198094. lajstromszámú szabadalom • Keményítő tartalmú hidrofil polimer kompozíció fröccsöntéshez és eljárás formázott termékek fröccsöntéssel való előállítására a kompozícióból
9 198 094 10 2. Táblázat (folytatása) Rövidítés Mértékegység Meghatározás K(T,P) N~1 • m2 A keményítő összenyomhatósága adott hőmérsékleten és nyomáson. Számszerű értéke: az egységnyi nyomásváltozás hatására bekövetkező relatív térfogatváltozás. PCT.P) ter1 A keményítő köbös hőtágulási együtthatója adott hőmértékleten és nyomáson. Számszerű értéke: az egységnyi hőmérsékletváltozás hatására bekövetkező relatív térfogatváltozás. V(g, T, P) kg•s_1 A keményítő áramlást sebessége adott hőmérséklet, nyiródcformáeió-sebesség (s~J) és nyomás esetén. Számszerű értéke: az az olvadékmennyiség, mely az adott nyíródeformáció-sebcsség mellett egységnyi idő alatt távozik a fröccsöntő-berendezés kiömlő nyílásán át. Tgií Tg2 °C A keményítő üvegesedési hőmérséklet-tartománya. Tmií TM2 °C A részlegesen kristályos keményítő olvadási hőmérséklettartománya. Tm °c Olvadáspont T„(t) °c A keményítő hőmérséklete a fröccsegység fúvókájának környékén. Tt(0 °c A keményítő hőmérséklete a szerszámban. Pt N ■ m-2 A keményítő nyomása a szerszámban. Pn N ■ ni-2 A keményítő nyomása a fúvókában. X A keményítő víztartalma, a víz-keményítő rendszer tömeg törtjeként kifejezve. A fröccsöntési folyamat ellenőrzéséhez és szabályozásához ismernünk kell (1) az olvasztás hőszükségletét: H(Tn,PJ-H(Ta.PJ (2) a keményítő melegítési sebességét a fröccsöntő berendezésben. Ennek kiszámításához szükséges a keményítő hővezetési együtthatója, valamint a keményítő és a keményítővel érintkező extruder-henger szerkezeti anyaga közötti hőátadási együttható. A keményítő melegítési sebessége és hőfelhasznáiása 6 meghatározza azt a minimális hlölurtamot, ami althoz szükséges, hogy a keményítőt injektálható állapotba hozzuk, valamint a fröccsöntő berendezés hőenergiaszükségletét. (3) Tn függ a keményítő X értékétől. Ka a keményítő víztartalma a szerszámban túlságosan alacsony, a kapott Tn érték igen maga lesz, s ez lebomlást okoz. Ahhoz, hogy T„ értékét 240 °C alatt tartsuk, legalább 5 tömeg % víztartalom szükséges. (4) Az áramlási sebesség, V(g, T, P) ugyancsak erősen függ a keményítő víztartalmától. A fröccsöntési folyamat felgyorsításához nagy áramlási sebesség szükséges, ezt magasabb víztartalommal érhetjük el. A víztartalom felső határát a kapszulák ragadóssá válása és mechanikai károsodása határozza meg; a 0,30 víztartalom értékét általában nem szabad túllépni. Annak következtében, hogy a hőmérséklet Tt-ről Ta-ra változik, a keményítő térfogata a szerszámban csökkenni fog. így porózus és csökkent méretű, tehát elfogadhatatlan minőségű kapszulákat kapnánk. A kapszulagyáriásban fontos követelmény, hogy a méreteltérések 1%-nál kisebbek legyenek. A liőmérsékletváltozás miatt bekövetkező zsugorodás kiegyenlítése céljából a szerszámot meghatározott P„ nyomáson kell megtölteni. Ezt a töltési nyomást 0(T, P) és K(T, P) értéke határozza meg. A fröecsnyomás (P„) függ 1,,-töl is, amely viszont — mint már kimutattuk — erősen függ X-től. Az 5. ábra az X = 0,2 víztartalmú keményítő nyíróviszkozitása és a nyírósebesség közötti összefüggést mutatja, 130 °C-on. A 6. ábrán az X = 0,24 víztartalmú keményítő fröccsöntési területe látható. A fröccsöntés folyamán a plasztikáit keményítőt szakaszosan extrudáljuk, majd közvetlenül ezután lehűtjük egy — a kapszula kívánt alakjával rendelkező — szerszámban. A fröcesöntheíőség függ a keményítő tulajdonságaitól, és a feldolgozási körülményektől, melyek közül legfontosabbak a keményítő lermomcchanikai tulajdonságai, továbbá a szerszám geometriája, hőmérsékletéi nyomásviszonyai. A fröccsönthetőségi diagramon (6. ábra) láthatók a keményítőnek a találmány szerinti, mikroprocesszorra) kombinált fröccsöntő berendezésben történő feldolgozásának hőmérséklet- és nyomáshatárai. A 240 °C-os maximális hőmérsékletet az határozza meg, hogy ezen határ fölött a keményítő láthatóan lcbomlik. A 80 °C-os alsó hőmérséklethatárt az szabja meg, hogy ez alatt az előnyös víztartalom tartományában (X= 0,05—0,30) túlságosan megnövekszik az olvadék viszkozitása és elaszticitása. A nyomás felső határát — 3 • 108 N/m2 — a sorjaképződés kezdete határozza meg. Ez azt jelenti, hogy a megolvadt keményítő befolyik a szerszámot alkotó fémrészek közötti hézagba, így a szerszám osztóvonalai mentén a kapszulán vékony bordák alakulnak ki. A nyomás alsó határát, mely kb. 6 ■ 107 N/m2, a • termék kialakulatlansága szabja meg, vagyis az, hogy a szerszámot már nem lehet teljes mértékben megtölteni a keményítővel. Az alábbi 3. táblázatban megadjuk a találmány szerinti keményítő-készítményt alkalmazó fröccsöntési eljárás üzemi paramétereit. 5 10 15 20 25 .10 35 40 45 50 55 60 65
