WO2009043949A1 - Procedimiento para ia inyección de piezas de polietenol y piezas así obtenidas - Google Patents

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    • B29K2029/04—PVOH, i.e. polyvinyl alcohol

Definitions

  • the object of the present invention refers to a procedure for the injection of polyethenol parts, of the type used in the preparation of water-soluble parts, and parts thus obtained.
  • This material has the property of, under certain conditions, dissolving in water, which makes it very useful in some applications, such as those mentioned above.
  • Polyetenol is a synthetic polymer that is obtained from another, polyvinyl acetate or polyethanoate.
  • the acetate groups of the polyethanoate chain are hydrolyzed under standard conditions in methanol, leaving hydroxyl groups -OH and giving off methyl acetate.
  • This chemical reaction can be controlled quite accurately to hydrolyze a desired percentage of acetate groups (degree of hydrolysis).
  • the new polymer has a structure very similar to that of polyethylene, however, the presence of the -OH groups has very important effects. The more important is that the polymer is hydrophilic, whose solubility in water is a function of the proportion of -OH groups present in the chain and the dissolution temperature. Thus, when between 80% and 89% of the acetate groups have been substituted by -OH, the resulting polymer is soluble in cold water; however, when replaced almost 100% of the acetate groups, the polymer is soluble only at temperatures above 85 0 C.
  • polyetenol under normal conditions and according to conventional manufacturing processes in which it is used is only valid for extrusion and extrusion-blow molding techniques, such as those described in the aforementioned patents, and products can be made with them such as films, threads and tubular bands;
  • this normal polyethenol has, in general, a serious inconvenience: it is practically impossible to use it with injection techniques, such as injection-molding or injection-blowing due to its degree of fluidity.
  • the present invention relates to a new process for the injection of pieces from polyethenol pellets provided with a flow rate between 10 and 30 gr / 10min, and with a degree of volatile components equal to or less than 10%; this polyetenol has its own characteristics that make it slow to compaction, as well as setting and solidification; hence, the need to define a novel procedure for the injection of parts from this product.
  • the pellet must have been tempered, so that when the polyetenol is melted, it guarantees the flow and humidity indexes, mentioned above, since the general flow index of an untreated pellet of this type is between 3 and 5 gr / 10min.
  • the new procedure for the injection of polyethenol parts must be complemented, depending on the final product to be obtained, with molding techniques or with blowing techniques.
  • the procedure requires the following elements: extruder, injector and mold.
  • the polyethenol pellet is poured into a hopper or the like, which supplies it to a single-screw extruder equipped with means for forced gas evacuation, with a gas evacuation capacity between 10% and 50% higher to the conventional one in a non-water soluble multimeter.
  • the polyetenol must be heated and reach its melting state at a stable temperature of between 170 and 250 0 C at which time it acquires a flow rate of between 10 and 30 gr. /10 minutes.
  • the polyetenol paste passes to an injector device, which is provided with a heating element to keep its temperature stable and a set of conduits of increasing section and with a geometry basically Conical, whose inner diameter is oversized between 20% and 40%, that is, it is more than conventionally required for a multimeter with a flow rate of between 10 and 30 gr./10min., and can not be in any case lower 1 mm
  • the temperature of the polyetenol, as it passes through the injector must be controlled by a thermostat at the same value as the extrusion. between 170 and 250 0 C.
  • the injector introduces the molten polyethenol pellet into a mold also heated and thermostated, where it gradually cools and sets.
  • the cooling of the polyetenol has to be slowed down, so that the time of permanence in the mold is of the order of 5 times greater than the necessary one in the case of another non-water-soluble polymer with the same index of fluidity in this melting phase and the demolding temperature is between 25 and 35 0 C. Therefore, it is necessary to use a heated and thermostated mold and prevent the cooling from freely evolving depending on the ambient temperature.
  • Both the extruder and the injector and the mold are equipped with means for the forced evacuation of vapors released during the process, having in total a number of steam outlets in the amount of 70 to 80% higher than what would correspond in the processing of another non-water soluble plastic of the same flow rate and at the same temperatures.
  • the type of mold used is different, however, the parameters and characteristics described above for an injection mold, referring to forced extraction of gases, temperatures and times of setting are equally applicable, there being differences only due to the dynamics of the mold's operation.
  • the injector makes flow vertically through an extruder head, a tube polyethenol melt at a temperature of between 170 and 250 0 C, which sequentially introduced into the open blow mold, which then closes, the lower part of the polyethenol cylinder being sealed by the mold's own action; then, the upper part of the molten polyethenol tube is cut, this operation being carried out hot by means of an electrical resistor or equivalent device; then, pressurized air is blown through the open upper part of the tube, so that it swells and adopts the shape of the mold walls; Finally, controlled cooling and demoulding are carried out as described above.
  • Parts that can be obtained by this injection procedure are golf balls, boxes, dosers for insecticides, tacos for cartridges, tampon applicators,
  • Figure 1 shows a diagram corresponding to a process according to the invention for injection molds.
  • Figure 2 shows a diagram corresponding to a process according to the invention for blow molds.
  • the polyethenol pellet (4) is poured into a hopper (5) that supplies it to an extruder (1) equipped with means for forced gas evacuation, with a gas evacuation capacity of at least 23% higher to the conventional one in a non-water soluble multimeter
  • the polyetenol must be heated and reach its melting state at a stable temperature of 190 0 C at which time it acquires a fluidity index of at least 11 gr. /10 minutes.
  • the polyethenol pellet passes to an injector (2), which is equipped with a heating element (12) to keep its temperature stable at 190 0 C and a set of pipes (6) of increasing section and with a geometry basically conical, whose inner diameter is oversized by 20%, with compared to the conventionally required for a multimeter with a flow rate of between 10 and 30 gr./10min.
  • the injector pours the molten polyethenol pellet into a mold (3) through different ducts (7) remaining in the mold 5 times longer than necessary in the case of another non-water-soluble polymer with the same flow rate .
  • the final demoulding is done at 32 0 C., for which the mold has heating means (13) that prevent its temperature from falling below that value.
  • Both the extruder (1) and the injector (2) and the mold (3) are provided with means for forced evacuation of vapors released (8) during the process, having in total a number of steam outlets (9) in an amount of 75% higher than what would correspond in the processing of another non-water-soluble plastic of the same fluidity index and at the same temperatures.
  • the injector flows vertically, a molten polyethenol tube (11) at a temperature between 190 0 C, which is sequentially introduced inside the open blow mold (3), which is then closed and the lower part of the seal is sealed.
  • polyethenol cylinder by the mold's own action (3); then, the upper part of the molten polyethenol tube is cut, this operation being performed hot by means of an electric resistor; then, pressurized air is injected, by means of a blower (10), through the open upper part of the tube, thereby swelling and adopting the shape of the mold walls (3); Finally, controlled cooling and demoulding are carried out as described above.

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Abstract

Procedimiento para la inyección de piezas de polietenol, donde se parte una granza de polietenol (4) la cual se vierte en una tolva o similar (5), que la suministra a una extrusora de un solo husillo (1) dotada de medios para evacuación forzada de gases (8). El polietenol se calienta a una temperatura de entre 170 y 250 °C y a continuación pasa a un inyector (2), dotado de un elemento calefactor (12) y un conjunto de conducciones de sección creciente y con una geometría basicamente cónica (6), de diámetro sobredimensionado entre un 20% y un 40%. El inyector (2) introduce la granza de polietenol fundida en un molde de inyección o de soplado (3), también calefactado (13), donde se inicia un enfriado relentizado, realizandose finalmente el desmoldeo a una temperatura de entre 25 y 35°C.

Description

Procedimiento para Ia inyección de piezas de polietenol y piezas así obtenidas
CAMPO TÉCNICO.
El objeto de Ia presente invención, tal como se expresa en el titulo de esta memoria descriptiva, hace referencia a un procedimiento para Ia inyección de piezas de polietenol, del tipo empleado en Ia elaboración de piezas hidrosolubles, y piezas así obtenidas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN.
En determinadas ocasiones, tanto en Ia industria como en algunos usos de Ia vida cotidiana, aparece Ia necesidad de tener que utilizar productos, piezas u otros elementos que, al contacto con el agua, se disuelvan.
Una razón para esto es que sean biodegradables por motivos medioambientales; ejemplo de ello son Ia utilización de cartuchos de caza, aplicadores de tampón, pelotas de golf, dosificadores para insecticidas o urnas para cenizas funerarias que, después de su uso, suelen quedar abandonados.
Otra razón para el uso de dichos productos es el hecho de que deban tener, por razones de su propio uso, un tiempo de vida útil limitado; tal sería el caso de determinados dispositivos de redes de pesca selectiva que, después de realizada Ia captura, se disuelvan parcialmente para dejar escapar los peces más pequeños. Una de las propiedades que se Ie atribuyen tradicionalmente a los plásticos es su comportamiento hidrófobo, es decir, su impermeabilidad y su insolubilidad en agua. Pero, existen plásticos capaces de disolverse en agua, como el polietenol.
Este material tiene Ia propiedad de, en determinadas condiciones, disolverse en agua, Io que Io hace muy útil en algunas aplicaciones, tales como las anteriormente mencionadas.
El polietenol es un polímero sintético que se obtiene a partir de otro, el acetato de polivinilo o polietanoato. Los grupos acetato de Ia cadena del polietanoato se hidrolizan en condiciones estándar en metanol, quedando grupos hidroxilo -OH y desprendiéndose acetato de metilo. Así se obtiene polietenol. Esta reacción química se puede controlar de forma bastante precisa para hidrolizar un porcentaje deseado de grupos acetato (grado de hidrólisis).
El nuevo polímero tiene una estructura muy parecida a Ia del polietileno, sin embargo, Ia presencia de los grupos -OH tiene efectos muy importantes. El más importante es que el polímero es hidrófilo, cuya solubilidad en agua es función de Ia proporción de grupos -OH presentes en Ia cadena y de Ia temperatura de disolución. Así pues, cuando se han sustituido entre un 80% y un 89% de los grupos acetato por - OH, el polímero resultante es soluble en agua fría; sin embargo, cuando se han sustituido casi el 100% de los grupos acetato, el polímero sólo es soluble a temperaturas superiores a los 85 0C.
Todos los grados de polietenol disueltos son biodegradables y sus derivados no son tóxicos.
Ejemplos de estas aplicaciones son las descritas en Ia patente US-3.186.869, COATED FILM FOR LAUNDRY PACKAGE y Ia patente US-3.322.674 LAUNDRY PACKAGE, que describen películas hidrosolubles y artículos para lavado de ropa. Las películas hidrosolubles de estas referencias están recubiertas internamente con una cera, u otro material, para evitar que el contenido del envase interaccione con el material en forma de película y se degraden sus características de solubilidad. Otra aplicación interesante del polietenol es la obtención de hilo quirúrgico, que es utilizado para suturas en cirugía. Para esta aplicación, se utilizan distintos tipos de hilos con diferentes grados de solubilidad, en función de Ia rapidez con Ia que se desea que se disuelva; un ejemplo de esta aplicación se describe en Ia patente E88113740. Sin embargo, el polietenol en condiciones normales y según Io procesos convencionales de fabricación en los que se Ie utiliza, sólo es válido para técnicas de conformado por extrusión y extrusión-soplado, como las descritas en las patentes antes mencionadas, pudiéndose realizar con ellas productos tales como películas, hilos y bandas tubulares; esto es así porque este polietenol normal presenta, en general, un serio inconveniente: es prácticamente imposible utilizarlo con técnicas de inyección, tales como inyección-moldeo o inyección-soplado debido a su grado de fluidez.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.
Con el fin de superar este inconveniente, se ha diseñado el novedoso procedimiento para Ia inyección de piezas de polietenol, objeto de Ia presente memoria técnica.
En términos generales, Ia presente invención se refiere a un nuevo procedimiento para Ia inyección de piezas a partir de granza de polietenol dotado de un índice de fluidez comprendido entre 10 y 30 gr/10min, y con un grado de componentes volátiles igual o inferior al 10 %; este polietenol tiene unas características propias que Io hacen lento de compactación, así como de fraguado y solidificación; de aquí, Ia necesidad de definir un novedoso procedimiento para Ia inyección de piezas a partir de este producto.
Además, Ia granza debe haber sido atemperada, de tal forma que cuando el polietenol esté fundido, garantice los índices de fluidez y humedad, antes mencionados, ya que eí índice de fluidez general de una granza no tratada de este tipo, está entre 3 y 5 gr/10min. El nuevo procedimiento para Ia inyección de piezas de polietenol debe complementarse, dependiente del producto final que se desea obtener, con técnicas de moldeo o con técnicas de soplado.
En el caso de tratarse de inyección-moldeo, el procedimiento requiere los siguientes elementos: extrusora, inyector y molde. Para empezar, Ia granza de polietenol se vierte en una tolva o similar, que la suministra a una extrusora de un solo husillo dotada de medios para evacuación forzada de gases, con una capacidad de evacuación de gases entre un 10% y un 50% superior a Ia convencional en un polímetro no hidrosoluble. El polietenol debe calentarse y alcanzar su estado de fusión a una temperatura estable de entre 170 y 250 0C momento en que adquiere un índice de fluidez de entre 10 y 30 gr. /10min. Otro aspecto a tener en cuenta en este punto es que la geometría de los husillos ha de presentar puntos de cizalla y zonas de machaque agresivos para conseguir una mezcla homogénea de Ia granza durante su extrusión, con diferentes distancias y profundidades entre los alabes a Io largo del husillo. A continuación Ia pasta de polietenol, fundida a dicha temperatura y con ese índice de fluidez, pasa a un dispositivo inyector, el cuál está dotado de un elemento calefactor para mantener estable su temperatura y un conjunto de conducciones de sección creciente y con una geometría básicamente cónica, cuyo diámetro interior se halla sobredimensionado entre un 20% y un 40%, es decir, es superior al requerido convencionalmente para un polímetro con índice de fluidez de entre 10 y 30 gr./10min., no pudiendo ser en ningún caso inferior 1 mm. La temperatura del polietenol, a su paso por el inyector, ha de mantenerse controlada mediante termostato al mismo valor que el de extrusión,. entre 170 y 250 0C. Por ultimo, el inyector introduce Ia granza de polietenol fundida en un molde también calefactado y termoestatado, donde va enfriándose y fraguando paulatinamente.
Para que el fraguado del polímero sea correcto, el enfriamiento del polietenol ha de ser relentizado, de manera que el tiempo de permanencia en el molde es del orden de 5 veces superior al necesario en el caso de otro polímero no hidrosoluble con el mismo índice de fluidez en esta fase de fusión y la temperatura de desmoldeo está situada entre 25 y 35 0C. Por ello, es necesario el uso de un molde calefactado y termoestatado y evitar que el enfriamiento evolucione libremente en función de Ia temperatura ambiental.
Durante el tiempo de enfriamiento del polietenol en el molde, se debe mantener Ia presión de inyección para evitar "rechupados" (deformación por contracción del producto durante dicho enfriamiento).
Tanto Ia extrusora como el inyector y el molde, están dotados de medios para Ia evacuación forzada de vapores desprendidos durante el proceso, disponiendo en total de un número de salidas de vapor en cantidad de un 70 a un 80 % superior al que correspondería en el procesamiento de otro plástico no hidrosoluble del mismo índice de fluidez y a las mismas temperaturas.
Para Ia inyección de una pieza hecha por soplado, como por ejemplo una botella, el tipo de molde empleado es diferente, sin embargo, los parámetros y características descritos anteriormente para un molde de inyección, referentes a extracción forzada de gases, temperaturas y tiempos de fraguado son igualmente aplicables, existiendo diferencias únicamente a raíz de Ia dinámica de funcionamiento del molde. Concretamente, en un molde por soplado, el inyector hace fluir verticalmente, a través de un cabezal extrusor, un tubo de polietenol fundido a una temperatura de entre 170 y 250 0C, que secuencialmente se introduce en el interior del molde de soplado abierto, el cual seguidamente se cierra quedando sellada Ia parte inferior del cilindro de polietenol por Ia propia acción del molde; después, se corta Ia parte superior el tubo de polietenol fundido, efectuándose esta operación en caliente mediante una resistencia eléctrica o dispositivo equivalente; entonces, se sopla aire a presión por Ia parte superior abierta del tubo, con Io que este se hincha y adopta Ia forma de las paredes del molde; por último, se procede al enfriamiento controlado y desmoldeo tal como se ha descrito anteriormente.
Mediante el anterior procedimiento de inyección es posible obtener piezas hidrosolubles con cualquier geometría partiendo de una granza de polietenol de alta fluidez.
Piezas que se pueden obtener por este procedimiento de inyección son pelotas de golf, cajas, dosificadores para insecticidas, tacos para cartuchos, aplicadores de tampón,
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS.
Con el objeto de ilustrar cuanto hasta ahora hemos expuesto, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, de un conjunto de dibujos en los que se ha representado de manera simplificada y esquemática, dos ejemplo de realización práctica del novedoso procedimiento. La figura 1 muestra, un diagrama correspondiente a un proceso según Ia invención para moldes de inyección.
La figura 2 muestra, un diagrama correspondiente a un proceso según Ia invención para moldes de soplado.
DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO PRÁCTICO. Según el ejemplo de Ia figura 1 , correspondiente a una pieza realizada por inyección-moldeo, el procedimiento requiere los siguientes elementos: extrusora (1), inyector (2) y molde (3).
Para empezar, Ia granza de polietenol (4) se vierte en una tolva (5) que Ia suministra a una extrusora (1) dotada de medios para evacuación forzada de gases, con una capacidad de evacuación de gases de al menos un 23% superior a Ia convencional en un polímetro no hidrosoluble
El polietenol debe calentarse y alcanzar su estado de fusión a una temperatura estable de 190 0C momento en que adquiere un índice de fluidez de al menos 11 gr. /10min. A continuación Ia granza de polietenol, pasa a un inyector (2), el cuál está dotado de un elemento calefactor (12) para mantener estable su temperatura a 190 0C y un conjunto de conducciones (6) de sección creciente y con una geometría básicamente cónica, cuyo diámetro interior se halla sobredimensionado un 20%, con respecto al convencionalmente requerido para un polímetro con índice de fluidez de entre 10 y 30 gr./10min.
Por ultimo, el inyector vierte Ia granza de polietenol fundida en un molde (3) a través de diferentes conductos (7) permaneciendo en el molde un tiempo 5 veces superior al necesario en el caso de otro polímero no hidrosoluble con el mismo índice de fluidez. El desmoldeo final se realiza a 32 0C. , para Io cual el molde dispone de medios calefactores (13) que impiden que su temperatura descienda de ese valor.
Tanto Ia extrusora (1) como el inyector (2) y el molde (3), están dotados de medios para Ia evacuación forzada de vapores desprendidos (8) durante el proceso, disponiendo en total de un número de salidas de vapor (9) en cantidad de un 75 % superior al que correspondería en el procesamiento de otro plástico no hidrosoluble del mismo índice de fluidez y a las mismas temperaturas.
Según el ejemplo de Ia figura 2, correspondiente a una pieza realizada por inyección-soplado, el procedimiento requiere los siguientes elementos: extrusora (1), inyector (2) y molde (3) y soplador (10).
Los dos primeros elementos del procedimiento, extrusora (1) e inyector (2), son idénticos a los ya descritos en el ejemplo anterior.
El inyector hace fluir verticalmente, un tubo de polietenol fundido (11) a una temperatura de entre 190 0C, que secuencialmente se introduce en el interior del molde de soplado abierto (3), el cual seguidamente se cierra quedando sellada Ia parte inferior del cilindro de polietenol por Ia propia acción del molde (3); después, se corta Ia parte superior el tubo de polietenol fundido, efectuándose esta operación en caliente mediante una resistencia eléctrica; entonces, se inyecta aire a presión, mediante un soplador (10), por Ia parte superior abierta del tubo, con lo que este se hincha y adopta Ia forma de las paredes del molde (3); por último, se procede al enfriamiento controlado y desmoldeo tal como se ha descrito anteriormente.

Claims

REIVINDICACIONES.
1a.- Procedimiento para Ia inyección de piezas de polietenol, del tipo empleado en Ia elaboración de piezas hidrosolubles caracterizado porque partiendo de una granza de polietenol con un índice de fluidez comprendido entre 10 y 30 gr/10min y con un grado de componentes volátiles igual o inferior al 10 %, comprende las siguientes etapas:
- vertido de Ia granza en una tolva o similar,
- suministro de Ia granza desde Ia tolva a una extrusora de un solo husillo dotada de medios para evacuación forzada de gases con una capacidad de evacuación entre un 10% y un 50% superior a la convencional en un polímero no hidrosoluble,
- calentamiento del polietenol o granza a una temperatura de entre 170 y 250 0C adquiriendo Ia pasta de Ia granza un índice de fluidez de entre 10 y 30 gr/10min, - introducción de a pasta de polietenol en un inyector, que está dotado de un elemento calefactor para mantener estable su temperatura entre 170 y 50 0C, de un conjunto de conducciones de sección creciente y con una geometría básicamente cónica, cuyo diámetro interior se halla sobredimensionado entre un 20% y un 40% con referencia a un polímetro no hidrosoluble con índice de fluidez de entre 10 y 30 gr/10min,
- introducción por parte del inyector de Ia granza de polietenol fundida en un molde de inyección o de soplado, también calefactado, donde se inicia un enfriado relentizado, siendo el tiempo de permanencia en el molde del orden de 5 veces superior al necesario en el caso de otro polímero no hidrosoluble con el mismo índice de fluidez, y
- desmoldeo a una temperatura de entre 25 y 35 0C.
2a.- Procedimiento para Ia inyección de piezas de polietenol según reivindicación anterior, caracterizado porque tanto Ia extrusora como el inyector y el molde, están dotados de medios para Ia evacuación forzada de vapores desprendidos durante el proceso, disponiendo en total de un número de salidas de vapor en cantidad de un 70 a un 80 % superior al que correspondería en el procesamiento de otro plástico no hidrosoluble del mismo índice de fluidez y a las mismas temperaturas. 3a.- Pieza hidrosoluble, obtenida según el procedimiento anterior, caracterizada porque fundida presenta un grado de fluidez de entre 10 y 30 gr/10 min.
4a.- Pieza, según reivindicación tercera, caracterizada porque es una pelota de golf. 5a.- Pieza, según reivindicación tercera, caracterizada porque es una caja.
6a.- Pieza, según reivindicación tercera, caracterizada porque es un taco de un cartucho.
7a.- Pieza, según reivindicación tercera, caracterizada porque es un aplicador de tampón. 8a.- Pieza, según reivindicación tercera, caracterizada porque es un dosificador de insecticida.
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