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Primera de dos partes
Antecedentes: En la mayoría de las fábricas en todo el mundo, cuando se habla de cambios de color ó cambios de material durante el proceso de transformación de plásticos, se tiene que hablar de limpieza rápida y, por lo tanto de aditivos promotores de la limpieza, que son los agentes purgantes ó purgas. Durante años, la gente mas cercana a la maquinaria (inyección y extrusión) ha hecho grandes esfuerzos por hacer limpieza rápida tratando de ahorrar dinero y tiempo, para lo cual se han ensayado materiales como: jabón en polvo con agua (pasta), pedazos de cartón mojados, material remolido (scrap), sin llegar a combatir a los enemigos que son: puntos negros, material contaminado por colores anteriores. Todo esto se traduce en Kg de material desperdiciado.
La primera pregunta obligada es ¿qué es una purga?, una purga es un material que ayuda a la limpieza de la máquina sea inyectora ó extrusora para seguir adelante con el proceso de transformación de plásticos y fabricación de productos sin defectos y con el menor desperdicio posible.
La segunda pregunta será ¿cómo seleccionar la purga adecuada? Para responder esta pregunta debemos de conocer bien cómo es el proceso de limpieza y, que pasa dentro de la maquinaria cuando se utilizan aditivos purgantes ó purgas.
La tercera pregunta sería: ¿Cuáles son los ingredientes de una purga? Básicamente la mayoría de las purgas están conformadas por dos ingredientes: (1) El ingrediente activo y (2) La resina portadora ó “carrier”. Los ingredientes activos están compuestos de “porógenos” ó materiales espumantes que se descomponen dentro de la máquina y generan un cambio de volumen en la resina portadora. Por su parte, la resina portadora ya con otro volumen (espumada) limpiará la máquina.
Las Purgas Físicas:
Las purgas físicas son materiales de alta viscosidad que arrastran el material anterior y sirven para limpiar la recámara ó cañón donde va el husillo. No son muy efectivas porque no cambian de volumen y entonces pues no pueden arrastrar puntos negros ó materiales bien pegados a la pared y al husillo.
En algunas fábricas utilizan materiales remolidos como purga y les ayuda un poco aunque no les resuelve al 100% los problemas, sin embargo en algunas plantas no hay presupuesto para comprar purgas. En fotografía se muestra el producto obtenido con una purga física. No se observan puntos negros y resinas anteriores, por lo que para algunos procesos muy exigentes no son lo más adecuado.
Las purgas Químicas:
Las purgas químicas son materiales que se descomponen a ciertas temperaturas y generan gases como el CO2. Este gas hace expandir a la resina portadora ó “carrier”, generalmente un polímero de alta viscosidad. Dentro de la máquina, va arrastrando puntos negros y resinas que se han utilizado antes.
Para conseguir esto hay que dejar reposar la purga química y la resina portadora (carrier) por 5 minutos para lograr que ésta se pegue a las paredes y al husillo. Después se expulsa la purga y así el proceso de limpieza termina. En la muestra mostrada en la gráfica, la caída en peso de una purga química y que empieza después de los 100°C, aunque la línea azul (la derivada gráfica de TGA (Análisis Termo-Gravimétrico) se dw/dT) nos indica que se consigue el total del gas requerido a 160°C., aprox.
Las purgas químicas pueden extraer de la máquina tanto resinas como puntos negros adheridos tanto al husillo como a la pared de la recámara ó cañón. Esto solo se consigue con un cambio de volumen ΔV y un aumento en la presión dentro de la máquina. Al conseguir el cambio de volumen dentro de la máquina, la resina portadora ó “carrier” es “inflada” por la purga química, llamada el ingrediente “activo” y entonces es cuando se lleva a cabo la limpieza de manera correcta y optimizada.
En la fotografía mostrada se puede observar que la máquina de inyección en este caso tenía color amarillo y azul aparte de puntos negros. Afortunadamente con la purga química podemos sacar todo esto en tan solo unos minutos.
Las purgas químicas pueden ser para colada caliente ó para colada fría dependiendo de la morfología del ingrediente activo y de la viscosidad de la resina portadora ó “carrier”. Generalmente en las fábricas existe un alto porcentaje de moldes de colada fría, por lo que las purgas que solo son para colada fría son bienvenidas. La purga para colada caliente debe tener ciertas características tanto en el ingrediente activo como en la resina portadora.
En la fotografía mostrada se puede observar el cambio de color en un proceso de limpieza de una inyectora con purgas.
El proceso de purga en inyección:
(a) Colada fría
Este es un proceso de purgado del husillo solamente y se le llama el proceso de purga de colada fría. . Paso (1) para hacer cambio de color ó material se hace hacia atrás el husillo de la máquina, se inyecta el plástico al aire hasta sacarlo totalmente. Paso (2) Se coloca la purga en la tolva y se hacen inyecciones al aire una tras otra y cuando sale el material espumado por la boquilla se detiene el proceso y se dejan 5 minutos para que la purga se pegue en las paredes internas de la máquina. Paso (3) Pasado este tiempo se purga la máquina una y otra vez hasta que la purga sale limpia. En este proceso de limpieza, las plastas de materiales generados no se pueden volver a utilizar. Algunas compañías las muelen y el remolido lo utilizan como “carrier” para seguir purgando.
La fotografía de la derecha muestra un cambio de color en colada fría de morado a natural, de los más difíciles. Generalmente la gente piensa que el color más difícil de purgar es el negro, pero no es así, hay colores verdaderamente difíciles como el que se muestra en la fotografía
(b) Colada Caliente:
El proceso de limpieza del molde se le ha llamado “limpieza de la colada caliente” y exige una purga con el MFI (melt flow index) adecuado para poder pasar a través de los orificios inyectores del molde que, a veces, son muy pequeños. Como se puede ver en la foto hay que colocar un cartón para que el “chisguete” que sale no se pegue en la parte móvil del molde, donde están los botadores. El proceso es igual, (1) vaciar la máquina, (2) colocar la purga en la tolva e inyectar hasta que salga el material espumado, (3) dejar reposar la purga por 5 minutos y luego purgar una y otra vez hasta que se agote la purga.
Cabe hacer notar que muchas empresas no permiten que se purgue el molde de colada caliente porque ya se ha visto que se pueden dañar al purgar con materiales altamente viscosos. Son pocas las compañías que conocen de proceso y de reología para poder diseñar una purga balanceada que se pueda utilizar para purgar el molde, es decir, ofrecer una purga para colada caliente “HR” (Hot Runner).
(c) El proceso continuo “0” cero desperdicio:
El proceso “0” cero desperdicio consiste en purgar una máquina de inyección “pero” sin detener el proceso y seguir produciendo piezas. Este efecto solo se consigue utilizando purgas concentradas con aditivos especiales que no afecten las propiedades del material final . En la fotografía de las tapas rojas se está efectuando un cambio hacia tapas blancas con una purga concentrada que tan solo se utiliza al 3%, especialmente diseñada para colada caliente. En este caso, la purga se descompone totalmente produciendo CO2 (bióxido de carbono) principalmente, que es el gas que hace que la resina portadora (carrier) se “infle” y pueda arrastrar todas las resinas y colores anteriores incluyendo puntos negros. Las piezas se “muelen” y el material triturado puede volver a inyectarse sin problemas. De esta manera, el proceso se llama “0” cero desperdicio.
Cuidados:
Se debe de purgar con guantes, manga larga, gogles (lentes) y siempre utilizando la protección que tiene la máquina inyectora. En este caso se tomo una fotografía de cómo “NO” se debe purgar una máquina. El operador ha quitado la protección de la máquina y ahora el material y gases salen libremente. Tampoco utiliza manga larga. El operador si está utilizando goles y cubre bocas, pero aun así, no esta cumpliendo con la Norma de Seguridad.
Nota: ¿qué cantidad de purga debemos utilizar?
La cantidad de purga es muy importante, sobre todo considerando el alto costo que tiene, por lo que existe una regla de inicio para calcular la cantidad óptima de purga. Paso (1) Se debe conocer la cantidad total de material que puede inyectar la máquina, es decir, 100 gr, 500, gr, 1 Kg, 4 Kg, etc. Como ejemplo vamos a suponer que estamos con una máquina de 600 toneladas de cierre y con una capacidad de inyección de 4 Kg. La regla dice que vamos a utilizar 3 veces esa cantidad de purga, en este caso serán 12 Kg. Es decir que para purgar esta máquina colocaremos 12 Kg de purga en la tolva.
Nota: ¿ Cuánto tiempo debe durar el proceso de purgado?
El proceso de purga debe de durar menos de 10 minutos, ya que el hacer hacia atrás la inyectora y sacar la resina actual se puede llevar 2 minutos, luego 5 minutos de residencia de la purga y los otros 3 minutos para sacar la cantidad restante de purga por la boquilla. Algunas empresas utilizan 10 minutos de reposo de la purga ya estando en toda la inyectora y hay otras empresas que utilizan 15 minutos. Nosotros creemos que 5 minutos es suficiente para fundir y descomponer el ingrediente activo de la purga y que luego se “pegue” a las paredes de la inyectora.
El proceso de purga en extrusión:
(1) Vaciar la extrusora. (2) Quitar malla y porta mallas. (3) Cerrar “venteo” si tiene la extrusora. (4) Colocar en la tolva la purga. (5) Arrancar extrusor con RPM media y esperar a que la purga salga. (6) Parar equipo y esperar 5 minutos hasta que la purga haya actuado. (7) Colocar en la tolva el material normal y permitir que la purga salga. (8) Una vez que haya salido todo el material, colocar porta-mallas, mallas, etc., (9) Siga trabajando. Las fotografías explican de manera gráfica la forma de hacerlo. La máquina extrusora es fácil de limpiar hasta llegar al dado. Si el dado es sencillo como el que se muestra en las fotografías, que es un dado para politizar, el proceso de limpieza será fácil y sencillo. Si el dado es de tipo lámina, es verdaderamente complicado ya que se pueden quedar pequeñas cantidades de color atrapadas en alguna esquina que la purga no podrá sacar. Otro dato interesante es que se debe iniciar a bajas RPM’s para que el material se funda al principio y pueda arrastrar el material degradado y puntos negros.
Acerca del autor
Miguel Sánchez Urrutia es Ing. Químico de la UNAM con maestría en Polímeros en la Universidad de Montreal, Canadá y más de 30 años de experiencia en diversas empresas como: Instituto de Investigaciones Eléctricas, Grupo Condumex, Grupo Resistol por mencionar algunas. Ha sido consultor de CONACYT y esta en el “roster” (listado) de expertos en plásticos a nivel mundial nombrado desde Viena, Austria. Actualmente ha pasado a formar parte de la empresa Polymer Processing Development S.A. de C.V., como Director de Tecnología.
Nota: para mayor información sobre este tema y bibliografía enviar un correo a miguel.sanchez@ppd.mx“>miguel.sanchez@ppd.mx
Primera de dos partes
Antecedentes: En la mayoría de las fábricas en todo el mundo, cuando se habla de cambios de color ó cambios de material durante el proceso de transformación de plásticos, se tiene que hablar de limpieza rápida y, por lo tanto de aditivos promotores de la limpieza, que son los agentes purgantes ó purgas. Durante años, la gente mas cercana a la maquinaria (inyección y extrusión) ha hecho grandes esfuerzos por hacer limpieza rápida tratando de ahorrar dinero y tiempo, para lo cual se han ensayado materiales como: jabón en polvo con agua (pasta), pedazos de cartón mojados, material remolido (scrap), sin llegar a combatir a los enemigos que son: puntos negros, material contaminado por colores anteriores. Todo esto se traduce en Kg de material desperdiciado.
La primera pregunta obligada es ¿qué es una purga?, una purga es un material que ayuda a la limpieza de la máquina sea inyectora ó extrusora para seguir adelante con el proceso de transformación de plásticos y fabricación de productos sin defectos y con el menor desperdicio posible.
La segunda pregunta será ¿cómo seleccionar la purga adecuada? Para responder esta pregunta debemos de conocer bien cómo es el proceso de limpieza y, que pasa dentro de la maquinaria cuando se utilizan aditivos purgantes ó purgas.
La tercera pregunta sería: ¿Cuáles son los ingredientes de una purga? Básicamente la mayoría de las purgas están conformadas por dos ingredientes: (1) El ingrediente activo y (2) La resina portadora ó “carrier”. Los ingredientes activos están compuestos de “porógenos” ó materiales espumantes que se descomponen dentro de la máquina y generan un cambio de volumen en la resina portadora. Por su parte, la resina portadora ya con otro volumen (espumada) limpiará la máquina.
Las Purgas Físicas:
Las purgas físicas son materiales de alta viscosidad que arrastran el material anterior y sirven para limpiar la recámara ó cañón donde va el husillo. No son muy efectivas porque no cambian de volumen y entonces pues no pueden arrastrar puntos negros ó materiales bien pegados a la pared y al husillo.
En algunas fábricas utilizan materiales remolidos como purga y les ayuda un poco aunque no les resuelve al 100% los problemas, sin embargo en algunas plantas no hay presupuesto para comprar purgas. En fotografía se muestra el producto obtenido con una purga física. No se observan puntos negros y resinas anteriores, por lo que para algunos procesos muy exigentes no son lo más adecuado.
Las purgas Químicas:
Las purgas químicas son materiales que se descomponen a ciertas temperaturas y generan gases como el CO2. Este gas hace expandir a la resina portadora ó “carrier”, generalmente un polímero de alta viscosidad. Dentro de la máquina, va arrastrando puntos negros y resinas que se han utilizado antes.
Para conseguir esto hay que dejar reposar la purga química y la resina portadora (carrier) por 5 minutos para lograr que ésta se pegue a las paredes y al husillo. Después se expulsa la purga y así el proceso de limpieza termina. En la muestra mostrada en la gráfica, la caída en peso de una purga química y que empieza después de los 100°C, aunque la línea azul (la derivada gráfica de TGA (Análisis Termo-Gravimétrico) se dw/dT) nos indica que se consigue el total del gas requerido a 160°C., aprox.
Las purgas químicas pueden extraer de la máquina tanto resinas como puntos negros adheridos tanto al husillo como a la pared de la recámara ó cañón. Esto solo se consigue con un cambio de volumen ΔV y un aumento en la presión dentro de la máquina. Al conseguir el cambio de volumen dentro de la máquina, la resina portadora ó “carrier” es “inflada” por la purga química, llamada el ingrediente “activo” y entonces es cuando se lleva a cabo la limpieza de manera correcta y optimizada.
En la fotografía mostrada se puede observar que la máquina de inyección en este caso tenía color amarillo y azul aparte de puntos negros. Afortunadamente con la purga química podemos sacar todo esto en tan solo unos minutos.
Las purgas químicas pueden ser para colada caliente ó para colada fría dependiendo de la morfología del ingrediente activo y de la viscosidad de la resina portadora ó “carrier”. Generalmente en las fábricas existe un alto porcentaje de moldes de colada fría, por lo que las purgas que solo son para colada fría son bienvenidas. La purga para colada caliente debe tener ciertas características tanto en el ingrediente activo como en la resina portadora.
En la fotografía mostrada se puede observar el cambio de color en un proceso de limpieza de una inyectora con purgas.
El proceso de purga en inyección:
(a) Colada fría
Este es un proceso de purgado del husillo solamente y se le llama el proceso de purga de colada fría. . Paso (1) para hacer cambio de color ó material se hace hacia atrás el husillo de la máquina, se inyecta el plástico al aire hasta sacarlo totalmente. Paso (2) Se coloca la purga en la tolva y se hacen inyecciones al aire una tras otra y cuando sale el material espumado por la boquilla se detiene el proceso y se dejan 5 minutos para que la purga se pegue en las paredes internas de la máquina. Paso (3) Pasado este tiempo se purga la máquina una y otra vez hasta que la purga sale limpia. En este proceso de limpieza, las plastas de materiales generados no se pueden volver a utilizar. Algunas compañías las muelen y el remolido lo utilizan como “carrier” para seguir purgando.
La fotografía de la derecha muestra un cambio de color en colada fría de morado a natural, de los más difíciles. Generalmente la gente piensa que el color más difícil de purgar es el negro, pero no es así, hay colores verdaderamente difíciles como el que se muestra en la fotografía
(b) Colada Caliente:
El proceso de limpieza del molde se le ha llamado “limpieza de la colada caliente” y exige una purga con el MFI (melt flow index) adecuado para poder pasar a través de los orificios inyectores del molde que, a veces, son muy pequeños. Como se puede ver en la foto hay que colocar un cartón para que el “chisguete” que sale no se pegue en la parte móvil del molde, donde están los botadores. El proceso es igual, (1) vaciar la máquina, (2) colocar la purga en la tolva e inyectar hasta que salga el material espumado, (3) dejar reposar la purga por 5 minutos y luego purgar una y otra vez hasta que se agote la purga.
Cabe hacer notar que muchas empresas no permiten que se purgue el molde de colada caliente porque ya se ha visto que se pueden dañar al purgar con materiales altamente viscosos. Son pocas las compañías que conocen de proceso y de reología para poder diseñar una purga balanceada que se pueda utilizar para purgar el molde, es decir, ofrecer una purga para colada caliente “HR” (Hot Runner).
(c) El proceso continuo “0” cero desperdicio:
El proceso “0” cero desperdicio consiste en purgar una máquina de inyección “pero” sin detener el proceso y seguir produciendo piezas. Este efecto solo se consigue utilizando purgas concentradas con aditivos especiales que no afecten las propiedades del material final . En la fotografía de las tapas rojas se está efectuando un cambio hacia tapas blancas con una purga concentrada que tan solo se utiliza al 3%, especialmente diseñada para colada caliente. En este caso, la purga se descompone totalmente produciendo CO2 (bióxido de carbono) principalmente, que es el gas que hace que la resina portadora (carrier) se “infle” y pueda arrastrar todas las resinas y colores anteriores incluyendo puntos negros. Las piezas se “muelen” y el material triturado puede volver a inyectarse sin problemas. De esta manera, el proceso se llama “0” cero desperdicio.
Cuidados:
Se debe de purgar con guantes, manga larga, gogles (lentes) y siempre utilizando la protección que tiene la máquina inyectora. En este caso se tomo una fotografía de cómo “NO” se debe purgar una máquina. El operador ha quitado la protección de la máquina y ahora el material y gases salen libremente. Tampoco utiliza manga larga. El operador si está utilizando goles y cubre bocas, pero aun así, no esta cumpliendo con la Norma de Seguridad.
Nota: ¿qué cantidad de purga debemos utilizar?
La cantidad de purga es muy importante, sobre todo considerando el alto costo que tiene, por lo que existe una regla de inicio para calcular la cantidad óptima de purga. Paso (1) Se debe conocer la cantidad total de material que puede inyectar la máquina, es decir, 100 gr, 500, gr, 1 Kg, 4 Kg, etc. Como ejemplo vamos a suponer que estamos con una máquina de 600 toneladas de cierre y con una capacidad de inyección de 4 Kg. La regla dice que vamos a utilizar 3 veces esa cantidad de purga, en este caso serán 12 Kg. Es decir que para purgar esta máquina colocaremos 12 Kg de purga en la tolva.
Nota: ¿ Cuánto tiempo debe durar el proceso de purgado?
El proceso de purga debe de durar menos de 10 minutos, ya que el hacer hacia atrás la inyectora y sacar la resina actual se puede llevar 2 minutos, luego 5 minutos de residencia de la purga y los otros 3 minutos para sacar la cantidad restante de purga por la boquilla. Algunas empresas utilizan 10 minutos de reposo de la purga ya estando en toda la inyectora y hay otras empresas que utilizan 15 minutos. Nosotros creemos que 5 minutos es suficiente para fundir y descomponer el ingrediente activo de la purga y que luego se “pegue” a las paredes de la inyectora.
El proceso de purga en extrusión:
(1) Vaciar la extrusora. (2) Quitar malla y porta mallas. (3) Cerrar “venteo” si tiene la extrusora. (4) Colocar en la tolva la purga. (5) Arrancar extrusor con RPM media y esperar a que la purga salga. (6) Parar equipo y esperar 5 minutos hasta que la purga haya actuado. (7) Colocar en la tolva el material normal y permitir que la purga salga. (8) Una vez que haya salido todo el material, colocar porta-mallas, mallas, etc., (9) Siga trabajando. Las fotografías explican de manera gráfica la forma de hacerlo. La máquina extrusora es fácil de limpiar hasta llegar al dado. Si el dado es sencillo como el que se muestra en las fotografías, que es un dado para politizar, el proceso de limpieza será fácil y sencillo. Si el dado es de tipo lámina, es verdaderamente complicado ya que se pueden quedar pequeñas cantidades de color atrapadas en alguna esquina que la purga no podrá sacar. Otro dato interesante es que se debe iniciar a bajas RPM’s para que el material se funda al principio y pueda arrastrar el material degradado y puntos negros.
Acerca del autor
Miguel Sánchez Urrutia es Ing. Químico de la UNAM con maestría en Polímeros en la Universidad de Montreal, Canadá y más de 30 años de experiencia en diversas empresas como: Instituto de Investigaciones Eléctricas, Grupo Condumex, Grupo Resistol por mencionar algunas. Ha sido consultor de CONACYT y esta en el “roster” (listado) de expertos en plásticos a nivel mundial nombrado desde Viena, Austria. Actualmente ha pasado a formar parte de la empresa Polymer Processing Development S.A. de C.V., como Director de Tecnología.
Nota: para mayor información sobre este tema y bibliografía enviar un correo a miguel.sanchez@ppd.mx“>miguel.sanchez@ppd.mx
