PL178987B1 - Matryca tloczaca do tloczenia kostek detergentu, sposób nakladania elastomerycznego pokrycia na powierzchnie robocze sztywnych czlonów matrycy tloczacej do tloczenia kostek detergentu i sposób wytwarzania kostek detergentu PL PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Matryca tloczaca do tloczenia kostek detergentu, zawierajaca umieszczo- ne naprzeciwko siebie dwa sztywne czlony przymocowane do plyt tloczniko- wych, które to sztywne czlony sa umieszczone ruchomo wzgledem siebie, przy czym na przynajmniej jednej powierzchni roboczej sztywnych czlonów znajduje sie warstwa elastomerycznego pokrycia, znamienna tym, ze material warstwy elastomerycznego pokrycia (5, 6) stanowi material wybrany z grupy, na która skladaja sie elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiace elastomery z nienasyconymi lancuchami weglowymi, obejmujace kauczuk naturalny, butadien, kopolimer akrylo-rutrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi lancuchami weglowymi obejmujace typy etyleno- propylenowe oraz typy zawierajace fluorki, elastomery z podstawnikami krze- mowymi, obejmujace plynne gumy silikonowe i elastomery zawierajace w lan- cuchu polimerowym wegiel, azot i den, obejmujace poliuretany, majace modul elastycznosci w zakresie 0,1 do 50 MPa, a korzystnie 1 do 35 MPa, przy czym grubosc warstwy elastomerycznego pokrycia (5, 6) na powierzchni roboczej (9, 12) sztywnych czlonów (2, 3) jest w zakresie od 1 do mniej n iz 2 0 0 µ m . 6 Sposób wytwarzania kostek detergentu, obejmujacy etapy podawania kompozycji wsadowej kostki detergentu do matrycy, tloczenia tej kompozycji w matrycy dla uzyskania wytloczonej kostki i wyjmowania kostki z matrycy, przy czym podczas wytlaczania na kostke nanosi sie latwo powtarzalna dekoracje po- wierzchni, zwlaszcza logo, znak towarowy lub podobna, przy czym przed etapem tloczenia kostki, przynajmniej jedna powierzchnie robocza sztywnych czlonów matrycy pokrywa sie warstwa pokrycia elastomerycznego, znamienny tym, ze powierzchnie robocze sztywnych czlonów pokrywa sie warstwa pokrycia ela- stomerycznego o grubosci w zakresie od 1 do mniej niz 200 µ m, wykonana z ma- terialu wybranego z grupy, na która skladaja sie elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiace elastomery z nienasy- conymi lancuchami weglowymi, obejmujace kauczuk naturalny, butadien, kopo- limer akrylo-rutrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi lancuchami weglowymi obejmujace typy etyleno-propylenowe oraz typy zawierajace fluorki, elastomery z podstawnikami krzemowymi, obejmujace plynne gumy silikonowe i elastome- ry zawierajace w lancuchu polimerowym wegiel, azot i tle n ,.................. Fig. 1. PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest matryca tłocząca do tłoczenia kostek detergentu, sposób nakładania elastomerycznego pokrycia na powierzchnie robocze sztywnych członów matrycy tłoczącej do tłoczenia kostek detergentu i sposób wytwarzania kostek detergentu.

Przez określenie „kostka detergentu” należy rozumieć tabletkę, bryłkę lub kostkę, w której zawartość środka powierzchniowo czynnego, stanowiącego mydło, syntetyczny detergent aktywny albo ich mieszaninę, wynosi co najmniej 20% wagi kostki.

Dla wytworzenia kostki/detergentu, wstępnie ukształtowaną mieszankę zawierającą wszystkie składniki kostki zwykle wytłacza się przez matrycę tak, by utworzyła się „sztaba”, którąnastępnie tnie się na mniejsze kawałki o wstępnie ustalonej długości, zwykle określane jako „kęsy”. Te „kęsy” podaje się następnie do wytłaczarki albo alternatywnie, wyciska się na jednej bądź wielu powierzchniach przy zastosowaniu na przykład matrycy o tych samych wymiarach co powierzchnia kostki.

Matryca takiej wytłaczarki składa się zwykle z dwóch członów, z których każdy ma powierzchnię roboczą stykającą się z kostką w czasie procesu wytłaczania. Powierzchnie robocze członów matrycy dostosowane są do zamykania się we wstępnie ustalonej odległości, tym samym zaciskając kostkę pomiędzy członami matrycy tak, by nadać kostce jej ostateczny kształt i wygląd, a następnie oddzielająsię. Nadmiar mieszanki wyciskany jest na zewnątrz członów matrycy w miarę ich zamykania. Zjawisko to nazywa się zwykle wypływem. Wypływ oddzielany jest następnie od kostki poprzez przepuszczenie kostki przez otwory wycięte w płytce usuwającej wypływ.

Konwencjonalne wytłaczarki do wytłaczania dyszowego stanowią maszyny mające matrycę o kształcie szpilkowym, w której dwa przeciwległe człony matrycy spotykają się w czasie etapu prasowania oraz maszyny mające matrycę o kształcie pudełkowym, w której dwa przeciwległe człony matrycy wytłaczają kostkę utrzymywaną wewnątrz przelotowego otworu w ramie kostki, ale nie spotykają się w czasie prasowania, zaś obwodowa powierzchnia kostki jest utrzymywana na miejscu przez ramę kostki.

Często każdy z członów matrycy wyposażony jest w wyrzutnik, który zwykle jest utrzymywany wewnątrz członu matrycy przez sprężyny, ale który zostaje wypchnięty przez sprężone powietrze albo zespół mechaniczny dla wspomagania usuwania kostki z tłocznika. Dla zamykania członów matrycy można zastosować próżnię, by usunąć powietrze zamknięte w jamie matrycy pomiędzy kostką detergentu a powierzchnią matrycy. W przypadku matryc obrotowych, próżnia jest potrzebna do utrzymywania kostek na miejscu w czasie obrotu.

Wytłaczanie kostek detergentu przeprowadza się w celu nadania kostkom odtwarzalnego kształtu, gładkiej powierzchni i/lub na przynajmniej części powierzchni kostki wycisnąć wzór taki jak logo, znak handlowy lub inny.

178 987

Jednakże w razie pozostawiania pewnych ilości resztkowego detergentu na członach matrycy, narastających w trakcie ciągłego użytkowania matrycy, często wytwarzane są kostki z widocznymi niedoskonałościami na powierzchni albo też kostki nie odszczepiające się od powierzchni matrycy.

Dla likwidacji tego problemu zaproponowano liczne rozwiązania, z których jedno polega na chłodzeniu członów matrycy w czasie procesu wytłaczania.

Inne rozwiązanie przedstawiono w brytyjskim opisie patentowym GB-A-746 769, który przedstawia zestaw tłoczników, zawierający pudełko tłocznikowe oraz parę towarzyszących członów tłocznikowych, wykonanych z tworzyw sztucznych, do których należąpolimery o określonym module sprężystości.

Wadą tego układujestto, że konieczny jest w nim środek uwalniający tłocznik, by zapobiec przyleganiu i narastaniu detergentu na tłocznikach i uszkadzaniu powierzchni wytłaczanych w następnej kolejności kostek.

Japońskie opisy patentowe JP-A-56124237 oraz JP-A-06064054 przedstawiają zastosowanie elastomerycznej folii na stykających się powierzchniach tłoczących w celu wykasowania nieregulamości w kontakcie albo wykończenia powierzchni tłoczących członów tłocznika dla nadania gładkości wytłaczanemu produktowi. Rozwiązanie to jednakże nie sugeruje, iż takie powierzchnie elastomeryczne towarzyszą tłoczeniu kostek detergentu. Stosowana folia elastomerowa może być bardzo cienka (JP-A-56124237 opisuje grubość folii 5-10 pm).

Inne rozwiązanie zaproponowane w europejskim opisie patentowym EP 276971 polega na zastosowaniu dwóch członów tłocznika, z których każdy zawiera część nieelastomeryczną i część elastomeryczną. Część elastomeryczna, która styka się z kostkąw czasie procesu wytłaczania, zawiera pokrycie elastomerowe o grubości przynajmniej 200 pm i o określonym zakresie modułu sprężystości.

Wadą grubych pokryć, takich jak pokrycie o grubości powyżej 200 pm, jest konieczność nakładania ich przez proces wylewania albo formowania na tłoczniku. Alternatywnie, formuje się oddzielne części, które następnie doczepia się do tłocznika. Proces formowania polega na wytworzeniu tłoczników, w których wydrążenia wycięte w tłoczniku są głębsze od zamierzonej ostatecznej głębokości kostki. Co więcej, często musi być zastosowany oddzielny obróbkowy przyrząd pokryciowy w celu pokrycia wyrzutników.

W czasie utwardzania często dochodzi do obkurczania, a wynikowa zmiana kształtu może spowodować powtarzanie szczeliny pomiędzy tłocznikiem a wyrzutnikiem.

Tak więc wytwarzanie tłoczników grubopokryciowych jest procesem złożonym i drogim. Co więcej, choć jest możliwe ponowne pokrycie tłoczników, to jednak istnieje wiele trudności związanych z tym procesem, mianowicie wymagane jest specjalistyczne oprzyrządowanie do mieszania składników i mieszania pokrycia, powietrze może utknąć we wnętrzu elastomeru w czasie procesu ponownego pokrywania i konieczne jest odsączenie nadmiaru elastomeru. W świetle tych trudności, w wielu przypadkach konieczne jest zastosowanie specjalistycznego oprzyrządowania ogólnie dostępnego jedynie w miejscu oddalonym od fabryki wytwarzającej kostki detergentowe.

W opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5 269 997 zaproponowano, by wyposażyć każdą z dwóch połówek tłocznika formy kostek mydła w elastomeryczną przegrodę rozciągniętą na ich powierzchni. Układ taki jest skomplikowany do stosowania z prędkością wymaganą do produkcji komercyjnej, ponadto tego rodzaju cienkie pokrycie jest podatne na rozerwanie, a odtwarzanie logo na kostkach jest niedokładne.

Matryca tłocząca do tłoczenia kostek detergentu, zawierająca umieszczone naprzeciwko siebie dwa sztywne człony przymocowane do płyt tłocznikowych, które to sztywne człony są umieszczone ruchomo względem siebie, przy czym na przynajmniej jednej powierzchni roboczej sztywnych członów znajduje się warstwa elastomerycznego pokrycia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że materiał warstwy elastomerycznego pokrycia stanowi materiał wybrany z grupy, na którą składają się elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiące elastomery z nienasyconymi łańcuchami węglowymi, obejmujące kau

178 987 czuk naturalny, butadien, kopolimer akrylo-nitrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi łańcuchami węglowymi obejmujące typy etyleno-propylenowe oraz typy zawierające fluorki, elastomery z podstawnikami krzemowymi, obejmujące płynne gumy silikonowe i elastomery zawierające w łańcuchu polimerowym węgiel, azot i tlen, obejmujące poliuretany, mające moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa, a korzystnie 1 do 35 MPa, przy czym grubość warstwy elastomerycznego pokrycia na powierzchni roboczej sztywnych członów jest w zakresie od 1 do mniej niż 200 pm.

Materiał warstwy elastomerycznego pokrycia stanowi jedyny materiał elastomeryczny na powierzchniach roboczych sztywnych członów.

Warstwa elastomerycznego pokrycia jest przedłużona na powierzchnie sztywnych członów, usuwające wypływ nadmiaru detergentu.

Warstwa elastomerycznego pokrycia zachodzi na przednie powierzchnie płyt tłocznikowych, do których są zamocowane sztywne człony.

Sposób nakładania warstwy elastomerycznego pokrycia na powierzchnie robocze sztywnych członów matrycy tłoczącej do tłoczenia kostek detergentu, polegający na tym, że powierzchnie robocze sztywnych członów matrycy poddaje się wstępnej obróbce środkami chemicznymi i/lub mechanicznymi dla uzyskania powierzchni wiążącej warstwę elastomerycznego pokrycia, a następnie te powierzchnie robocze powleka się warstwą roztworu materiału elastomerycznego poddawanego następnie utwardzeniu lub usieciowaniu względnie odparowaniu rozpuszczalnika, lub powleka się je warstwą materiału elastomerycznego ogrzanego do stanu stopienia, który to wytop poddaje się następnie schłodzeniu dla ponownego zakrzepnięcia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że powierzchnie robocze powleka się warstwą tego materiału elastomerycznego, mającą grubość od 1 do mniej niż 200 pm, przy czym elastomeryczny materiał warstwy elastomerycznego pokrycia wybiera się z grupy, na którą składają się elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiące elastomery z nienasyconymi łańcuchami węglowymi, obejmujące kauczuk naturalny, butadien, kopolimer akrylo-nitrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi łańcuchami węglowymi obejmujące typy etyleno-propylenowe oraz typy zawierające fluorki, elastomery z podstawnikami krzemowymi, obejmujące płynne gumy silikonowe i elastomery zawierające w łańcuchu polimerowym węgiel, azot i tlen, obejmujące poliuretany, mające moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa, a korzystnie 1 do 35 MPa.

Sposób wytwarzania kostek detergentu, obejmujący etapy podawania kompozycji wsadowej kostki detergentu do matrycy, tłoczenia tej kompozycj i w matrycy dla uzyskania wytłoczonej kostki i wyjmowania kostki z matrycy, przy czym podczas wytłaczania na kostkę nanosi się łatwo powtarzalną dekorację powierzchni, zwłaszcza logo, znak towarowy lub podobną przy czym przed etapem tłoczenia kostki, przynajmniej jedną powierzchnię roboczą sztywnych członów matrycy pokrywa się warstwąpokrycia elastomerycznego, według wynalazku charakteryzuj e się tym, że powierzchnie robocze sztywnych członów pokrywa się warstwąpokrycia elastomerycznego o grubości w zakresie od 1 do mniej niż 200 pm, wykonaną z materiału wybranego z grupy, na którą składają się elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiące elastomery z nienasyconymi łańcuchami węglowymi, obejmujące kauczuk naturalny, butadien, kopolimer akrylo-nitrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi łańcuchami węglowymi obejmujące typy etyleno-propylenowe oraz typy zawierające fluorki, elastomery z podstawnikami krzemowymi, obejmujące płynne gumy silikonowe i elastomery zawierające w łańcuchu polimerowym węgiel, azot i tlen, obejmujące poliuretany, i mające moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa, a korzystnie 1 do 35 MPa.

Matryca według wynalazku umożliwia wytwarzanie kostek detergentu o łatwej do odtwarzania dekoracji powierzchni, przez którą rozumie się jednorodność kształtu, gładkość powierzchni i wyrazistość wzoru takiego jak logo, znak handlowy albo podobny.

Określenie „elastomeryczny” oznacza materiał zdefiniowany w ISO (Międzynarodowa Organizacja Norm, International Standard Organisation) 1382 jako „elastomer” albo „gumę”. W de

178 987 finicji „elastomerów” zawarte są również elastomery termoplastyczne oraz kopolimery i mieszanki elastomerów, elastomerów plastycznych i gum.

Elastomery zdefiniowane sąjako polimery o długich, giętkich łańcuchach, niezależnie od surowca i przekształcane poprzez środki utwardzające albo tworzące wiązania krzyżowe i tworzą powiązaną krzyżowo strukturę sieciową. Struktura sieciowa zachowuje ruchomość cząsteczek makromolekularnego łańcucha i w rezultacie powraca szybko do początkowego kształtu po odkształcaniu w wyniku oddziaływania siły i po zwolnieniu siły.

Wraz ze wzrostem temperatury elastomer przechodzi przez fazę gumowatą i zachowuje swą elastyczność i moduł sprężystości, aż osiągnie temperaturę rozkładu. Elastomery termoplastyczne składają się z fazy bezpostaciowej i fazy krystalicznej. Faza bezpostaciowa ma zakres zmiękczenia poniżej otaczającej temperatury i w ten sposób działa jako materiał sprężysty, natomiast faza krystaliczna, której zakres zmiękczenia jest powyżej temperatury otoczenia, działa jako miejsca wiązania krzyżowego.

Zaleca się, by materiał elastomeryczny był wybrany spośród klas opisanych w dokumencie Amerykańskiego Towarzystwa Prób i Materiałów D1418, które obejmują:

1. Elastomery z nienasyconymi łańcuchami węglowymi (Klasa R), obejmujące gumy naturalne, np. Standardową Gumę Malajską; butadien, np. typu „BLINA” z Bunawerke Huls; oraz kopolimer akrylo-nitrylowy butadienu, np. „Perbunan” z Bayer.

2. Elastomery z łańcuchami węglowymi nasyconymi (Klasa M), obejmujące typy etyleno-propylenowe, np. „Nordel” z DuPont oraz typy zawierające fluorki, np. „Viton” z DuPont.

3. Elastomery z podstawieniem krzemowym (Klasa Q), obejmujące płynne gumy silikonowe, np. Silastic 9050/50P A+B, z Dow Corning.

4. Elastomery zawierające w łańcuchu polimerowym węgiel, azot i tlen (Klasa U), obejmujące poliuretany, np. poliuretany z Belzony.

Odpowiednie pokrycia elastomeryczne można uzyskać z materiałów takich jak gumy silikonowe, takie jak Silastic 9050/50P A+B, z Dow Corning, która po utwardzaniu ma moduł sprężystości około 2-3 MPa; oraz poliuretany, na przykład Belzona PU221, jak to poniżej określono, które po utwardzaniu mająmoduł sprężystości około 9 MPa, oraz Belzona 2131 (Płynny Elastomer MP), dwuczęściowy produkt oparty na układzie 4,4'-diizocyjanianu difenylometanu (MDI) z katalizatorem neodekanianu fenylortęciowego.

Materiał elastomeryczny, jak to opisano powyżej może być poddany obróbce wstępnej, takiej jak przez tworzenie roztworu elastomeru dostępnego w handlu przed nałożeniem go jako pokrycia na powierzchnię sztywnych członów tłocznika. Elastomery, gumy i kopolimery oraz ich mieszanki zwykle poddaje się utwardzaniu albo wiązaniu krzyżowemu in situ na powierzchni tłocznika. Na przykład można zmieszać przed nałożeniem jako pokrycie składniki zawierające zasadowy materiał elastomeryczny, środki wprowadzające wiązania krzyżowe oraz inne materiały, takie jak przyspieszacze. Po nałożeniu na tłocznik, pokrycie utwardza się in situ, co może być wspomagane przez zastosowanie ciepła albo innych środków przyspieszających, na przykład ciśnienia, promieniowania albo światła UV.

W niektórych przypadkach, materiał elastomeryczny można rozpuścić w odpowiednim rozpuszczalniku, nałożyć na tłocznik a następnie odprowadzić rozpuszczalnik.

Materiały termoplastyczne można rozgrzać do stanu stopienia, nałożyć na tłocznik, schłodzić i zestalić.

Materiały nadające się jako pokrycia elastomeryczne korzystnie mająmoduł sprężystości w zakresie 0,1 do 50 MPa, a najkorzystniej 1 do 35 MPa.

Moduł sprężystości pokrycia elastomerycznego można zmierzyć poprzez zarejestrowanie siły wynikającej w funkcji głębokości wgniecenia. Typowo, można zastosować wygniatacz o sferycznym czubku, a mierzone nachylenie s stanowi firnkcję siły F i głębokości wgniecenia d podniesionej do potęgi 3/2. Głębokość wgniecenia d oznacza ruch wygniatacza w głąb pokrycia po pierwszym zetknięciu się z powierzchnią pokrycia. Ogólnie, konieczne jest uwzględnienie poprawki na zmierzoną głębokość wgniecenia z uwagi na podatność urządzenia pomiarowego.

178 987

Oznacza to, iż rzeczywista głębokość wgniecenia d związana jest ze zmierzoną wartością pozorną d' następującym równaniem:

d = d' -(F C) gdzie F jest siłą wgniecenia. Podatność C określa się przez naciśnięcie wygniatacza na sztywną powierzchnię i zarejestrowanie pozornego przemieszczenia jako funkcji nałożonej siły, która ma nachylenie równe C. Moduł sprężystości E oblicza się z następującego równania:

1 ,

E=— s- . (1-b²)

R ⁷ gdzie s = F/d^3/2, R jest promieniem sferycznego czubka wygniatacza, zaś b jest stosunkiem Poissona, który dla elastomerów równy jest około 0,5.

W niektórych warunkach opisanych poniżej, powyższy sposób wygniatania może dać fałszywie zawyżone wartości modułu sprężystości z uwagi na sztywność materiału, na który nakładane jest pokrycie. W celu uniknięcia tego problemu konieczne jest, aby promień styku a wygniatacza z pokryciem nie przekraczał około 1/10 grubości pokrycia. Promień styku a jest uzależniony od głębokości wgniecenia następującym równaniem:

a = dR

Dla pokryć cieńszych niż 200 pm zaleca się, by stosować nano-wgniatacz, który ma możliwość pomiaru sił wgniecenia przy małych głębokościach wgniecenia przy zastosowaniu wgniataczy z czubkami o małych promieniach. Przykładem takiego sprzętu jest „Nanolndenter II” (Nano-instruments). Alternatywą]est wykonanie grubych (więcej niż 200 pm) pokryć testowych tak, by można było zastosować bardziej konwencjonalny sprzęt pomiarowy, taki jak urządzenie testujące Instron (np. Model 5566).

Zaletą urządzenia według wynalazku jest to, że cienkie elastomeryczne pokrycie może być łatwo nałożone w fabryce na konwencjonalny tłocznik z wbudowanym logo. Może ono być nałożone przykładowo przy zastosowaniu pędzla albo technik rozpylania, takich jak rozpylanie z towarzyszeniem powietrza, bez powietrza albo rozpylanie elektrostatyczne. Można również zastosować połączenie tych technik, jeśli to konieczne. Może mieć to miejsce tam, gdzie konieczne jest nałożenie pokryć o różnej grubości na różne części tłocznika. Przykładowo jeśli wymagana jest jakaś szczególna grubość pokrycia w pełnym subtelnych szczegółów rejonie tłocznika, na przykład na logo, wówczas można zastosować technikę rozpylania z wyrzutnikiem logo usuniętym z głównego korpusu tłocznika.

Pokrycie można następnie utwardzić na tłoczniku w temperaturze otoczenia albo w temperaturach podwyższonych, w zależności od typu materiału elastomerycznego. Wyższe temperatury można zastosować do odprowadzenia rozpuszczalnika w elastomerach z rozpuszczalnikiem. Można też zastosować inne metody, takie jak utwardzanie światłem ultrafioletowym w celu przyspieszenia procesu utwardzania.

Dalszą zaletą wynalazku jest to, że tego typu cienkie pokrycie elastomeryczne można nałożyć na konwencjonalne tłoczniki. W konsekwencji, nie trzeba produkować nowych tłoczników, jak to jest ogólnie przyjęte w przypadku grubych pokryć. Przy stosowanych grubych pokryciach, gdy część elastomeryczna ulegnie zużyciu albo uszkodzeniu w wyniku użytkowania, co spowoduje ślady na wytłaczanej kostce detergentu, wówczas pokrycia trzeba usunąć; tłocznik oczyścić, przygotować nowe pokrycie i natłoczyć je z powrotem na powierzchnię tłocznika przy zastosowaniu specjalistycznego sprzętu. W przeciwieństwie do tego, urządzenie według wynalazku może być łatwo ponownie pokryte na miej scu po prostu przez usunięcie na przykład w sposób mechaniczny starego pokrycia z pomocą roztworu wodorotlenku potasu w mieszaninie etanolu i toluenu w przypadku pokryć silikonowych oraz etanolu i/lub metanolu w przypadku po

178 987 kryć poliuretanowych, obróbkę powierzchni tłocznika i zastąpienie starego pokrycia nowym materiałem. Daje to znaczne oszczędności zarówno pod względem czasu produkcji jak i kosztu ponownego pokrycia.

Zaleca się, by tłocznik zawierał sztywny materiał wybrany spośród metali i ich stopów, na przykład mosiądzu i innych stopów miedzi oraz stali, w tym stali węglowych i nierdzewnych, oraz innych materiałów nieelastomerycznych, takich jak żywice termoutwardzalne i termoplastyczne, na przykład poliestrowe, żywice epoksydowe, żywice furanowe, poliuretany odlewane na twardo, materiały ceramiczne, kompozyty i laminaty.

Do materiału elastomerycznego w celu modyfikacji jego właściwości mechanicznych i obróbczych można wprowadzić materiały dodatkowe, na przykład wypełniacze. Wpływ dodatku wypełniacza zależy od mechanicznej i chemicznej interakcji pomiędzy materiałem elastomerycznym oraz wypełniaczem.

Wypełniacze można zastosować do modyfikacji materiału elastomerycznego tak, że uzyska się pożądane właściwości, na przykład odporność na rozrywanie. Do korzystnych wypełniaczy należą sadza, krzemionka, krzemiany oraz wypełniacze organiczne, takie jak styren albo żywice fenolowe.

Do innych opcjonalnych dodatków należą modyfikatory tarcia oraz przeciwutleniacze.

Pokrycie elastomeryczne powinno mieć grubość w zakresie od 1 do mniej niż 200 pm, korzystnie przynajmniej 10 do 150 pm. Przy grubościach poniżej 1 pm nie da się uzyskać jednorodnego powleczenia pokryciem elastomerycznym na powierzchni tłocznika. Przy grubościach powyżej 200 pm może być trudno nałożyć pokrycie elastomeryczne poprzez proste techniki nakładania, takie jak nakładanie pędzlem, a otrzymane odwzorowanie logo może być mniej wyraźne.

Zaletą wynalazku jest to, że można zmieniać grubość i twardość pokrycia elastomerycznego zgodnie ze składem kostki detergentu, temperatury procesu i/lub parametrów procesu, takich jak kształt wydrążenia w połówkach matrycy, prędkość sprzętu tłoczącego i odległość oddalania pomiędzy połówkami matrycy, w celu uzyskania pożądanego rezultatu, na przykład dobrego uwalniania kostki detergentu z matrycy. Stwierdzono, iż dla szczególnego składu kostki w połączeniu z prostym tłocznikiem bez logo, pokrycia elastomeryczne przy dolnej granicy zakresu grubości oraz przy górnej granicy zakresu sprężystości zapewniają dopuszczalne uwalnianie z tłocznika. Jednakże przy tym samym składzie z matrycą przenoszącą logo o złożonym kształcie albo przy złożonym kształcie matrycy, dopuszczalne uwalnianie osiąga się przy pokryciu o grubości bliższej górnej granicy zakresu grubości i z niższym modułem sprężystości. Podobnie, dla trudniejszego do wytłoczenia składu kostki, dopuszczalne uwalnianie z matrycy można osiągnąć z pokryciem elastomerycznym o grubości bliższej górnej granicy zakresu grubości i przy niższym module sprężystości. Dlatego też, wynalazek umożliwia wytworzenie pokryć o różnych grubościach i modułach sprężystości wewnątrz określonego zakresu wartości, przy zachowaniu zalet cienkich pokryć podczas wytwarzania kostek detergentu.

Matryca według wynalazku może być zastosowaną do tłoczenia kostek detergentu, zawierających środek powierzchniowo czynny, który zawiera mydło albo detergent syntetyczny względnie mieszaninę mydła i detergentu syntetycznego. Znajduje ono szczególne zastosowanie przy tłoczeniu miękkich i/lub lepkich kostek detergentu,, które zawierają syntetyczne środki powierzchniowo czynne, półprzezroczystych bądź przezroczystych kostek mydła o zmniejszonej zawartości substancji tłustej, na przykład w zakresie 63-78% całkowitej wagi kostki, oraz kostek zawierających środki pielęgnacji skóry, takie jak nawilżacze, poliole, olejki, kwasy tłuszczowe oraz alkohole tłuszczowe.

Powierzchnię matrycy można poddać wielu wstępnym obróbkom przed pokryciem materiałem elastomerycznym, w celu poprawy siły wiązania pomiędzy powierzchnią matrycy a pokryciem. Te wstępne obróbki mają na celu usunięcie słabych warstw granicznych, na przykład słabych tlenków na metalach; optymalizację stopnia styku pomiędzy powierzchnią a pokryciem i/lub zmianę topografii powierzchni taką, że zwiększa się wiązalne pole powierzchni oraz ochro

178 987 nę powierzchni matrycy przed związaniem. Dogodne techniki można podzielić na trzy główne grupy:

1. Ścieranie mechaniczne - do technik tych należą oczyszczenie szczotką drucianą, papierem ściernym, techniki wydmuchowe, takie jak wydmuch, wody, grysu, piasku oraz kuleczek szklanych, polerowanie takie jak polerowanie diamentem oraz drążenie elektroiskrowe.

2. Obróbka chemiczna - obejmuje czyszczenie rozpuszczalnikiem, obróbkę kwasem, trawienie na przykład przy zastosowaniu kwasu, anodowanie oraz zastosowanie gruntu albo związku chemicznego wiążącego lepiszcze, na przykład silanu albo silikonu lub też ich połączeń.

3. Wstępna energetyczna obróbka powierzchniowa, stosowana w układach niemetalicznych, obejmująca wyładowanie koronowe, plazmowe oraz techniki laserowe.

Dodatkowo do nakładania na powierzchnię roboczą matrycy, pokrycie elastomeryczne może być korzystnie nakładane na inne części tłocznika oraz inne elementy wyposażenia linii obróbczej mydła. Na przykład, może ono być nakładane na płytę usuwającą wypływ, która oddziela tłoczną kostkę od nadmiaru wytłoczonej mieszanki, płytkę wsparciową, na której zamocowany jest tłocznik, jak również na nietłoczące powierzchnie tłocznika.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój poprzeczny przez matrycę według wynalazku z kostką detergentu, fig. 2 - przekrój poprzeczny przez matrycę w położeniu zamkniętym z kostką detergentu ściśniętą pomiędzy połówkami matrycy, fig. 3 - przekrój poprzeczny przez matrycę w położeniu otwartym po operacji wytłaczania, fig. 4 - górną powierzchnię połówki matrycy ze stali węglowej, zastosowaną w poniższych przykładach, fig. 5 - logo odciśnięte przez połówki matrycy zastosowanej w poniższych przykładach, a fig. 6 - przekrój poprzeczny przez środek kostki detergentu, wytłoczonej przez matrycę z fig. 4, z naniesionym logo przedstawionym na fig. 5.

Na figurze 1 pokazano matrycę 1, zawierającą dwie połówki, z których każda jest wyposażona w sztywny człon 2,3. Sztywne człony na powierzchniach 9,12 tłoczących kostkę są wyposażone w pokrycia elastomeryczne 5, 6. Pokrycie elastomeryczne znajduje się również na powierzchniach 8,10,11 i 13 połówek matrycy. Jedna połówka matrycy wyposażona jest w logo 14 na tłoczącej kostkę powierzchni sztywnego członu 3. W niektórych przypadkach obydwa sztywne człony matrycy zawierają odtwarzane logo, które również jest pokryte elastomerycznym pokryciem 6. Na fig. 2 przedstawiono matrycę w położeniu zamkniętym, z logo wytłoczonym na kostce 4 detergentu.

Na figurze 3 przedstawiono matrycę w położeniu otwartym po ukończeniu tłoczenia. Kostka łatwo uwalnia się spomiędzy sztywnych członów tłocznika 2, 3, dzięki elastomerycznemu pokryciu 5, 6.

Na figurze 4 przedstawiono jeden sztywny człon 15 matrycy z wydrążeniem 16 oraz otworami 17, 18 na kołki dla ustawienia w linii i zamocowania tego członu matrycy na wytłaczarce. Wydrążenie 16 jest wyposażone w obszar 19, w którym umieszczony jest wyrzutnik, nanoszący logo. Otwór 20 stanowi przepust, przez który można doprowadzić podciśnienie w trakcie tłoczenia.

Na figurze 5 przedstawiono wydrążenie 16 matrycy w całości z wy rzutnikiem 21 logo przenoszącym.

Przykłady

Wytłaczarką zastosowaną w próbach była wytaczarka Binacchi USN 100.

Wytworzono ze stali węglowej zestaw dwóch sztywnych członów matrycy i poddano je drążeniu elektroiskrowemu w zakresie przedstawionych w tabeli wartości szorstkości powierzchni (Ra), po czym poddano je odtłuszczeniu w acetonie, gruntowaniu a następnie pokryto materiałem elastomerycznym.

W przykładach zastosowano również serię mosiężnych sztywnych członów matrycy. Podobnie odtłuszczono je acetonem, poddano gruntowaniu, a następnie pokryto pokryciem elastomerycznym z poliuretanów albo materiałów silikonowych.

178 987

Zastosowanymi poliuretanami były:

PU - Poliuretan - Belzona 221 (Elastomer Płynny MP),

- dwuczęściowy produkt, oparty na dwuizocyjanianie toluenu (TDI) oraz poliolu/katalizatorze neodekanianu fenylortęciowego. Dodano ksylen dla zmniejszenia lepkości składnika TDI. Otrzymaną mieszaninę zmieszano z poliolem oraz katalizatorem i nałożono na matrycę. Pokryciem umożliwiono utwardzenie na matrycy w temperaturze pokojowej.

PUA - Belzona 221, zmodyfikowana ksylenem jak powyżej oraz poprzez dodanie glikolu polipropylenowego w celu zmniejszenia modułu sprężystości pokrycia. Te trzy składniki, tj. TDI/ksylen, Poliol/katałizator oraz glikol polipropylenowy zmieszano, a otrzymany materiał nałożono na powierzchnię tłocznika i umożliwiono utwardzenie.

KE - Kemira Durelast, jednoczęściowy układ złożony z zakończonym izocyjanianem prepolimerem poliuretanu opartym na 4,4'-dwuizocyjanianie difenylometanu (MDI). Pokrycie nałożono na powierzchnię matrycy i umożliwiono utwardzenie, po wystawieniu na oddziaływanie wilgoci atmosferycznej w temperaturze otoczenia.

Gruntem stosowanym dla poliuretanów był Belzona 2921 (Kondycjoner Elastomeryczny GP) w roztworze MDI/dichlorometan.

Krzemianowymi materiałami stosowanymi jako pokrycia elastomeryczne były:

Si - płynna guma silikonowa Silastic 9050-50P Części A i B, z Dow Corning. W celu przygotowania pokrycia dwie części zmieszano w temperaturze pokojowej. Otrzymaną mieszaninę nałożono następnie pędzlem na powierzchnię tłocznika i poddano utwardzaniu w 200°C.

HS - Silastic HS 500 z Dow Corning, utwardzany nadtlenkiem elastomer silikonowy. Wstępnie zmieszany elastomer silikonowy i nadtlenek rozpuszczono w benzynie lakowej. Następnie naniesionoje pędzlem na powierzchnię matrycy, po czym doprowadzono ciepło, by przyspieszyć utwardzenie.

Grunt stosowany dla elastomerów silikonowych (Dow Corning 3-6060) zawierał 95% ketonu izobutylu metylu, 2% polikrzemianu etylu, 1% izopropoksybisu (acetylooctonianu) tytanu i 2% dimetylu siloksanu metywinylu, zakończonego grupą acetoksy- rozpuszczoną w benzynie lakowej.

Skład zastosowanej w przykładach mieszaniny kostki był jak następuje:

Skład A	% wag.
Mydło łojowe bezwodne	52,3
Mydło kokosowe bezwodne	29,9
Kwas tłuszczowy kokosowy	5,2
Woda i inne składniki	do 100
Skład B	% wag.
Izetionian kocylu sodu	27,00
Kokoamidopropylobetaina	5,00
Glikol polietylenowy, wag. M.	33,12
Kwas tłuszczowy	11,00
Wypełniacz	10,00
Stearynian sodu	5,00
Woda + inne substancje	do 100
Skład C	% wag.
Izetionian kokcylu sodu	49,78
Mydło 82/18	8,31
Stearynian sodu	2,98
Siarczan Alkilobenzenu	2,02
Kwas stearynowy	20,15
Kwas tłuszczowy kokosowy	3,08
Isetionian sodu	4,68
Woda + inne substancje	do 100

178 987

Przykład	1	2	3	4	5	6	7	8	1*	2*
Średnia szorstkość powierzchni (Ra)/pm	0,8	3,2	1,6	1,6	3,2	0,8	3,2	-		-
Grubość pokrycia PUA/pm	PU 16,2	PUA 102	Si 21	Si 21	HS <10	PU 100	KE 42	SI 25	-	-
Moduł sprężystości MPa	9	1	3	3	3	9	35	3	-	-
Skład kostki	B	C	C	B	B	B	A	B	B	c
Blok/uwalnianie tłocznika	2	3	3	2	5	1	1	1	5	5
Odtworzenie logo	1	2	3	2	1	1	4	1	1	1
Maksymalna prędkość wytłaczarki (tablic/min	70	20	70	70	>40	45	70	45	<20	<20

Dla przykładów 1 do 7 zastosowano człony matrycy wykonane ze stali węglowej. W przykładzie 8 i przykładach porównawczych 1* i 2* zastosowano człony matrycy wykonane z mosiądzu. W 1* i 2* nie nakładano na powierzchnię matrycy pokrycia elastomerycznego.

Dla wszystkich przykładów oceniono blok/uwalnianie z matrycy oraz odtwarzanie logo.

Blok/Uwalnianie z matrycy oceniono wzrokowo i przyznano punkty w skali, na której 1 oznacza kostkę uwolnionąswobodnie z tłocznika a 5 tam, gdzie kostka przykleiła się do matrycy.

Odtwarzanie logo oceniono wzrokowo na kostkach detergentu uwolnionych z matrycy i przyznano punkty w skali, w której 1 oznaczało odtworzenie wszystkich szczegółów logo, a 5 oznacza słabo widoczne logo, w którym brakuje przynajmniej części szczegółów.

Wyniki przedstawiają, iż matryca według wynalazku z cienkim pokryciem umożliwia wytłaczanie kostek o różnych składach przy dobrej jakości bloku uwalniania z matrycy oraz odtwarzania logo. Bez pokrycia elastomerycznego, kostki detergentu nie uwalniały się swobodnie z matrycy.

178 987

178 987

178 987

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Matryca tłocząca do tłoczenia kostek detergentu, zawierająca umieszczone naprzeciwko siebie dwa sztywne człony przymocowane do płyt tłocznikowych, które to sztywne człony są umieszczone ruchomo względem siebie, przy czym na przynajmniej jednej powierzchni roboczej sztywnych członów znajduje się warstwa elastomerycznego pokrycia, znamienna tym, że materiał warstwy elastomerycznego pokrycia (5, 6) stanowi materiał wybrany z grupy, na którą składają się elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiące elastomery z nienasyconymi łańcuchami węglowymi, obejmujące kauczuk naturalny, butadien, kopolimer akrylo-nitrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi łańcuchami węglowymi obejmujące typy etyleno-propylenowe oraz typy zawierające fluorki, elastomery z podstawnikami krzemowymi, obejmujące płynne gumy silikonowe i elastomery zawierające w łańcuchu polimerowym węgiel, azot i tlen, obejmujące poliuretany, mające moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa, a korzystnie 1 do 35 MPa, przy czym grubość warstwy elastomerycznego pokrycia (5, 6) na powierzchni roboczej (9,12) sztywnych członów (2,3) jest w zakresie od 1 do mniej niż 200 pm.
2. 2. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że materiał warstwy elastomerycznego pokrycia (5,6) stanowi jedyny materiał elastomeryczny na powierzchniach roboczych (9,12) sztywnych członów (2, 3).
3. 3. Matryca według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa elastomerycznego pokrycia (5,6) jest przedłużona na powierzchnie (8,10), (11,13) sztywnych członów (2,3), usuwające wypływ nadmiaru detergentu.
4. 4. Matryca według zastrz. 3, znamienna tym, że warstwa elastomerycznego pokrycia (5,6) zachodzi na przednie powierzchnie płyt tłocznikowych, do których są zamocowane sztywne człony (2, 3).
5. 5. Sposób nakładania warstwy elastomerycznego pokrycia na powierzchnie robocze sztywnych członów matrycy tłoczącej do tłoczenia kostek detergentu, polegający na tym, że powierzchnie robocze sztywnych członów matrycy poddaj e się wstępnej obróbce środkami chemicznymi i/lub mechanicznymi dla uzyskania powierzchni wiążącej warstwę elastomerycznego pokrycia, a następnie te powierzchnie robocze powleka się warstwą roztworu materiału elastomerycznego poddawanego następnie utwardzeniu lub usieciowaniu względnie odparowaniu rozpuszczalnika, lub powleka się je warstwą materiału elastomerycznego ogrzanego do stanu stopienia, który to wytop poddaje się następnie schłodzeniu dla ponownego zakrzepnięcia, znamienny tym, że powierzchnie robocze powleka się warstwą tego materiału elastomerycznego, mającą grubość od 1 do mniej niż 200 pm, przy czym elastomeryczny materiał warstwy elastomerycznego pokrycia wybiera się z grupy, na którą składają się elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiące elastomery z nienasyconymi łańcuchami węglowymi, obejmujące kauczuk naturalny, butadien, kopolimer akrylo-nitrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi łańcuchami węglowymi obejmujące typy etyleno-propylenowe oraz typy zawierające fluorki, elastomery z podstawnikami krzemowymi, obejmujące płynne gumy silikonowe i elastomery zawierające w łańcuchu polimerowym węgiel, azot i tlen, obejmujące poliuretany, mające moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa, a korzystnie 1 do 35 MPa.
6. 6. Sposób wytwarzania kostek detergentu, obejmujący etapy podawania kompozycji wsadowej kostki detergentu do matrycy, tłoczenia tej kompozycji w matrycy dla uzyskania wytłoczo

   178 987 nej kostki i wyjmowania kostki z matrycy, przy czym podczas wytłaczania na kostkę nanosi się łatwo powtarzalną dekorację powierzchni, zwłaszcza logo, znak towarowy lub podobną przy czym przed etapem tłoczenia kostki, przynajmniej jedną powierzchnię roboczą sztywnych członów matrycy pokrywa się warstwą pokrycia elastomerycznego, znamienny tym, że powierzchnie robocze sztywnych członów pokrywa się warstwą pokrycia elastomerycznego o grubości w zakresie od 1 do mniej niż 200 pm, wykonaną z materiału wybranego z grupy, na którą składają się elastomery, gumy, elastomery termoplastyczne, kopolimery i ich mieszanki, stanowiące elastomery z nienasyconymi łańcuchami węglowymi, obejmujące kauczuk naturalny, butadien, kopolimer akrylo-nitrylowy butadienu, elastomery z nasyconymi łańcuchami węglowymi obejmujące typy etyleno-propylenowe oraz typy zawierające fluorki, elastomery z podstawnikami krzemowymi, obejmujące płynne gumy silikonowe i elastomery zawierające w łańcuchu polimerowym węgiel, azot i tlen, obejmujące poliuretany, i mające moduł elastyczności w zakresie 0,1 do 50 MPa, a korzystnie 1 do 35 MPa.

   * * *