Procedimiento para la extrusión de masas plásticas.

Procedimiento para la extrusión de masas plásticas usando elementos de tornillo sin fin para máquinas de tornillo sin fin de varios árboles con árboles de tornillo que giran por pares en el mismo sentido y se rozan por pares exactamente,

con dos o más entradas de tornillo, en los que los perfiles de tornillo sin fin en sección transversal completa pueden representarse respectivamente mediante una curva de perfil constantemente diferenciable y entre los elementos de tornillo sin fin y la carcasa y/o entre los elementos de tornillo sin fin contiguos están presentes huelgos en el intervalo de 0,1 a 0,001 referido al diámetro del perfil del tornillo sin fin y el perfil del tornillo sin fin en sección transversal completa está compuesto por cuatro o más arcos circulares, deviniendo los arcos circulares entre sí tangenciales en sus puntos inicial y final, caracterizado porque

- un perfil de tornillo sin fin generatriz y uno generado tienen una distancia entre ejes a entre sí,

- el número de los arcos circulares del perfil de tornillo sin fin generatriz es n,

- el radio exterior ra del perfil de tornillo sin fin generatriz es mayor que 0 (ra >0) y menor que la distancia entre ejes (ra< a),

- el radio central ri del perfil de tornillo sin fin generatriz es mayor que 0 (ri >0) y menor que o igual a ra (ri ≤ ra),

- todos los arcos circulares del perfil de tornillo sin fin generatriz devienen tangenciales entre sí,

- los arcos circulares forman un perfil de tornillo sin fin cerrado, es decir la suma de los ángulos αj de todos los j arcos circulares es igual a 2π siendo π el número pi (π≈3,14159),

- los arcos circulares forman un perfil de tornillo convexo.

Procedimiento para la extrusión de masas plásticas La invención se refiere a un procedimiento para la extrusión de masas plásticas, en especial de masas fundidas poliméricas y mezclas de masas fundidas poliméricas, sobre todo termoplásticos y elastómeros, con especial

preferencia policarbonato y mezclas (“blends”) de policarbonatos, también con mezcla de otras substancias como p.ej.

sólidos, líquidos, gases u otros polímeros u otras mezclas de polímeros con propiedades ópticas mejoradas, con ayuda de una extrusora de varios árboles con geometrías de tornillo sin fin definidas.

La extrusión es un procedimiento conocido en la fabricación, preparación y procesamiento de polímeros. Por extrusión se entiende aquí y en lo que sigue el tratamiento de una substancia o mezcla de substancias en una extrusora de doble husillo o de varios árboles que giran en el mismo sentido, como está descrito detalladamente en [1] ([1] = Kohlgrüber. Der gleichläufige Doppelschneckenextruder, Hanser Verlag Múnich 2007) .

Por una extrusora de varios árboles se entiende en lo que sigue también una extrusora de anillo.

El tratamiento de masas plásticas durante una extrusión comprende una o varias de las operaciones de procedimiento de transportar, fundir, dispersar, mezclar, comprimir componentes líquidos, desgasificar y establecer presión.

En la fabricación de polímeros la extrusión sirve por ejemplo para la eliminación de componentes volátiles como monómeros y disolvente residual del polímero ([1], véase págs. 192 a 212) , para la reacción en reacciones de poliadición y policondensación así como dado el caso para la fusión y confección de polímeros así como dado el caso la mezcla de aditivos con el polímero.

En la preparación de polímeros se fabrican por extrusión sobre todo mezclas de polímeros con aditivos y substancias suplementarias y de refuerzo así como colorantes y mezclas de distintos polímeros que se diferencian p.ej. en la composición química, peso molecular o estructura molecular (véase p.ej. [1], págs. 59 a 93) . Este procedimiento también denominado composición (“compounding”) sirve para la preparación del polímero para la fabricación de la masa de moldeo de plástico lista (la combinación, “compound”) utilizando materias primas de plástico que habitualmente se funden, con adición y mezcla de cargas y/o substancias de refuerzo, plastificantes, adhesivos, lubricantes, estabilizadores, etc. con el polímero. La preparación comprende frecuentemente también la eliminación de componentes volátiles como p.ej. aire y agua. La preparación puede incluir también una reacción química como p.ej. injerto, modificación de grupos funcionales o modificaciones del peso molecular por aumento o disminución selectivo del peso molecular.

Como es generalmente sabido y se describe p.ej. en [1] en las páginas 169 a 190, la mezcla puede dividirse en mezcla distributiva y dispersiva. Por mezcla distributiva se entiende la distribución homogénea de distintos componentes en un volumen considerado. La mezcla distributiva se presenta por ejemplo en la mezcla de polímeros del mismo tipo. En la mezcla dispersiva se dividen en primer lugar partículas sólidas, gotas de líquido o burbujas de gas. Para la división deben aplicarse fuerzas de corte suficientemente grandes para, por ejemplo, superar la tensión superficial en la interfase entre la masa fundida polimérica y un aditivo. Por mezcla se entiende siempre en lo que sigue mezcla distributiva y/o dispersiva.

En la publicación previa [1] en la página 73 y siguientes se describe el transporte de la masa fundida y el establecimiento de presión. Las zonas de transporte de masa fundida sirven para transportar el producto de una zona de procedimiento a la siguiente así como para embeber cargas. Las zonas de transporte de masa fundida están por regla general llenas parcialmente, como p.ej. en el transporte del producto de una zona de procedimiento a la siguiente, en la desgasificación y en zonas de permanencia.

En el procesamiento de polímeros los polímeros se llevan preferentemente a una forma semiacabada, un producto acabado listo para el uso o de componente. El procesamiento puede producirse p.ej. por fundición inyectada, extrusión, soplado de láminas, estirado de láminas o hilado. El procesamiento puede comprender también mezclas de polímeros con cargas y substancias suplementarias y aditivos así como modificaciones químicas como p.ej. vulcanización.

La extrusión de polímeros se lleva a cabo, como es sabido por el técnico en la materia, ventajosamente en máquinas de tornillo sin fin con dos o dado el caso más árboles.

Máquinas de tornillo sin fin con dos o dado el caso más árboles que giran en el mismo sentido, cuyos rotores se rozan recíprocamente exactamente, son ya conocidos desde hace largo tiempo (documento DE 862 668) . En la fabricación, preparación y procesamiento de polímeros las máquinas de tornillo sin fin que se basan en el principio de perfiles que rozan exactamente experimentan un aprovechamiento diverso. Tales máquinas de tornillo sin fin tienen como es sabido un buen efecto de mezcla, un buen efecto de desgasificación y un buen efecto para la fusión de polímeros. Ofrecen ventajas en la calidad de los productos fabricados con ellas porque las masas poliméricas se adhieren a las superficies y a las temperaturas de procesamiento habituales se degradan con el tiempo, lo cual se evita mediante el efecto autolimpiador de los tornillos que rozan exactamente. Reglas para la generación de perfiles de tornillo sin fin de roce exacto están descritas por ejemplo en Klemens Kohlgrüber, Der gleichläufige Doppelschneckenextruder (La extrusora de doble husillo de giro en el mismo sentido) , Hanser Verlag Múnich 2007, pág. 96 y sigs. [1]. Allí se describe la construcción de perfiles de una, dos y tres entradas. Además se describe también que un perfil de tornillo determinado en el 1er árbol de una extrusora de doble husillo determina el perfil de tornillo en el 2º árbol de una extrusora de doble husillo. El perfil de tornillo en el 1er árbol de la extrusora de doble husillo se denomina por consiguiente como el perfil de tornillo generatriz. El perfil de tornillo del 2º árbol de la extrusora de doble husillo sigue al perfil de tornillo del 1er árbol de la extrusora de doble husillo y por consiguiente se denomina el perfil de tornillo generado. En una extrusora de varios árboles el perfil de tornillo generatriz y el perfil de tornillo generado se colocan en árboles contiguos siempre alternadamente.

El técnico en la materia sabe que en la zona de las crestas del tornillo se disipa en especial mucha energía en la masa fundida, lo que conduce localmente a fuertes sobrecalentamientos en el producto. Esto está descrito por ejemplo en [1] en las páginas 160 y sigs. Estos sobrecalentamientos locales pueden conducir a deterioros en el producto como p.ej. cambio en el olor, color, composición química o peso molecular o a la formación de inhomogeneidades en el producto, como trozos de gel o manchas. Sobre todo es aquí perjudicial un ángulo de cresta grande.

Es sabido por el técnico en la materia que la velocidad de reacción con la que tiene lugar un deterioro del polímero depende de la temperatura. Como sabe el técnico en la materia y puede consultarse en p.ej. J. Robertson: Thermal Degradation Studies of Polycarbonate, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, 2001 en el capítulo 3 o en K. Chrissafis: Kinetics of Thermal Degradation of Polymers, Journal of Thermal Analysis and Calorimetr y , vol. 95 (2009) 1, 273-283, la constante de velocidad de reacción k (T) puede describirse con la fórmula de Arrhenius: k (T) = A*exp (-EA/ (R*T) ) . En esta ecuación significan k la constante de velocidad de reacción, T la temperatura absoluta en [K], A el factor de frecuencia, EA la energía de activación en [J/mol] y R la constante universal de los gases en [J/mol/K]. Es sabido además que ya un aumento de temperatura de 10K puede conducir a una duplicación de las constantes de velocidad de reacción. Los procedimientos para la extrusión de masas plásticas deben estar pues concebidos de manera que durante el procesamiento y mecanizado de la masa plástica el aumento medio de la temperatura resulte lo menor posible. En especial los procedimientos para la extrusión de masas plásticas deben estar concebidos de manera que en el procesamiento y mecanizado de la masa plástica se eviten puntas de temperatura locales, como por ejemplo las que se presentan en las zonas de cresta de un elemento de tornillo sin fin con un perfil de tornillo de Erdmenger según el estado de la técnica.

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1. Procedimiento para la extrusión de masas plásticas usando elementos de tornillo sin fin para máquinas de tornillo sin fin de varios árboles con árboles de tornillo que giran por pares en el mismo sentido y se rozan por pares exactamente, con dos o más entradas de tornillo, en los que los perfiles de tornillo sin fin en sección transversal completa pueden representarse respectivamente mediante una curva de perfil constantemente diferenciable y entre los elementos de tornillo sin fin y la carcasa y/o entre los elementos de tornillo sin fin contiguos están presentes huelgos en el intervalo de 0, 1 a 0, 001 referido al diámetro del perfil del tornillo sin fin y el perfil del tornillo sin fin en sección transversal completa está compuesto por cuatro o más arcos circulares, deviniendo los arcos circulares entre sí tangenciales en sus puntos inicial y final, caracterizado porque

- un perfil de tornillo sin fin generatriz y uno generado tienen una distancia entre ejes a entre sí,

- el número de los arcos circulares del perfil de tornillo sin fin generatriz es n,

- el radio exterior ra del perfil de tornillo sin fin generatriz es mayor que 0 (ra > 0) y menor que la distancia entre ejes (ra < a) ,

- el radio central ri del perfil de tornillo sin fin generatriz es mayor que 0 (ri > 0) y menor que o igual a ra (ri < ra) ,

- todos los arcos circulares del perfil de tornillo sin fin generatriz devienen tangenciales entre sí,

-los arcos circulares forman un perfil de tornillo sin fin cerrado, es decir la suma de los ángulos (j de todos los j arcos circulares es igual a 2n siendo n el número pi (n ' 3, 14159) ,

-los arcos circulares forman un perfil de tornillo convexo,

- cada uno de los arcos circulares del perfil de tornillo generatriz se encuentra dentro de o en los límites de una corona circular con el radio exterior ra y el radio central ri, cuyo centro se encuentra en el punto de giro del perfil de tornillo generatriz,

- al menos uno de los arcos circulares del perfil de tornillo generatriz es tangente al radio exterior ra del perfil de tornillo generatriz en un punto PA

-al menos uno de los arcos circulares del perfil de tornillo generatriz es tangente al radio central ri del perfil de tornillo generatriz en un punto P1

-el número n’ de los arcos circulares del perfil de tornillo generado es igual al número n de los arcos circulares del perfil de tornillo generatriz,

-el radio exterior ra’ del perfil de tornillo generado es igual a la diferencia entre la distancia entre ejes y el radio central ri del perfil de tornillo generatriz (ra’ = a - ri) ,

-el radio central ri’ del perfil de tornillo generado es igual a la diferencia entre la distancia entre ejes y el radio exterior ra del perfil de tornillo generatriz (ri’ = a - ra) ,

-el ángulo (j’ del arco circular j’ésimo del perfil de tornillo generado es igual al ángulo (j del arco circular jésimo del perfil de tornillo generatriz, siendo j y j’ números enteros, extendiéndose todos los valores en común en el intervalo de 1 al número de los n ó n’ arcos circulares,

- la suma del radio rj’ del arco circular j’ésimo del perfil de tornillo generado y del radio rj del arco circular jésimo del perfil de tornillo generatriz es igual a la distancia entre ejes a, siendo j y j’ números enteros, extendiéndose todos los valores en común en el intervalo de 1 al número de los n ó n’ arcos circulares,

-el centro del arco circular j’ésimo del perfil de tornillo generado presenta una distancia al centro del arco circular jésimo del perfil de tornillo generatriz que es igual a la distancia entre ejes a, y el centro del arco circular j’ésimo del perfil de tornillo generado presenta una distancia al punto de giro del perfil de tornillo generado que es igual a la distancia del centro del arco circular jésimo del perfil de tornillo generatriz al punto de giro del perfil de tornillo generatriz, y la línea de unión entre el centro del arco circular j’ésimo del perfil de tornillo generado y el centro del arco circular jésimo del perfil de tornillo generatriz es una paralela a una línea de unión entre el punto de giro del

perfil de tornillo generado y el punto de giro del perfil de tornillo generatriz, siendo j y j’ números enteros, extendiéndose todos los valores en común en el intervalo de 1 al número de los n ó n’ arcos circulares,

-un punto inicial del arco circular j’ésimo del perfil de tornillo generado se encuentra en una dirección referida al centro del arco circular j’ésimo del perfil de tornillo generado que es opuesta a aquella dirección que presenta un punto inicial del arco circular jésimo del perfil de tornillo generatriz referida al centro del arco circular jésimo del perfil

de tornillo generatriz, siendo j y j’ números enteros, extendiéndose todos los valores en común en el intervalo de 1 al número de los n ó n’ arcos circulares.

2. Procedimiento conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos de tornillo sin fin tienen simetría puntual y la curva de perfil en una sección de 364º/ (2·Z) se compone de al menos dos arcos circulares, siendo Z el número de entradas de los elementos de tornillo sin fin.

3. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque estos tienen simetría axial y la curva de perfil en una sección de 360º/ (2·Z) se compone de al menos dos arcos circulares, siendo Z el número de entradas de los elementos de tornillo sin fin.

4. Procedimiento conforme a la reivindicación 3, caracterizado porque la curva de perfil en la sección se compone de dos arcos circulares, deviniendo los arcos circulares entre sí en un punto PFP constantemente diferenciables, encontrándose el punto PFP en una recta FP, discurriendo su ortogonal en el punto PFP por los centros de los dos arcos circulares

5. Procedimiento conforme a la reivindicación 4, caracterizado porque los elementos de tornillo sin fin con un punto de giro D, un punto PA que se encuentra en un círculo alrededor del punto de giro con el radio exterior ra del elemento de tornillo, un punto P1 que se encuentra en un círculo alrededor del punto de giro con el radio interior ri del elemento de tornillo, una recta DPA que discurre por los puntos PA y D y una recta DP1 que discurre por los puntos P1 y D, que cuando se usa un sistema de coordenadas cartesiano con el punto D en el origen y el punto PA en el eje x está caracterizado porque la ortogonal corta la recta DPA en el centro de uno de los arcos circulares y la recta DP1 en el centro del otro arco circular, y porque la recta FP presenta una distancia al punto de giro correspondiente a la mitad de la distancia entre ejes a y una pendiente en medida de arco de -1/tan (n/ (2·Z) ) .

6. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos de tornillo sin fin están configurados como elementos de mezcla o elementos de transporte.

7. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos de tornillo sin fin están configurados como elementos de amasado.

8. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los elementos de tornillo sin fin se utilizan en una zona de desgasificación o de transporte.

9. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las masas plásticas son termoplásticos o elastómeros.

10. Procedimiento conforme a la reivindicación 9, caracterizado porque como termoplástico se utiliza policarbonato, poliamida, poliésteres, en especial poli (tereftalato de butileno) y poli (tereftalato de etileno) , poliéteres, poliuretano termoplástico, poliacetal, fluoropolímeros, en especial poli (fluoruro de vinilideno) , polietersulfonas, poliolefina, en especial polietileno y polipropileno, poliimida, poliacrilato, en especial poli (metacrilato de metilo) , poli (óxido de fenileno) , poli (sulfuro de fenileno) , polietercetona, poliariletercetona, polímeros de estireno, en especial poliestireno, copolímeros de estireno, en especial copolímero de estireno-acrilonitrilo, copolímeros de bloque de acrilonitrilo-butadieno-estireno, poli (cloruro de vinilo) o una mezcla (blend) de al menos dos de los termoplásticos indicados.

11. Procedimiento conforme a la reivindicación 10, caracterizado porque como termoplástico se utiliza policarbonato o una mezcla de policarbonato con otros polímeros.

12. Procedimiento conforme a la reivindicación 11, caracterizado porque el policarbonato ha sido fabricado por el procedimiento de interfase o el procedimiento de transesterificación en masa fundida.

13. Procedimiento conforme a la reivindicación 9, caracterizado porque como elastómero se utiliza caucho de estireno-butadieno, caucho natural, caucho de butadieno, caucho de isopreno, caucho de etileno-propileno-dieno, caucho de etileno-propileno, caucho de butadieno-acrilonitrilo, caucho de nitrilo hidrogenado, caucho de butilo, caucho de halobutilo, caucho de cloropreno, caucho de etileno-acetato de vinilo, caucho de poliuretano, poliuretano termoplástico, gutapercha, caucho de arilato, caucho fluorado, caucho de silicona, caucho sulfurado, caucho de clorosulfonil-polietileno o una combinación de al menos dos de los elastómeros indicados.

14. Procedimiento conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al polímero se le añaden cargas o substancias de refuerzo o aditivos de polímeros o pigmentos orgánicos o inorgánicos o mezclas de los mismos.