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Viernes, 22 septiembre 2017
Ciencia de los Materiales

Artículo técnico sobre compuestos de limpieza que ayudan a reducir el tiempo y costo de los cambios de color (purga) en equipos de proceso de plásticos como el moldeo por inyección y extrusión

Se incluyen desde los métodos mas sencillos empleados en moldeo por inyección hasta las nuevos compuestos de alto rendimiento para condiciones extremas como por ejemplo en la fabricación de concentrados de color (masterbatch).

1.1 Resumen

 

Este articulo técnico pretende dar a conocer el estado actual de la tecnología en cuanto a compuestos de limpieza actualmente en uso en la industria del plástico y las recientes innovaciones que en este campo ha desarrollado el autor del mismo.

 

Jorge Israel Garcia cuenta con mas de 25 años de experiencia en el sector de la fabricación de concentrados de color masterbatch para la industria del plástico, específicamente en el campo del desarrollo de nuevos procesos.

 

1.2 Introducción

 

La limpieza entre cambios de color en la industria del plástico es considerada como uno de los principales causantes de aumento de costes de producción inesperados, no solo porque en muchas ocasiones el tiempo empleado supera el tiempo que se había presupuestado inicialmente sino también por la cantidad de material utilizado durante el proceso de limpieza.

 

1.3 Métodos de limpieza comunes y sus limitaciones

 

1.3.1 Compatibles

 

Es el proceso mas utilizado en moldeo por inyección. Consiste en utilizar el mismo polímero pero sin aditivar color hasta que la pieza que se esta moldeando deje de tener cualquier rastro del color anterior. Es en ese momento cuando se puede empezar a procesar el siguiente color.

 

La ventaja principal es que las piezas que se han moldeado durante el proceso de limpieza pueden ser reutilizadas (reciclaje de alta calidad). Otra ventaja es que el proceso es prácticamente automático sin cambiar los parámetros del proceso.

 

Aunque aparentemente puede parecer el sistema de limpieza mas lógico es inviable en procesos donde la concentración de color (pigmento) es alta como por ejemplo la fabricación de concentrados de color.

 

La principal desventaja es el gran número de piezas que deben ser recicladas, así como el tiempo que se ha empleado produciendo esas piezas hasta que el equipo de inyección esta listo para el siguiente color.

 

1.3.2 Incompatibles

 

1.3.2.1 Polímero base diferente:

 

Para situaciones donde se requiere una limpieza profunda como por ejemplo cuando se necesita fabricar un producto de un color claro después de estar fabricando un color muy oscuro, es común la utilización de polímeros que producen un efecto “arrastre” dentro del equipo de transformación de plástico, siendo los mas utilizados PVC (Cloruro de Polivinilo), PS (Poliestireno) y ABS (Acrilo nitrilo butadieno estireno).

 

Mediante este método se suele reducir la cantidad de polímero necesario para realizar la limpieza pero al mismo tiempo se incurre en un problema de “contaminación” entre materiales ya que el polímero utilizado para el proceso de limpieza es incompatible con el que se pretende limpiar haciendo que la mezcla de estos dos sea inservible y de difícil reciclaje.

 

En los casos en los que se utiliza PVC existe la problemática añadida de que bajo ciertas condiciones de proceso se pueden liberar gases corrosivos que pueden provocar daños en el equipo de extrusión.

 

Ademas el proceso no permite realizar la limpieza de forma automática y requiere remover los restos que puedan quedar del polímero de limpieza sobre todo en cabezales y boquillas según sea un proceso de extrusión o inyección.

 

1.3.2.2 Con aditivos espumantes:

 

Otro método aunque mas avanzado para mejorar el “arrastre” durante el proceso de limpieza, es el uso de aditivos espumantes, que al alcanzar una determinada temperatura dentro del equipo liberan gases que crean el efecto “foam” o espuma y ayudan a eliminar los restos de polímero que se desea limpiar; uno de los mas comunes es la azodicarbonamida.

 

Al igual que los compuestos de base diferente estos también tienen el problema de ser difíciles de reciclar ya que los restos de aditivo espumante dificultan su uso posterior en la mayoría de los casos, ya que sus efectos son visibles fácilmente en el acabado de la pieza moldeada, por ejemplo disminución del brillo y aparición de lineas de flujo.

 

1.4 Innovaciones

 

Afortunadamente se están desarrollando compuestos de limpieza que reúnen las ventajas de los métodos compatibles, como la sencillez de uso y los incompatibles, como su capacidad de arrastre, pero sin las desventajas de estos últimos ya que son totalmente reciclables.

 

La incompatibilidad se ha superado mediante el empleo de compuestos universales que facilitan el uso en diferentes procesos con diferentes polímeros facilitando el reciclaje del material empleado en la limpieza de los equipos.

 

El arrastre se ha incrementado utilizando aditivos como carbonato de calcio de bajo contenido en sílice para minimizar la abrasión y desgaste de las partes metálicas del equipo de producción.

 

Otro factor clave a la hora de mejorar el arrastre es la reducción del MFI (índice de fluidez) del compuesto de limpieza comparado con el polímero que se utilizó previamente en la fabricación, ya que a menor MFI mayor sera el arrastre si se mantienen otras variables como temperatura y presión constantes.

 

1.5 Conclusiones

 

Aunque se ha avanzado mucho en este campo se sigue mejorando la capacidad de arrastre para reducir la cantidad de material utilizado así como el tiempo empleado en el proceso de limpieza.

 

1.6 Referencias

 

PVC Policloruro de vinilo

- https://es.wikipedia.org/wiki/Policloruro_de_vinilo

PS Poliestireno

- https://es.wikipedia.org/wiki/Poliestireno

ABS Acrilonitrilo butadieno estireno

- https://es.wikipedia.org/wiki/Acrilonitrilo_butadieno_estireno

Carbonato de calcio

- https://es.wikipedia.org/wiki/Carbonato_de_calcio

MFI Indice de fluidez (Melt-Flow-Index)

- https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%8Dndice_de_fluidez

Azodicarbonamida

- https://en.wikipedia.org/wiki/Azodicarbonamide

 

 

 

 

 

Technical article about cleaning compounds that help reduce the time and cost of color changes (purging) in plastic processing equipment such as injection molding and extrusion.

Covering rom the most common methods used in injection molding including the new compounds of high performance for extreme conditions like for ones used in the manufacture of masterbatch.

 

1.1 Abstract

 

This technical article aims to present the current state of the technology in terms of cleaning compounds currently in use in the plastics industry and the recent innovations that the author has developed in this field.

 

Jorge Israel Garcia has over 25 years of experience in the manufacturing of masterbatch color concentrates for the plastics industry, specifically in the field of new process development.

 

1.2 Introduction

 

The cleaning process between changes of color in the plastic industry is considered as one of the main causes of unexpected production costs increase, not only because in many cases the time spent exceeds the time that had been budgeted initially but also by the amount of polymer/compound used during the cleaning process.

 

1.3 Common cleaning methods and their limitations

 

1.3.1 Compatible

 

It is the most used process in injection molding. It consists of using the same polymer but without adding color until the part being molded ceases to have any trace of the previous color. It is at that moment that we can start processing the next color.

 

The main advantage is that the parts that have been molded during the cleaning process can be reused (high quality recycling). Another advantage is that the process is virtually automatic without changing the process parameters.

 

Although apparently it is the most logical cleaning system,it is not suitable in processes where the concentration of color (pigment) is high such as the manufacture of color concentrates.

 

The main disadvantage is a large number of molded parts that must be recycled as well as the time that has been used to produce these parts until the injection equipment is ready for the next color.

 

1.3.2 Incompatible

 

1.3.2.1 Different polymer base:

 

For situations where a deep cleaning is required, for example when it is required to produce a molded part of a light color after a very dark color is manufactured, it is common to use polymers that produce a higher "dragging" effect inside the plastic processing equipment, the most used being PVC (Polyvinyl Chloride), PS (Polystyrene) and ABS (Acrylonitrile butadiene styrene).

 

This method usually reduces the amount of polymer needed to perform cleaning but at the same time a problem of "contamination" between materials is incurred since the polymer used for the cleaning process is incompatible with the one that is intended to be cleaned making the mixture of these two is useless and difficult to recycle.

 

In cases where PVC is used there is the added problem that under certain process conditions corrosive gases can be released that can cause damage in the injection or extrusion equipment.

 

In addition, the process does not allow cleaning to be performed automatically and requires removal of the remaining residue of the cleaning polymer, especially in extruder die sets and injection nozzles, depending on the process of extrusion or injection molding.

 

1.3.2.2 Use of foaming additives:

 

Another method, although more advanced to improve the "dragging effect" during the cleaning process, is the use of foaming additives, which when reaching a certain temperature inside the equipment, release gases that create the "foam" effect and help to eliminate the residue of polymer to be cleaned, one of the most common is azodicarbonamide.

 

Like the different base compounds they also have the problem of being difficult to recycle since the foaming additive residues make their subsequent use difficult in most cases, since their effects are easily visible in the finish of the molding parts, for instance, decrease of brightness and appearance of flow lines.

 

1.4 Innovations

 

Fortunately cleaning compounds are being developed which combine the advantages of compatible compounds, such as ease of use and incompatibles, such as their drag capacity, but without the disadvantages of the latter as they are fully recyclable.

 

The incompatibility has been overcome by the use of universal compounds that facilitate the use of cleaning compounds in different processes with different polymers improving the recycling of the material used in the cleaning of the equipment.

 

The dragging effect has been increased using additives such as calcium carbonate of low silica content to minimize abrasion and wear of the metal parts of the production equipment.

 

Another key factor in improving drag is the reduction of the MFI (Melt flow index) of the cleaning compound compared to the polymer previously used in the manufacturing process, since the lower the MFI the greater the dragging effect if other variables are maintained constant such as temperature and pressure.

 

1.5 Conclusions

 

Although much progress has been made in this field, the dragging capacity continues to be improved to reduce the amount of material used as well as the time spent in the cleaning process.

 

1.6 References

 

PVC Polyvinyl chloride

- https://en.wikipedia.org/wiki/Polyvinyl_chloride

PS Polystyrene

- https://en.wikipedia.org/wiki/Polystyrene

ABS Acrylonitrile butadiene styrene

- https://en.wikipedia.org/wiki/Acrylonitrile_butadiene_styrene

Calcium carbonate

- https://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_carbonate

MFI Melt-Flow-Index

- https://en.wikipedia.org/wiki/Melt_flow_index

Azodicarbonamide

- https://en.wikipedia.org/wiki/Azodicarbonamide


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