ES2264773T3 - Tapon de material termoplastico espumado. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un tizonado sobre un tapón de material termoplástico espumado, donde mediante un rayos láser se vira el color de pigmentos decolorables térmicamente, caracterizado porque el punto de enfoque del rayo láser empleado está situado en un plano distinto al de la superficie del tapón.

Description

Tapón de material termoplástico espumado.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un tapón de material termoplástico espumado dotado de un tizonado.

Un tapón de esta clase se conoce por la patente
EP 1 022 226 A de la Solicitante.

En primer lugar es preciso señalar que se ha elegido por una parte la designación "tapón" para evitar malentendidos en cuanto al material del que está hecho el tapón u obturador, pero que por otra parte se ha mantenido la designación "tizonado", que es usual en muchos casos, especialmente cuando se trata de cierres de corcho para botellas de vino. En particular en el segmento de los vinos de alta calidad se utilizan casi exclusivamente tapones con tizonado.

Los motivos para los cuales se vienen utilizando cada vez más desde hace algún tiempo tapones de plástico se deben por una parte en la dificultad cada vez mayor de obtener corcho en la calidad necesaria, en cantidad suficiente y a precios razonables, y por otra parte al deseo de utilizar tapones de calidad exactamente definida que se mantenga siempre uniforme también en el caso de grandes cantidades.

Pero además de esto es deseable por diversos motivos, principalmente pero no exclusivamente de carácter psicológico, dotar también los tapones de plástico de un tizonado.

Para el tapón propiamente dicho se puede utilizar por consideraciones técnicas alimentarias y comerciales, prácticamente de forma exclusiva el polietileno espumado, mientras que la preparación del tizonado se logra de forma semejante a los tizonados de corcho originales en un tapón de corcho por efecto del calor, si bien no se puede conseguir el cambio de color mediante la carbonización parcial del material del corcho sino únicamente mediante el teñido de pigmentos inorgánicos aptos para productos alimenticios, que por la acción del calor cambien de color. En la práctica se ha impuesto como pigmento el Iriodin®, que son pigmentos de brillo nacarado a base de pica y óxido de titanio o de óxido de hierro (III), aunque este material no se cita expressis verbis en la antes citada patente EP 1 022 226 A.

El calentamiento del tapón se realiza mediante láser, ya que los hierros candentes utilizados generalmente cuando se emplean tapones de corcho no ha resultado viable. Y es que siempre se produce la descomposición del material espumado, por lo que el tapón por una parte resulta ópticamente antiestético, y por otra parte sufre menoscabos su capacidad de sellado.

Como otro estado de la técnica se puede mencionar la patente EP 0 754 562 A, que se ocupa de la rotulación de placas moldeadas, láminas y similares de poliolefinos mediante láser, y que cita los pigmentos de mica, explícitamente el que tiene la designación Iriodin®, como pigmento que se puede descolorar térmicamente.

Por la WO 94/25513 A se conoce el hecho de fabricar tapones, especialmente también para botellas de vino, de diversos copolímeros del estireno, cuyas superficies envolventes se pueden estampar, después de haber realizado una preparación de la superficie por la acción de una radiación electromagnética. Sin esta clase de preparación, los pigmentos que se han de aplicar durante el estampado no se podrían aplicar de forma duradera sobre la superficie demasiado lisa.

Se ha visto ahora que si bien los tapones conforme a la publicación primera citada cumplen satisfactoriamente los requisitos que se les plantean, sin embargo su fabricación entraña una serie de problemas que hasta ahora no se habían podido resolver satisfactoriamente. Estos problemas se refieren a las repercusiones del láser sobre el plástico espumado, que se comporta de forma totalmente diferente a ese mismo plástico en forma moldeada compacta, y en particular se produce la rugosidad de la superficie por la destrucción de la capa superior (exterior), creando con ello problemas de estanqueidad, y al menos un aspecto ópticamente poco atractivo, que no es deseable cuando se emplean para taponar botellas de vino y que en muchos casos no se puede aceptar.

En otros casos se produce un cambio de color insuficiente del pigmento, por lo que el tizonado obtenido tiene un aspecto óptico poco atractivo, presenta huecos, bandas o incluso llega a ser ilegible. También estos defectos dan lugar a que los tapones así realizados se tengan que considerar como desecho.

Existe por lo tanto una necesidad de un procedimiento para la fabricación de un tizonado sobre un tapón de material termoplástico espumado, preferentemente polietileno, mediante el cual se puedan crear de forma segura y con alto grado de reproductibilidad, tapones con tizonado que presenten características satisfactorias tanto en lo que se refiere a su capacidad funcional como a su aspecto. Al mismo tiempo, estos resultados deberán poder ser reproducibles de forma segura y con un reducido número de desechos de tapones.

De acuerdo con la invención se logran estos objetivos por el hecho de que el rayo láser empleado no se enfoca sobre la superficie del tapón sino que se emplea desenfocado, con lo cual se obtiene una superficie mayor con menor densidad de energía que con un rayo enfocado. De acuerdo con una realización de la invención, el punto de enfoque está situado en un plano que, visto en la dirección del rayo láser, está situado delante de la superficie del tapón. Esta menor densidad permite utilizar el láser con una frecuencia de vobulado inferior a la usual durante el funcionamiento enfocado, con lo cual se obtiene, considerado integrado a lo largo del tiempo, en cada uno de los puntos de ataque con el rayo láser, en suma por lo menos aproximadamente de nuevo la misma aportación de energía que en el procedimiento usual y enfocado del láser con alta frecuencia de vobulado, pero con la diferencia de que las delicadas pieles de las burbujas de espuma, que no disponen de ninguna capacidad térmica apreciable, no se sobrecalientan puntualmente ni se funden. A pesar de ello se tiene la seguridad de que los pigmentos, cuyo cambio de color solamente tiene lugar para una determinada aportación de energía o aumento de temperatura, reciben la energía necesaria o alcanzan la temperatura necesaria, y cambian de color con seguridad.

Se han acreditado en particular los siguientes parámetros del proceso, que en conocimiento de la invención se pueden aplicar a otras instalaciones y otras composiciones del tapón, mediante algunos pocos ensayos sencillos.

El procedimiento objeto de la invención se ha utilizado, tal como se describe a continuación, con un tapón de polietileno (puede obtenerse de la Firma Borealis, que mezclado con colorante, agente impulsor y el pigmento decolorable (Laserpatch) (todos ellos de la Firma Gabriel Chemie), que se inyecta en el molde en una máquina de fundición inyectada después de un calentamiento escalonado hasta 185ºC (variación \pm 3ºC). La cantidad inyectada, en realidad la masa, depende del volumen deseado del tapón, de hecho de la longitud deseada del tapón, siendo usuales para tapones de longitud media unos valores de 8,5 g. El enfriamiento de la pared del molde es importante ya que para una temperatura del agua de refrigeración de unos 12ºC se forma una "piel exterior" del tapón, en la que la densidad del tapón es de 5 a 10 veces superior a la de su interior.

Esta formación de una zona exterior con propiedades que difieren de las propiedades en el núcleo del tapón, denominada en lo sucesivo "piel exterior", es esencial para las características de estanqueidad del tapón así como para su aspecto óptico, si bien esto ya se conoce por el estado de la técnica, y lo domina el especialista en el campo de la fundición inyectada de plásticos espumados, en particular de polietilenos espumados.

El tiempo de enfriamiento del tapón depende de la clase y cantidad del gas propelente empleado, siendo también esencial que después de expulsarlo del molde no se produzca ningún seguimiento del producto, ya que con ello variarían las dimensiones y se perjudicaría la calidad de la piel exterior.

Un tapón fabricado de esta manera se expone ahora a un rayo láser con un láser YAG de 30 vatios bombeado por lámpara, con un objetivo de 254 mm, que enfoca el rayo láser a una distancia del objeto de 410 mm. La velocidad se ajusta a 700 a 900 mm/sec. Esta velocidad es la superposición del movimiento de vobulado y del movimiento de avance. Para una longitud de impulsos de 0,01 msec, una frecuencia QS (frecuencia, que indica el número de veces que el rayo se enciende o apaga por minuto) entre 2800 y
3500 min^{-1}, y una corriente de lámpara entre 25 y 30 amperios, no se ajustó como distancia entre la superficie tapón al punto de enfoque los 410 mm, sino 420 mm, y la frecuencia de vobulado se mantuvo en 200 a 500 Hz. Se trazaron con el láser unos anchos de línea en el rótulo entre 0,1 y 0,5 mm (no hay ningún problema para obtener líneas más anchas), y el tizonado obtenido de esta manera era por una parte ópticamente perfecto, y por otra parte se había formado sin detrimento de la superficie lisa.

En un ensayo comparativo, se llevó el tapón a una distancia de enfoque de 410 mm y se varió la frecuencia de vobulado entre 200 y 600 Hz. Según la frecuencia de vobulado, el tizonado obtenido presentaba o bien una superficie rugosa hasta fundida, o era inutilizable debido a la insuficiente decoloración del pigmento.

En otro ensayo conforme a la invención, en el que no se prestó atención a la formación de una piel exterior, pero donde se crean tapones que son empleados por muchos usuarios que tienen otras ideas relativas a la función y el funcionamiento de los tapones, se extruyó el material igual que el descrito en el ensayo anterior formando una barra continua, se enfrió en baño de agua y se cortó a la longitud deseada.

En este material se pudo conseguir con el láser de la forma antes citada con una reducción de la potencia desde 30 vatios hasta 22 a 25 vatios, y un aumento de la frecuencia de vobulado a 400 a 550 Hz, también un tizonado satisfactorio sin que sufriera daños la superficie.

En otro ensayo conforme a la invención se rodeó por co-extrusión una barra continua de polietileno, de una lámina de polímero (en el ensayo se utilizó polietileno, pero también es posible el poliuretano, siendo lo importante la idoneidad para productos alimenticios o la adaptación al campo de empleo del tapón), donde el pigmento de Iriodin solamente estaba contenido en esta zona de la lámina a lo largo de la envolvente. Para la creación de un tizonado satisfactorio en este tapón se redujo la energía del láser a 15 vatios y la frecuencia de vobulado a 280 Hz.

La invención no se limita a los ejemplos descritos sino que puede modificarse de diversas maneras. Estas modificaciones se refieren tanto a la composición del tapón como a su forma de fabricación por una parte, y a los dispositivos láser empleados, por otra. Lo esencial es que, debido al hecho de que el plástico espumado se comporta de manera diferente a la irradiación con láser, tanto de luz visible o invisible, de forma distinta que ese mismo plástico en estado colado no espumado, y que por lo tanto se emplea de acuerdo con la invención el láser desenfocado, es decir que la superficie que se ha de tratar con el láser debe considerarse delante de o preferentemente detrás del punto en el que se ha de considerar enfocado el rayo láser. Para compensar la disminución de energía específica lograda de esta manera (referida a la superficie atacada con el láser), que aportara los pigmentos suficiente energía para el viraje de color, se reduce correspondientemente la frecuencia de vobulado, de manera que en última instancia se aporta aproximadamente la misma energía como era usual hasta ahora, pero de una forma "menos agresiva".

Conociendo la invención y los ejemplos de realización, resulta sencillo para el especialista en el campo de la fabricación de tapones de material plástico espumado y la creación de tizonado sobre tales tapones, encontrar para otras composiciones del tapón y un equipo con otro láser, los parámetros más convenientes para su aplicación mediante algunos ensayos sencillos.

La idea básica de la invención es que para evitar daños en la delgada piel de plástico, la energía necesaria para el viraje de color de los pigmentos se aplique con una densidad menor, pero a lo largo de un tiempo mayor. Conociendo la invención es por lo tanto sencillo para el especialista en el campo de la técnica láser, por lo menos previa consulta con un especialista en materiales termoplásticos y pigmentos con decoloración térmica, determinar los parámetros convenientes para su caso particular de aplicación.

Claims (4)

1. Procedimiento para la fabricación de un tizonado sobre un tapón de material termoplástico espumado, donde mediante un rayos láser se vira el color de pigmentos decolorables térmicamente, caracterizado porque el punto de enfoque del rayo láser empleado está situado en un plano distinto al de la superficie del tapón.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el punto de enfoque está situado, visto en la dirección del rayo láser, en un plano anterior a la superficie del tapón.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la frecuencia de vobulado es inferior a la frecuencia de vobulado para ese mismo material plástico, pero no espumado.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque la energía aportada con el láser en una determinada zona del tizonado integrada a lo largo del tiempo de la aplicación del láser, se corresponde esencialmente con la energía que se aporta a ese mismo plástico en forma no espumada.