Nozioni di base sull'estrusione: acqua, acqua, ovunque (ma tenerla fuori dall'esterno).

Allan Griff | 11 settembre 2017

L’inondazione nel Texas, dove la plastica è critica, mi ha ricordato che i prodotti in plastica resistenti all’acqua – barche, teloni, borse di ogni tipo – stanno salvando molte proprietà e persino vite umane, ma nell’estrusione, come a Houston e in Florida, l’acqua è spesso un nemico .

Ciò avviene in due modi (o entrambi):

L'Antico Marinaio di Samuel Taylor Coleridge, che disse: "acqua, acqua ovunque, né alcuna goccia da bere", è illustrato qui da Gustave Doré. Nota come la trave dell'albero assomiglia a una vite dell'estrusore.

Cosmetico —L'acqua assorbita dalla resina bollirà fino a diventare vapore quando lascia lo stampo e formerà bolle, cavità o linee tratteggiate sulla superficie del prodotto. All'interno dell'estrusore la temperatura supera ben i 100° C (212° F), ma le pressioni sono troppo elevate per consentire l'ebollizione e l'acqua rimane in forma liquida finché la sua pressione non scende mentre passa attraverso i labbri della filiera.

Come regola generale, qualsiasi cosa superiore allo 0,1% di acqua (una bottiglia d'acqua da 16 once in un Gaylord) lascerà segni visibili, ma anche la formulazione, la velocità di uscita dello stampo e il prelievo avranno effetti.

Molti polimeri (come ABS e PMMA) assorbono più di questo dall'atmosfera normale; altri (PS) sono abbastanza borderline da mostrarsi ad alta umidità; ed alcuni (PE, PP, PVC) non assorbono affatto l'umidità.

Ciò non li toglie dai guai, tuttavia, poiché possono contenere additivi come coloranti bianchi o neri e riempitivi come legno o carbonato di calcio. Oppure, i polimeri potrebbero essersi bagnati perché conservati all’aperto sotto la pioggia o al chiuso sotto un tetto che perde, o anche da un tubo dell’acqua fredda sopra una tramoggia aperta, su cui si condensa l’acqua calda.

Reazione chimica —alcuni polimeri sono polimeri di condensazione, in particolare i poliesteri (come il PET), i policarbonati e la famiglia del nylon (poliammide). Questi sono tutti realizzati facendo reagire un -H di un monomero con un -OH di un altro, per formare H-OH = H₂O = acqua.* L'acqua viene eliminata durante il processo di produzione, le due estremità libere si legano insieme e il polimero risultante è infatti resistente all'acqua. Tuttavia, se fa abbastanza caldo, come quando viene sciolta in un estrusore, tutte le molecole d'acqua intorno vogliono tornare da dove sono venute, e quindi rompere la catena formata quando hanno reagito originariamente. La quantità di acqua che può danneggiare seriamente le catene è molto inferiore a quella necessaria per evitare segni visibili (cosmetici): è più simile a un cucchiaio, piuttosto che a una bottiglia da 16 once, di acqua in un Gaylord.

Quindi cosa possiamo fare? I due modi più comuni per evitare questi problemi sono la preasciugatura e lo sfiato. Con la preessiccazione, l'alimentazione viene riscaldata con aria calda nella tramoggia sopra l'estrusore, o in un recipiente simile nelle vicinanze, e alimentata continuamente all'estrusore. La tramoggia deve essere sufficientemente grande da consentire un tempo di asciugatura sufficiente per il materiale da essiccare. L'alimentazione è quindi calda anche se ancora solida e le condizioni di estrusione non sono le stesse dell'alimentazione a temperatura ambiente.

Con lo sfiato, la canna ha un foro, nelle viti singole, circa il 70% a valle dell'alimentazione; nei gemelli, la posizione varia. I design delle viti sono diversi dai sistemi non ventilati, con canali profondi nella posizione di ventilazione per funzionare parzialmente pieni lì, quindi non esce nulla dallo sfiato (anche se a volte lo fa). Nel momento in cui il materiale raggiunge lo sfiato, è abbastanza caldo da far evaporare l'acqua presente, soprattutto se viene applicato il vuoto. Il vuoto rimuove anche l'aria, come richiesto dalla maggior parte delle linee alimentate a polvere.

Entrambi i processi sono solitamente sufficienti per le resine PE-PP-PS, ma non necessariamente per ABS, PMMA e polimeri di condensazione. Per questi, il metodo tradizionale è un essiccatore a tramoggia deumidificante, in cui l'aria viene fatta passare attraverso un essiccante e poi attraverso il materiale in una tramoggia sufficientemente grande da fornire il tempo di asciugatura necessario. Questo può durare fino a sei ore, a seconda della resina, delle dimensioni delle particelle, della temperatura dell'aria e della struttura dell'essiccatore. Esistono altri metodi di essiccazione – congelamento, infrarossi, vuoto – ma i sistemi di ventilazione sono diventati una valida alternativa, soprattutto (ma non solo) per il PET nelle macchine a doppia vite. Per rimuovere abbastanza umidità e ridurre al minimo la rottura della catena, tali linee devono funzionare velocemente (tempo di permanenza ridotto) e la velocità di alimentazione deve essere ottimizzata.