuta entra nell'estrusore, a temperatura ambiente, all'inizio della vite di plastificazione; la vite ha un profilo a volume variabile; la miscela è scaldata mentre passa nella vite ad una temperatura media di circa 200°C, mediante resistenze .

La miscela esce dalla testa di trafilatura e viene schiacciata da una calandra la quale conferisce alla lastra uno spessore intorno a 1,6-1,7 mm. Quando la miscela esce dalla testa di trafilatura prima di entrare nella calandra, per effetto dell'agente espandente, subisce un'espansione che fa diminuire la densità del 16%; la lastra esce dalla calandratura raffreddata a 95°C.

La lastra calandrata è ulteriormente raffreddata, sottoposta a trattamento corona e poi tagliata.

La termoformatura della controporta o della cella frigorifera, avviene riscaldando la lastra ad una temperatura T di 140-180°C, preferibilmente 160-165°C. La lastra è quindi appoggiata ad uno stampo che ha la forma della controporta o della cella frigorifera; si applica il vuoto allo stampo che viene trasmesso alla plastica mediante dei microfori; in questo modo la plastica aderisce allo stampo e si raffredda in quanto lo stampo è freddo e si verifica la plastificazione e/o la completa solidificazione.

Lo stesso procedimento è stato ripetuto utilizzando 100% di polistirene ad alto impatto vergine e 1,5% di Hydrocerol 593; 100% polistirene ad alto impatto vergine e 1,6% di Hydrocerol 593; 60% di polistirene ad alto impatto riciclato, 40% di polistirene ad alto impatto vergine e 1,6% di Hydrocerol 593.

Nella tabella seguente sono riportati i risultati ottenuti per le controporte e le celle in termini di diminuzione di peso e densità.

100% 100% 50% 60% polistirene polistirene polistirene polistirene vergine vergine riciclato/50% riciclato/40% 1,5% 1,6% polistirene polistirene Hydrocerol 593 Hydrocerol vergine vergine

593 1,6% 1,6%

Hydrocerol Hydrocerol 593 593

Densità 0,89 Densità 0,88 Densità 0,86 Densità 0,84 g/mL g/mL g/mL g/mL Riduzione di Riduzione di Riduzione di Riduzione di peso 16% peso 17% peso 19% peso 21%

Tutte le controporte e le celle frigorifere ottenute con il metodo dell'invenzione hanno dimostrato una buona finitura della superficie, un buon grado di espansione e quindi di riduzione di peso, ed una buona distribuzione di porosità.

Le proprietà meccaniche e di resistenza all'aggressione di eventuali agenti chimici sono paragonabili alle controporte e alle celle frigorifere ottenute con polistirene non espanso.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per la produzione di un articolo termoplastico, comprendente i passaggi di: a) miscelare un polimero termoplastico con un agente chimico espandente; b) estrudere a caldo la miscela; c) sottoporre la miscela estrusa a calandratura per ottenere un foglio di uno spessore compreso tra 0,5 e 3 mm; d) sottoporre il foglio calandrato a termoformatura ad una temperatura compresa tra 120 e 250°C, preferibilmente tra 140°C e 180°C, per ottenere la forma desiderata; caratterizzato dal fatto di utilizzare come agente chimico espandente una miscela di acido citrico e polietilene.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto agente chimico espandente comprende dal 40% all'80%, preferibilmente dal 40% al 60%, di acido citrico e dal 20% al 60% di polietilene, preferibilmente dal 40% al 60%.
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detto acido citrico e detto polietilene sono una miscela 1:1.
4 . Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 3, in cui detto agente chimico espandente è Hydrocerol 593® prodotto dalla ditta Clariant.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 4, in cui detto polimero termoplastico è un polimero stirenico, preferibilmente scelto tra GPPS, HIPS, ABS and SAN, più preferibilmente è HIPS vergine e/o riciclato.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 5, in cui detto agente chimico espandente è aggiunto nella miscela di partenza in quantità compresa tra 0,5% e 3%, preferibilmente tra 1% e 2% in peso.
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 6, in cui detta miscela del punto a), durante detta estrusione, subisce un'espansione che consente una diminuzione di densità non superiore al 30%, preferibilmente non superiore al 20%, più preferibilmente compresa tra 14% e 18% in peso rispetto ad un articolo dello stesso materiale non espanso.
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 7, comprendente ulteriormente un passaggio cl), precedente alla calandratura, di sottoporre detto foglio calandrato ad una co-laminazione o co-estrusione con un secondo foglio, preferibilmente non espanso.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui detto secondo foglio è dello stesso materiale polimerico del primo foglio, preferibilmente entrambi i fogli sono in HIPS vergine e/o riciclato.
10. Articolo termoplastico espanso monostrato ottenibile con il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 7.
11. Articolo termoplastico espanso bistrato ottenibile con il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 1 alla 9.
12. Articolo termoplastico espanso secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detto articolo è una controporta per frigoriferi oppure una cella frigorifera .
13. Articolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 10 alla 12, caratterizzato da una diminuzione di densità non superiore al 30%, preferibilmente non superiore al 20%, più preferibilmente compresa tra 14% e 18% in peso rispetto ad un articolo dello stesso materiale non espanso; una densità dello strato espanso compresa tra 0,5 e 1 g/mL, preferibilmente tra 0,7 e 0,9 g/mL; e uno spessore totale del monostrato o bistrato compreso tra 0,5 e 3 mm, preferibilmente tra 1 e 2 mm.