ITMI20012706A1

ITMI20012706A1 - Procedimento per la produzione di granuli di polimeri termoplastici espandibili ed apparecchiatura adatta allo scopo

Info

Publication number: ITMI20012706A1
Application number: IT2001MI002706A
Authority: IT
Inventors: Alessandro Casalini
Original assignee: Enichem Spa
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-06-20
Also published as: US20050140039A1; AU2002358097A1; DE60209791T2; WO2003053651A1; PL369226A1; ES2260498T3; BR0215028A; JP4227523B2; BR0215028B1; EP1455997B1; CN100460181C; EP1455997A1; US7846360B2; CA2469829C; MXPA04005874A; RU2004117599A; CN1606492A; DE60209791D1; JP2005512851A; PL206831B1

Description

Titolo: Procedimento per la produzione di granuli di polimeri termoplastici espandibili ed apparecchiatura adatta allo scopo

La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di granuli di polimeri termoplastici espandibili ed alla apparecchiatura adatta allo scopo.

Più in particolare la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione di granuli di polimeri vini1aromatici espandibili, mediante estrusione, ed alla apparecchiatura adatta allo scopo.

Più in particolare ancora la presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la produzione, mediante estrusione, di granuli di poiistirene espandibile, ed alla relativa apparecchiatura. I granuli di polistirene espandibile cosi ottenuti sono di ottima qualità in quanto non orientati e non tensionati, e, pertanto, risultano particolarmente adatti per la preparazione di manufatti espansi a struttura cellulare interna omogenea.

E’ noto che i polimeri termoplastici come il polistirene possono essere espansi incorporando nel polimero un agente espandente e riscaldando, successivamente, il polimero a temperature tali da permettere all'agente espandente di vaporizzare e formare la struttura cellulare.

Per il polistirene è noto impiegare come agente d’espansione un idrocarburo liquido contenente da 4 a 6 atomi di carbonio, un idrocarburo alogenato (Freon), l’anidride carbonica o l’acqua. La quantità di agente espandente è generalmente compresa fra 2 e 103⁄4 in peso.

I polimeri espandibili vengono di solito prodotti sotto forma di perle o granuli che, per azione del calore, ad esempio quello fornito dal vapore acqueo, vengono prima pre-espansi fino ad una densità voluta e, dopo maturazione, vengono sinterizzati in stampi chiusi per ottenere blocchi o articoli finiti.

Le perle espandibili possono essere ottenute mediante un processo di polimerizzazione discontinuo in sospensione acquosa. Questo processo fornisce un prodotto di buona qualità ma con i seguenti inconvenienti:

granulometria molto dispersa, con la necessità di separare le singole frazioni mediante vagliatura e scartare le code estreme;

limitazioni significative nella produzione di prodotti speciali quali colorati e/o caricati o contenenti additivi eterogenei come gli agenti nucleanti, in quanto questi additivi possono essere difficilmente incorporati o possono inibire la polimerizzazione;

ulteriori limitazioni nell'impiego dell’agente espandente, che deve essere disperdibile e/o solubile nella matrice polimerica o nell’impiego dei monomeri che devono essere in grado di polimerizzare in sospensione acquosa; difficoltà nella riduzione dello stirene monomero residuo sotto le 1000 ppm;

problemi ambientali per il forte consumo di acqua che non può essere semplicemente scaricata e per l’impossibilità di riciclare il polimero espanso dopo consumo.

I granuli espandibili possono essere preparati anche in continuo mediante aggiunta dell’agente espandente nel polimero piastificato in un estrusore, con il successivo taglio a caldo del polimero attraverso i fori di una filiera, come descritto in GB-A-1.062.307 e GB-A-1.234.639.

Anche questa tecnologia presenta degli inconvenienti. I principali sono riportati di seguito:

il granulo tagliato è fortemente orientato e, pertanto, la preparazione di un articolo espanso mediante la completa eliminazione dei tensionamenti risulta difficile;

il granulo, se non raffreddato correttamente, può subire microespansioni che possono influenzare la qualità del1’articolo finito;

il sistema di taglio fornisce granuli irregolari in quanto la portata dell’estrusore può variare in funzione di piccole variazioni nel funzionamento dell’apparecchiatura, nella densità del polimero o nella portata di agente espandente; i canali di alimentazione nella filerà non garantiscono una temperatura uniforme del polimero portando instabilità nell’estrusione poiché il polimero a contatto con il metallo è ad una temperatura maggiore di quella del polimero all’interno e,pertanto, ha una fluidità maggiore.

Scopo della presente invenzione è quello di fornire un procedimento per la produzione di granuli di polimeri termoplastici, eventualmente espandibili, che superi gli inconvenienti sopra citati e che fornisca, pertanto, granuli di dimensionale molto ristretta e di ottima qualità e omogeneità. Più in particolare, tali granuli sono privi di orientamenti e tensionamenti e la struttura cellulare dei relativi espansi risulta omogenea.

La Richiedente ha, ora, trovato che è possibile realizzare gli scopi sopra esposti con un procedimento per la produzione di granuli di polimeri termoplastici espandibili mediante estrusione che comprende:

i) portare il polimero termoplastico ad una temperatura superiore a quella di fusione, in un estrusore ad una o più viti;

ii) incorporare nel polimero allo stato fuso almeno un agente di espansione;

iii) granulare il polimero così ottenuto in un dispositivo per la granulazione a caldo di polimeri termoplastici comprendente:

una filiera, posizionata in testa all’estrusore, costituita da un corpo cilindrico contenente sulla superficie esterna una pluralità di piastrine, provviste di una pluralità di fori di estrusione, ed una pluralità di condotti di alimentazione del polimero fuso, ricavati dentro il corpo cilindrico in corrispondenza di e collegati alle piastrine forate, rivestiti in materiale ad elevata conducibilità termica;

una carniera di taglio comprendente una pluralità di ugelli spruzzatori per la creazione di un getto di gocce di un liquido di termostatazione impiegato per il raffreddamento e la rimozione dei granuli tagliati, nebulizzato e spruzzato contro la filiera;

un sistema di taglio comprendente una piastra di taglio, vincolata rigidamente ad un albero rotante, supportante una pluralità di coltelli disposti in modo tale che il profilo tagliente del coltello sia radiale rispetto alla superficie della filiera che fronteggia detto sistema di taglio;

iv) portare a ricottura i granuli così ottenuti mediante riscaldamento ad una temperatura maggiore o uguale a quella di transizione vetrosa (Tg);

v) raffreddare i granuli ricotti a temperatura ambiente. Secondo la presente invenzione, il polimero viene alimentato in un estrusore, ad esempio un estrusore ad una o due viti, provvisto di tramoggia di carico e di punto di iniezione dell’agente espandente, e portato allo stato fuso dopo riscaldamento ad una temperatura superiore di almeno 50‘C a quella di transizione vetrosa (Tg) o di rammollimento della composizione polimerica contenente l'espandente, ad esempio tra 100 e 200‘C. Il polimero può essere costituito, almeno in parte, ad esempio fino al 30% in peso, da prodotto di riciclo o da scarti di lavorazioni precedenti.

Qualsiasi polimero termoplastico può essere utilizzato nel procedimento oggetto della presente invenzione. Esempi tipici sono le poiiolefine, i (co)polimeri da condensazione come i policarbonati ed i poliesteri, i polimeri (met)acrilici, i tecnopolimeri, le gomme termoplastiche ed i polimeri derivati da monomeri vini laromatici.

Con il termine “monomero vinilaromatico", come usato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, si intende essenzialmente un prodotto che risponde alla seguente formula generale:

in cui R è un idrogeno o un gruppo metile, n è zero o un intero compreso fra 1 e 5 e Y è un alogeno, come cloro o bromo, o un radicale alchilico o alcossilico avente da 1 a 4 atomi di carbonio.

Esempi di monomeri vini1aromatici aventi la formula generale identificata sopra sono: stirene, α-metilsti rene, metilstirene, etilstirene, butilstirene, dimetilstirene, mono-, di-, tri-, tetra- e penta-clorostirene, bromo-stirene, metossistirene, acetossi -stirene, ecc. Monomeri vinilaromatici preferiti sono stirene e α-metilstirene.

I monomeri vini!aromatici di formula generale (I) possono essere utilizzati da soli o in miscela fino al 50% in peso con altri monomeri copolimerizzabili. Esempi di tali monomeri sono l’acido (met)acrilico, gli esteri alchilici dell’acido (met)acrilico come metil acrilato, metilmetacrilato, etil acrilato, etilmetacrilato, isopropil acrilato, butil acrilato, le ammidi ed i nitrili dell'acido (met)acrilico come acrilammide, metacrilammide, acrilonitrile, metacrilonitrile, il butadiene, l’etilene, il divinilbenzene, l’anidride maleica, ecc. Monomeri copolimerizzabili preferiti sono acrilonitrile e meti1metacri1ato .

Esempi tipici di poimeri termoplastici che possono essere granulati con il presente dispositivo sono il polistirene (PS), il polistirene antiurto (HIPS) , il polietilene (PE) , il polipropilene, le relative leghe PS/PE (o HIPS/PE), il SAN, l'ABS, il polimetilmetacrilato, i polieteri come il polifenilenetere (PPO), il policarbonato da Bisfenolo-A, le relative leghe, i copolimeri stirene-butadiene e, in generale, le gomme termoplastiche contenenti stirene.

I polimeri sopra menzionati sono addizionati con un agente espandente, scelto fra gli idrocarburi alifatici C3-Ce, i freon, l’anidride carbonica, l’acqua o una combinazione di tali agenti d’espansione, in quantità compresa fra 1 e 10% in peso. Tali agenti possono essere incorporati nel polimero direttamente in estrusore o anche con un mixer statico.

In casi particolari, ad esempio quando l'agente di espansione è C02, allo scopo di facilitarne la ritenzione, i polimeri possono incorporare additivi in grado di formare legami, sia deboli (ad esempio ponti di idrogeno) che forti (ad esempio mediante addotti acido-base) con l’epandente. Esempi di tali additivi sono l'alcool metilico, isopropilico, il diottilftalato ed il dimetilcarbonato.

Il polimero base può, inoltre, contenere ulteriori additivi comunemente impiegati nei procedimenti tradizionali di granulazione quali coloranti, stabilizzanti, nucleanti antiurtizzanti, cariche inerti minerali di rinforzo, quali fibre corte, mica, talco, silice, allumina, ecc. o cariche di materiali atermani, quali grafite, carbon black, biossido di titanio.

Nella fase di granulazione, la camera di taglio è preferibilmente sotto pressione per eliminare i rischi di preespansioni dei granuli. Generalmente, si opera con pressioni comprese fra 0,11 e 10 Mpa. Questa pressione viene poi mantenuta anche nel successivo stadio di ricottura.

Al termine della granulazione, il polimero viene ricotto in un reattore tubolare. In particolare, i granuli che si raccolgono sul fondo della camera di taglio, unitamente al fluido di termostatazione, vengono scaricati, addizionati con ulteriore acqua o altro fluido di termostatazione ed inviati alla sezione di ricottura che comprende almeno un reattore tubolare. All’interno del reattore tubolare si mantiene una temperatura uguale o superiore alla Tg e i granuli rimangono a questa temperatura per almeno 30 minuti, generalmente per un tempo compreso fra 30 e 600 minuti.

Al termine del periodo di ricottura i granuli sono portati a pressione ambiente, raffreddati lentamente a temperatura ambiente, filtrati, essiccati, vagliati ed infine stoccati.

Costituisce ulteriore oggetto della presente invenzione il dispositivo di granulazione descritto nel paragrafo (iii) precedente, unitamente all’estrusore ed al reattore di ricottura.

Nel dispositivo di granulazione, la filiera è in grado di garantire elevate portate di polimero allo stato fuso e di convogliare fino all’orlo libero dell’ugello un flusso termico uniforme in modo da evitare il raffreddamento del polimero stesso al centro dell'ugello, viene così garantita una portata uniforme dell’estrusore e, pertanto, una dimensione omogenea dei granuli.

Per ottenere questo risultato, il corpo della filiera viene termostatato e mantenuto ad una temperatura prossima o superiore a quella di rammollimento del polimero. La termostatazione può essere ottenuta con qualsiasi mezzo noto in questo settore, ad esempio mediante resistenze elettriche o mediante circolazione di un fluido caldo in appositi canali ricavati nel corpo della filiera stessa.

I condotti di alimentazione del polimero possono, ad esempio, essere ricavati secondo direzioni parallele fra loro e all’asse della filiera stessa (sostanzialmente coincidente con l'albero di rotazione del sistema di taglio), e sono rivestiti con un metallo avente una conducibilità termica superiore a 40 w/mK, preferibilmente superiore a 100 W/mK. Esempi di tali metalli sono raune, argento,oro.

I condotti di alimentazione trafilano il polimero da granulare attraverso piastrine forate caratterizzate da un numero di fori che varia in funzione della portata che si vuole ottenere. Tale numero può essere maggiore o uguale a l, ad esempio compreso fra 4 e 10. Il diametro dei fori dipende dal tipo e dal diametro del granulo da preparare ed è maggiore di 0,2 mm, tipicamente compreso fra 0,2 e 5 mm, preferibilmente fra 0,3 e 1,5 rran, ancora più preferibilmente fra 0,4 e 1 mm. Secondo una forma d’esecuzione alternativa della presente invenzione, le piastrine possono essere eliminate ed i fori di estrusione ricavati direttamente sulla filiera in corrispondenza di ciascun condotto di alimentazione del polimero fuso.

All’interno della camera di taglio il polimero estruso viene granulato dal sistema di taglio e raffreddato mediante un getto di gocce di un liquido di termostatazione, nebulizzato e spruzzato contro la filiera, in modo da formare una nebbia. Tale liquido è generalmente costituito da acqua o da glicerina, glicole etilenico, olio minerale, silicone, ecc. o da loro miscele ed è mantenuto ad una temperatura compresa fra 10'C e la temperatura di rammollimento del polimero.

La fase di granulazione del polimero espandibile può essere ulteriormente facilitata mediante l’impiego di additivi “antisticking" da dosare nel liquido di termostatazione in modo continuo o discontinuo, prima della formazione del getto di gocce. Questi additivi facilitano il distacco delle perle dai coltelli perché formano uno strato sottilissimo sul metallo impedendo graduali sporcamenti delle lame e garantendo così un taglio perfetto anche per marce prolungate.

Agenti "antisticking" preferiti secondo la presente invenzione sono i polisilossani come i polidimetilsilossani solubili o emulsionatalii in acqua. La quantità di polisilossano da addizionare al liquido di termostatazione prima della nebulizzazione è superiore a 1 ppm, preferibilmente fra 1 e 1000 ppm, ancora più preferibilmente fra 10 e 100 ppm.

Il liquido di termostatazione è spruzzato contro la filiera da ugelli spruzzatori disposti, ad esempio, in posizione ortogonale e/o tangenziale alla stessa o solidali con i coltelli. Preferibilmente, gli ugelli spruzzatori sono disposti posteriormente al disco portaiame in modo tale che la superficie proiettata dai coltelli regoli il flusso di gocce sulla filiera mediante la geometria dei coltelli stessi e/o la velocità di rotazione del disco portaiame e/o delle gocce spruzzate.

Sul fondo della camera di taglio si raccoglie il liquido di termostatazione ed i granuli tagliati che vengono scaricati ed inviati al successivo trattamento di ricottura.

Il sistema di taglio è costituito essenzialmente da una piastra su cui sono vincolati due o più coltelli. Il numero e le dimensioni dei coltelli possono variare in funzione del numero e del diametro dei condotti della filiera o del tipo di polimero da granulare, cioè se si tratta di polimero ad alta o bassa viscosità. Generalmente, si opera con un numero di coltelli maggiore o uguale a 1, preferibilmente compreso fra 2 e 40.

La forma dei coltelli è preferibilmente a scalino perché garantisce un'usura uniforme e tende a piegarsi senza rompersi facilitando notevolmente le operazioni di avviamento e riavviamento multipli, inoltre, i coltelli a forma di scalino e disposti radialmente hanno lo scopo non solo di tagliare efficacemente il polimero ma anche di parzializzare il flusso di liquido di termostatazione, nebulizzato contro la filiera, che risulta in questo modo intermittente ed uniforme.

I coltelli lavorano a pressione costante grazie alla spinta contro la filiera mantenuta da un sistema di posizionamento dedicato come, ad esempio, quello descritto nella domanda di brevetto europeo 266.673. Il sistema di posizionamento permette di esercitare una pressione ottimale e cioè sufficientemente elevata per garantire un taglio omogeneo dei granuli, evitando la formazione di agglomerati, ma non eccessiva per contenere l’usura dei coltelli e della filiera. In questo modo viene garantita la costanza qualitativa dei granuli come dimensionale e come temperatura (una pressione costante rende molto più uniforme e costante lo scambio termico del polimero fuso con l’ambiente circostante). E’ noto, infatti, che la pressione del polimero in filiera cambia in funzione delle disomogeneità del prodotto in alimentazione sia come peso molecolare che come dispersione di additivi quali antiossidanti, cere, coloranti, cariche inerti, espandenti, ecc.

II procedimento ed il dispositivo per la produzione di granuli di polimeri termoplastici espandibili oggetto della presente invenzione potrà essere meglio compreso facendo riferimento ai disegni delle figure allegate che ne rappresentano una forma di realizzazione esemplificativa e non limitativa ed in cui:

la Figura 1 rappresenta uno schema a blocchi del ciclo di granulazione di un polimero come il poiistirene; mentre le restanti figure rappresentano

la Figura 2 una sezione trasversale piana della filiera; la Figura 3 una sezione trasversale piana della camera di taglio;

la Figura 4 una vista semplificata di una sezione posteriore del disco portaiame.

Con riferimento alla Figura 1, i granuli di poiistirene sono alimentati, attraverso la tramoggia (1), ad un estrusore a vite (2) di tipo noto per plastificare a caldo il poiistirene e far avanzare il polimero sotto pressione, alla testa di estrusione o filiera (111).

L’agente espandente, viene alimentato all’estrusore (2), attraverso la linea di iniezione (4) per mezzo di una pompa (5). L’ultima parte dell’estrusore (2) è sagomata in modo da provvedere alla miscelazione richiesta per assicurare una perfetta distribuzione dell'espandente nel poiistirene.

Il polimero contenente l'espandente viene estruso attraverso i fori della filiera (111) e tagliati mediante i coltelli (215).

Il polimero tagliato in granuli entra nella camera di taglio (118) che circonda la filiera ed in cui viene spruzzata acqua ed additivo antisticking ad una pressione maggiore di 0,2 MPa e ad una temperatura compresa tra la Tg e la Tg+20‘c del polimero.

Uno scambiatore di calore (9) provvede a mantenere l’acqua di entrata nella camera (118) alla temperatura richiesta mentre un dispositivo dedicato (10) mantiene una pressione costante dei coltelli (215) contro la filiera (111).

I granuli vengono trasportati nella parte superiore di una torre di accumulo (11) dalla corrente d’acqua e da qui successivamente nel reattore tubolare di ricottura (12). L'acqua in eccesso passa attraverso il filtro (13) della torre di accumulo e,tramite una pompa (14), raggiunge lo scambiatore (9) e viene così riciclata nella camera di taglio (118).

II poiistirene viene mantenuto ad una pressione maggiore di 0,2 MPa sia nella torre di accumulo che nel reattore tubolare (12) e così anche la temperatura nel reattore tubolare viene sempre mantenuta ad un valore uguale o superiore alla Tg del prodotto.

Il reattore tubolare (12), termostatato, è costituito da un tubo della lunghezza di vari metri, in funzione del diametro del tubo e del tempo di permanenza che deve essere di almeno 30 minuti.

I granuli e l’acqua vengono poi raffreddati mediante uno scarico in corrente d'acqua prima di entrare nella centrifuga (15). Lo scarico in corrente d’acqua avviene in un tubo (20) lungo qualche metro in modo che la perdita di carico durante il percorso abbassi la pressione dagli oltre 0,2 MPa a 0,1 MPa (atmosferica).

La portata dell’acqua di raffreddamento, inviata dalla pompa (17), viene regolata da una valvola (16) in modo da mantenere una temperatura costante compresa tra 30 e 35 "C.

Il polimero viene quindi separato dall’acqua ed asciugato dalla centrifuga (15). L’acqua viene filtrata per allontanare eventuali granuli e riciclata mediante la pompa (18) alla camera di taglio (118). I granuli asciutti vengono raccolti nel contenitore di stoccaggio (19) ed inviati ai successivi procedimenti di finitura (ad esempio deposizione del coating).

Le restanti Figure 2-4, illustrano e dettagliano il dispositivo di granulazione. In particolare, la Figura 2 mostra una sezione trasversale piana della filiera (111) costituita sostanzialmente dal corpo cilindrico (112) all’interno del quale sono ricavati i condotti (113), rivestiti con un materiale ad alta conduttività termica (114), di alimentazione del polimero fuso (115). I condotti (113) sboccano all'esterno attraverso le piastrine forate (116). Resistenze elettriche (117) tengono in temperatura il corpo cilindrico della filiera.

La Figura 3 mostra una sezione trasversale piana della camera di taglio (118) associata al corrispondente sistema di taglio (119). La camera di taglio comprende sostanzialmente un contenitore (210), che va a combaciare con la filiera (111), provvisto di uno scarico (211) dal quale si recupera l’insieme (212) dei granuli misti al liquido di termostatazione. Il sistema di taglio comprende un disco portalame (213), disposto frontalmente alla filiera (111), fissato rigidamente ad un albero di rotazione (214). Sul disco portalame sono vincolati i coltelli (215) con il tagliente a scalino (216) disposto radialmente rispetto alla filiera (111). Posteriormente al disco portalame, vincolati nel retro del contenitore (210), sono disposti gli ugelli spruzzatori (217) che, alimentati da una pompa ad alta pressione, non illustrata in Figura, nebulizzano il liquido di termostatazione e lo spruzzano contro la filiera sotto forma di gocce e micro-gocce.

Nella Figura 4 si illustra una vista semplificata di una sezione posteriore del disco portalame (213) sul quale sono riportati, solo a scopo esemplificativo, otto coltelli (215) con il tagliente disposto radialmente.

Per meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa vengono qui riportati alcuni esempi a carattere illustrativo ma non limitativo.

Esempio 1

Si fa riferimento alla Figura 1. Attraverso la tramoggia (1) viene alimentato all ’estrusore (2) un polisti rene avente un MFI di 8 g/10’ (a 200°c/5kg) . Il polimero fuso viene additivato, mediante la pompa (5) e la linea (4) con una miscela di n-pentano/i-pentano, 70/30 in peso, in quantità di circa 6% in peso.

Il polimero espandibile viene estruso a circa 170°C attraverso la filiera (111) , provvista di condotti rivestiti di rame e di fori aventi un diametro di 0,5 mm, e tagliato da coltelli (215). Vengono ottenuti dei granuli sferici di 1 mm di diametro medio a distribuzione molto stretta (98% compreso tra 0,9 e 1,1 mm).

La filiera (111) sporge nella camera di taglio in cui viene nebulizzata l’acqua a 0,3 MPa e alla temperatura di 60<°>C, in modo da formare dentro la camera stessa una nebbia.

I granuli vengono poi raccolti nella torre di accumulo (11), inviati nel reattore tubolare (12) e qui ricotti a 60”C per 120’, mantenendo in tutti questi apparecchi una pressione di 0,3 MPa. I granuli vengono quindi convogliati nel tubo (20) di lunghezza 30 m con acqua a 20‘C. La pressione diminuisce da 0,3 a 0,1 MPa per effetto della perdita di carico lungo il percorso del tubo.

II prodotto finale viene quindi inviato alla centrifuga (15) per eliminare l’acqua e raccolto nel contenitore (19).

I granuli vengono poi additivati con 0,2% in peso di una miscela di mono-digliceri1 stearato e con 0,1% di stearato di zinco e successivamente espansi con vapore a 100’C per 3 tempi di contatto di 1, 2, 3 minuti. Le densità dei rispettivi campioni sono riportati in Tabella 1.

Le perle espanse a 15 g/1 hanno una struttura cellulare uniforme, con celle chiuse e con un diametro di circa 60 μm. Le perle espanse sono state poi stampate in blocchi aventi dimensioni 1000x1080x600 mm dopo 24 ore di maturazione ad una pressione di vapore di 0,04 MFa per valutare il tempo di raffreddamento, il ritiro, la sinterizzazione, con i risultati riportati in Tabella 2, e la conducibilità termica a 23‘C (39 mw/mk ad una densità di 14 g/1). Una parte delle perle espanse viene espansa una seconda volta per diminuire ulteriormente la densità fino a 7,8 g/1.

Esempio 2 (di confronto)

Si opera come nell’esempio 1 ma con la differenza che nella camera di taglio viene nebulizzata acqua a 0,1 MPa. I granuli ottenuti si presentano parzialmente espansi.

Esempio 3 (di confronto)

Si opera come nell’esempio 1 facendo passare i granuli direttamente dalla camera di taglio al tubo (20) per il raffreddamento. I granuli ottenuti, una volta espansi a 15 g/1, evidenziano una struttura cellulare non uniforme con una corona esterna di celle con un diametro di circa 60 pm e una parte interna a celle più grosse con un diametro tra 60 e 150 pm.

Esempio 4

Si opera come nell’esempio 1 additivando al polistirene 15Éin peso di biossido di titanio avente un diametro di 0,2 pm. Le perle espanse hanno una struttura cellulare uniforme, con un diametro di circa 55 pm. La conducibilità termica è di 36,7 mw/mk (densità di 14 g/1).

Esempio 5

Si opera come nell’esempio 1 alimentando però un copolimero stirene-acrilonitrile avente un contenuto del 33% di acrilonitrile ed un MFI di 20 g/10’ (220'C/10 kg).

Il polimero fuso viene additivato mediante la pompa (5) e la linea (4) con anidride carbonica liquida, in quantità di circa 6% in peso. La camera di taglio, a differenza dell’esempio 1,viene mantenuta ad una pressione di 8 MPa.

Sia nella torre di accumulo che nel reattore tubolare viene mantenuta una pressione di 2 Mpa.

L'espansione dei granuli ottenuti viene condotta con vapore a 103°C.

Esempio 6

Si opera come nell’esempio 5 additivando mediante la pompa (5) e la linea (4) anidride carbonica liquida, in quantità di circa 6% in peso, e alcool isopropilico in quantità di circa 2% in peso. L'espansione dei granuli ottenuti viene condotta con vapore a 103’C.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di granuli di polimeri termoplastici espandibili mediante estrusione che comprende: i) portare il polimero termoplastico ad una temperatura superiore a quella di fusione, in un estrusore ad una o più viti; ii) incorporare nel polimero allo stato fuso almeno un agente di espansione; iii) granulare il polimero così ottenuto in un dispositivo per la granulazione a caldo di polimeri termoplastici comprendente: una filiera, posizionata in testa all’estrusore, costituita da un corpo cilindrico contenente sulla superficie esterna una pluralità di piastrine, provviste di una pluralità di fori di estrusione, ed una pluralità di condotti di alimentazione del polimero fuso, ricavati dentro il corpo cilindrico in corrispondenza di e collegati alle piastrine forate, rivestiti in materiale ad elevata conducibilità termica; una camera di taglio comprendente una pluralità di ugelli spruzzatori per la creazione di un getto di gocce di un liquido di termostatazione impiegato per il raffreddamento e la rimozione dei granuli tagliati, nebulizzato e spruzzato contro la filiera; un sistema di taglio comprendente una piastra di taglio, vincolata rigidamente ad un albero rotante, supportante una pluralità di coltelli disposti in modo tale che il profilo tagliente del coltello sia radiale rispetto alla superficie della filiera che fronteggia detto sistema di taglio; iv) portare a ricottura i granuli così ottenuti mediante riscaldamento ad una temperatura maggiore o uguale a quella.di transizione vetrosa (Tg); v) raffreddare i granuli ricotti a temperatura ambiente.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui il polimero termoplastico alimentato in estrusore è portato allo stato fuso dopo riscaldamento ad una temperatura superiore a quella di transizione vetrosa (Tg) o di rammollimento della composizione polimerica contenente l'espandente di almeno 100’C.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il polimero termoplastico è costituito fino al 30% in peso, da prodotto di riciclo o da scarti di lavorazioni precedenti.
4. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il polimero termoplastico utilizzato è scelto fra le poiiolefine, i (co)polimeri da condensazione come i policarbonati ed i poliesteri, i polimeri (met)acrilici, i tecnopolimeri, i polimeri derivati da monomeri vini1aromatici e le gomme termoplastiche.
5. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i polimeri termoplastici sono addizionati con un agente espandente, scelto fra gli idrocarburi alifatici C3-C6, i freon, l’anidride carbonica, l’acqua o una combinazione di tali agenti d’espansione, in quantità compresa fra 1 e 10% in peso.
6. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui i polimeri termoplastici incorporano additivi in grado di formare legami sia deboli che forti con 1'espandente.
7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la camera di taglio è a pressione compresa fra 0,11 e 10 Mpa.
8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il polimero termoplastico viene ricotto in un reattore tubolare mantenuto alla stessa pressione presente nella camera di taglio.
9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la ricottura avviene in un reattore tubolare mantenuto ad una temperatura uguale o superiore alla Tg del polimero termoplastico e per tempi di almeno 30 minuti.
10.Dispositivo per la granulazione a caldo di polimeri termoplastici, eventualmente espandibili,che comprende: a) un estrusore ad una o più viti; b) una filiera, posizionata in testa all’estrusore, costituita da un corpo cilindrico contenente sulla superficie esterna una pluralità di piastrine, provviste di una pluralità di fori di estrusione, ed una pluralità di condotti di alimentazione del polimero fuso, ricavati dentro il corpo cilindrico in corrispondenza di e collegati alle piastrine forate, rivestiti in materiale ad elevata conducibilità termica; c) una carniera di taglio comprendente una pluralità di ugelli spruzzatori per la creazione di un getto di gocce di un liquido di termostatazione impiegato per il raffreddaunento e la rimozione dei granuli tagliati, nebulizzato e spruzzato contro la filiera; d) un sistema di taglio comprendente una piastra di taglio, vincolata rigidamente ad un albero rotante, supportante una pluralità di coltelli disposti in modo tale che il tagliente del coltello sia radiale rispetto alla superficie della filiera che fronteggia detto sistema di taglio; e) un reattore tubolare di ricottura di lunghezza tale da garantire tempi di permanenza di almeno 30 minuti.
11.Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui il corpo della filiera viene termostato e mantenuto ad una temperatura prossima o superiore a quella di rammollimento del polimero.
12.Dispositivo secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui i condotti di alimentazione del polimero fuso sono rivestiti con un metallo avente una conducibilità termica superiore a 40 W/mK.
13.Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i condotti di alimentazione trafilano il polimero da granulare attraverso piastrine forate con un numero di fori maggiore o uguale a 1.
14.Dispositivo secondo la rivendicazione 13, in cui i fori hanno diametro maggiore di 0,2 mm.
15.Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui i fori di estrusione sono ricavati direttamente sulla filiera in corrispondenza di ciascun condotto di alimentazione del polimero fuso.
16.Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il liquido di termostatazione è scelto fra acqua, eventualmente additivata con agenti “antisticking”, e la glicerina, l'olio minerale o il silicone.
17.Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui gli ugelli sono disposti in posizione ortogonale e/o tangenziale rispetto alla filiera o sono solidali con i coltelli.
18.Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui i coltelli sono maggiori o uguali a 1 con profilo tagliente rad e rispetto alla filiera.