DESCRIPCIÓN

Antecedentes de maquinaria y procesos para Ia recuperación de poücarbonaío

El químico Hermán Schnell (1915 - 1999) inventó en Ia factoría de Uerdingen de Ia empresa Bayer el poli carbonato (PC), que es un plástico del que se fabrican CD. Pero, de ese material resistente y transparente no solo se confeccionan millones de soportes musicales o discos compactos, sino que con esa rica gama de polímeros que están a punto de cumplir cincuenta años también se hacen planchas resistentes al impacto para construir invernaderos y tejados; diversos productos electrotécnicos y electrónicos; biberones y botellas para leche; láminas para aplicaciones técnicas y difusores para faros de vehículos.

Hermán Schnell nació el 8 de septiembre de 1916. En otoño de 1937 empezó a estudiar ingeniería química y en 1944 se doctoró en Ia Universidad de Friburgo. Su tutor fue el legendario especialista en polímeros Hermann Staudinger (1881 - 1965), el descubridor de Ia química macromolecular y premio Novel. Al finalizar sus estudios y en posesión del diploma de doctor, Schnell ingresa en Ia factoría de Leverkusen de Bayer AG, en calidad de colaborador científico. A principios de 1953 se hace cargo, dentro del mismo grupo, de Ia dirección del recién creado laboratorio de Ia factoría de Uerdingen. Ahí prosigue los ensayos iniciados en Leverkusen, experimenta con poliéster y fosgeno gaseoso y, a pesar del escepticismo de muchos de sus colegas, sus esfuerzos son coronados por el éxito. A mediados de 1953 fructifica su labor: el poli carbonato, un fascinante género de material de Ia familia de los polímeros acaba de ser descubierto.

Casi al mismo tiempo se logra también éxito al otro lado del océano, pues asimismo allí se descubre el PC. La carrera norteamericana para obtener el poli carbonato nacional se había iniciado en los laboratorios de Ia división de plásticos del grupo General Electric, se sintetizó igualmente a base de éster de ácido carbónico y ofrecía un espectro de cualidades sobresalientes. En el transcurso de negociaciones, las empresas interesadas del Viejo y del Nuevo Mundo aclararon de común acuerdo Ia situación resultante. EI éxito del poli carbonato que se vislumbraba desde un principio dejó espacio suficiente - presumiblemente- para Ia actividad de ambos competidores.

Aunque se Ie han buscado sustitutos como el poli metacrilato de metilo (PMMA) o las poli olefinas cíclicas, citados en artículos especializados, el poli carbonato sigue siendo el mejor material para fabricar discos compactos. Los materiales propuestos como alternativos poseen cualidades mecánicas, químicas y térmicas que en Ia práctica significan un aumento de los tiempos de enfriamiento y, en consecuencia, de los tiempos de ciclo, Io que aumentaría en Ia práctica el coste de fabricación.

El desarrollo del mercado del disco compacto excede hoy en día las ilusiones más absurdas que cualquiera pudiera hacerse en 1982 (año en que aparecieron). Durante Ia última década, el mercado ha tenido una media de crecimiento anual del 30 por ciento. En el año 2001 , se produjeron cerca de 25.000 millones de compactos, Io que dicho en cifras quizá no sugiera demasiado pero que puestos físicamente uno encima del otro formaría una torre de 30.000 kilómetros de altura. Sin embargo esta torre no solo incluye los compactos de audio. Los CD regrabables y reescribibles, y los DVD representan una nueva era en los soportes digitales y cada vez van ganando más importancia.

"El soporte escribidle-solo-una-vez es fabricado de una manera similar a los discos convencionales de reproducción. Así como los CDS normales, emplean un sustrato de poli carbonato, una capa reflectiva, y una capa protectora superior. Sin embargo, emparedada entre el sustrato y Ia capa reflectiva, hay

una capa de grabación compuesta de un tinte orgánico. A diferencia de los CDS normales, hay pregrabada una espiral que se usa para guiar el láser de grabación a Io largo de Ia pista en espiral; esto simplifica enormemente el diseño del hardware de Ia grabadora y asegura Ia compatibilidad de los discos."

Los CD-R básicamente están hechos así, de arriba a abajo:

[Opcional] etiqueta

[opcional] recubrimiento anti-ralladuras y/o imprimible Barniz anti-ultravioleta

Capa reflectora (Oro de 24 Quilates o aleación de plata)

Capa de tinte de sustrato orgánico

Sustrato de poli carbonato (Ia parte de plástico brillante)

Si, hay realmente oro y los CDS son de oro, pero si tu coges un CD-R cerca de una fuente de luz notarás que Ia capa es suficientemente fina como para ver a través de ella (Ia capa de oro es de entre 50 y 100 nanómetros de delgada).

Algo que hay que tener en cuenta es que los datos están cerca de Ia parte de

Ia etiqueta del CD, no cerca de la parte de plástico por donde se lee. Si el CD-

R no tiene una capa superior dura como los Kodak "infoguard", es muy fácil arañar Ia parte superior y dejar un CD inutilizable.

Un CD impreso tiene áreas más altas y más bajas, llamadas "llanuras" y "hoyos", respectivamente. Un láser en Ia grabadora crea marcas en Ia capa de sustrato orgánico que tiene las mismas propiedades reflectivas. El patrón de hoyos y llanuras en el disco cifra Ia información y permite que sea recuperada en un reproductor de CD de audio o de ordenador.

Los discos son escritos desde dentro del disco hacia afuera. En un CD-R puedes verificar esto mirando el disco tras haberlo escrito. La pista en espiral de un disco de 74 minutos da 22188 vueltas alrededor del CD, con aproximadamente 600 vueltas de pista por milímetro que se desplaza hacia afuera partiendo del lead-in (a 23mm del centro) hacia el borde exterior a

58mm.. Si "desenrollásemos" Ia espiral, tendría unos 5700 metros (3,5 millas) de longitud.

La construcción de un CD-RW es diferente:

[Opcional] etiqueta 95 [opcional] recubrimiento anti-ralladuras y/o imprimible

Barniz anti-ultravioleta

Capa reflectora (aluminio)

Capa dieléctrica superior

Capa gravable (película que cambia de estado, por 100 ejemplo Ia parte que cambia de forma)

Capa dieléctrica inferior

Sustrato de poli carbonato (Ia parte de plástico brillante)

Llegar a los 9,4 giga bites de capacidad sin aumentar el diámetro del disco, es decir, fabricar un DVD ₁ representa incrementar Ia "densidad" de 105 almacenamiento. De hecho es el mismo plástico, Makrolon, el que permite este incremento.

Nadie podría haber predicho el rápido crecimiento de este sector: de los aproximadamente 20 millones de CD producidos en 1984 se pasó a 5.500 millones en 1995, Io que corresponde a 100.000 toneladas métricas de poli 110 carbonato. A este fenómeno Ie siguió una explosión del mercado con crecimientos que llegaron al 30 por ciento anual, Io que se traduce en 25.000 millones de compactos y 430.000 toneladas de poli carbonato.

La producción total de soportes ópticos desde 1982 hasta el año 2001 suma más de 110.000 millones de unidades.

115 El futuro también promete: el sector anticipa un crecimiento anual de aproximadamente el 15 por ciento con un consumo de poli carbonato de unas 800.000 toneladas en 2005. La tendencia en este sector es Ia diversificación de formatos: se espera un crecimiento menor para CD de audio y CD-ROM, que hasta ahora dominaban el mercado con porcentajes del 80 por ciento, en favor

120 de CD y DVD regrabables y DVD, cuya demanda se incrementará de forma sustancial. Se prevé que los formatos de CD audio y CD-ROM se quedarán con una tercera parte del mercado en 2005, mientras que las otras dos terceras partes serán para los CD y DVD regrabables y DVD.

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Ventajas de Ia invención

El objeto de Ia solicitud de patente de invención presenta las siguientes ventajas con relación al estado de Ia técnica. 130

Separación de partículas por medios físicos y mecánicos ayudada por campos enzimáticos por Ia técnica no contaminante ni tiene emanaciones de vapores orgánicos al medio ambiente

135 El poli carbonato reciclado adquiere nuevas características estableciendo nuevas cadenas para Ia mezcla de poli estírenos expandido y polipropileno de alta densidad, con el poli carbonato original y otros en estudio, en forma de cristal o con colorantes.

140 El estudio físico establece una nueva recuperación en las partículas pequeñas creando Ia generación de nuevas alternativas en Ia industria plástica.

No se genera residuos ni vapores orgánicos al medio ambiente, no se utiliza temperaturas altas.

145

EI sistema de Ia maquinaria esta diseñado para operar bien sea en forma automática, semiautomática o manual, el cual se distingue por tener lecturas de señales de interfaz entradas, y salidas, de detectores que monitorizan las señales para el control del proceso, se manejan entradas de contadores

150 rápidos mono o bidreccionales. Esto hace que el proceso sea continuo y él operario no tenga contacto con ningún residuo a separar es decir, Ia partícula

de CD contaminada por capas delgadas metálicas y Ia capa impresa sea puesta en Ia tolva diseñada especialmente para este proceso y salgan a otro lado partículas de poli carbonato y las otras metálicas y las impresas sean 155 recogidas en el proceso medio.

El diseño de Ia maquinaria es de tipo modular y a su vez cada equipo puede trabajar independientemente. 160 El material que se utiliza es tipo cold Rolled y polietileno de alto peso molecular debido a que no esta en contacto con diluyentes oxidantes y no maneja altas temperaturas.

No se maneja consumo de agua por Io tanto no se genera aguas servidas

(aguas residuales) 165 El proceso de recuperación del poli carbonato y Ia capa metálica compuesta por Al ₁ Te, Fe, Co, Gd .SiN, ZnS-SiO2, GeSbTe ₁ ZnS, aleación de Al, y Ia película de material impresa son recuperadas por separado, Ia separación de los micro elementos es de 8 minutos .La partícula de poli carbonato es recuperada totalmente en 15 minutos. 170

Descripción de Ia invención

La presente solicitud de patente de invención se relaciona con una maquinaria para la recuperación del poli carbonato a partir de CD.

175

El primer proceso se parte por el estudio de Ia partícula para establecer el tamaño ideal para su proceso continuo. En el molino fueron adaptas las cuchillas para darle mayor fricción y el tamaño ideal de Ia partícula, se analiza bajo el proceso de corte y el estudio de Ia tensión y fricción de cada partícula

180 que compone el CD, Lo cual físicamente empieza Ia separación del proceso de desplazamiento de partículas pequeñas... Este molino es fabricado en acero estructural y lamina 3/16 pulgadas, Compuesto por un eje rotatorio o masa, en el cual van montadas tres cuchillas y en Ia parte plana de estas por ambas caras se adaptaron dos espátulas para recoger y friccionar las partículas como

185 observamos en Ia Fig. 1 , las cuchillas anteriores giran en sentido horario, cizallando y recogiendo el material contra las dos cuchillas fijas montadas en Ia estructura. En Ia parte inferior se encuentra una criba calibrada con agujero de 6mm para homogenizar las partículas. Posee un sistema de boquillas para hacer circular aire de apoyo en sentido circular, para que, aprovechando el

190 diseño y Ia turbulencia se separen partículas metálicas que contengan aleaciones de aluminio. Fig. 2

La tolva (politol) es adaptada con movimientos horizontales Ia cual facilita Ia difusión de Ia sustancia enzimática, Ia tolva tiene temperatura de 6 grados

195 hasta 30 grados Celsius esto permite el desplazamiento de partículas y disminuye Ia mezcla de materiales sueltos, en este proceso se aumenta la diferencia de densidad y Ia conversión térmica., Elaborada en lamina calibre 1/8 pulgadas tiene una tapa semiconcava Ia cual modifica Ia trayectoria de Ia caída de partículas .proveniente del molino , imprimiendo velocidad vectorial y

200 horizontal. Cumpliendo con las propiedades dinámicas de las partículas y las interacciones entre la materia y el movimiento ayudado por un campo bioquímica (enzimático) .El estudio esta guiado por teorías de Werner Heisenberg aplicados en el campo bioquímica y en Ia física de Ia partícula. La línea de Ia fuerza de movimiento es tangente a Ia dirección del campo en dicho

205 punto. Cada línea de fuerza esta orientada positivamente en el. sentido del campo.

La geometría de Ia tolva permite que las partículas de CD resbalen y facilite su transporte para el tercer proceso, Ia tolva posee sistema de agitación por medio de aire con trayectoria laminar, para volatilizar las moléculas en polvo que se

210 separan, en Ia parte inferior tiene un sistema de filtro el cual separa impurezas por medio de tubulos como se observa en Ia fig3.

Los sistemas de transporte.

215 Es un sistema de baja presión centrada en Ia zona de presión de las partículas, su movimiento es vertical el cual esta ayudando en Ia diferencia y variación de temperatura por medio de aire., elemento de succión de alta revolución el cual

transporta la partícula tratada desde Ia tolva hasta el tanque de recuperación de micro elementos (Tanque Micro Broke)

220

Tanque Micro Broke.

La función de este tanque de recuperación además de recibir el material

225 molido, también sirve para Ia recuperación de las partículas metálicas en polvo presentes en Ia composición del CD, Ia trayectoria del aire es de movimiento circular, La importancia en este tanque radica en el vector (velocidad), Ia variación de Ia posición de Ia partícula por unidad de tiempo y Ia aceleración de esta misma dando como respuesta que los elementos que constituyen el CD

230 tienen desplazamiento individual y las partículas pequeñas son atrapadas y extraídas de los componentes de tamaño mayor, aquí se tiene en cuenta Ia resistencia del aire, Ia suma vectorial de los componentes mezclados, esta suma fue el resultado de Ia suma vectorial de los momentos de cada partícula constituyente de los CDS el cual fue estudiado en un sistema aislado. En su

235 interior posee un sistema de cilios los cuales los conduce a un tubulo distal el cual los transporta a un tanque anexo para su recuperación, su forma geométrica es esférica fabricada en lamina calibre 3/16 con soporte plano en Ia parte superior, para fijar el sistema de transporte. Posee sólida tubería de 2 pulgadas de diámetro, esta diseñado para presurizar sin ningún riesgo, en Ia

240 parte lateral se encuentra un manómetro de 0-150 psi para el control de presión de 10y 30psi.

La conexión para aire de apoyo es de % NPT, en Ia parte superior tiene un sistema neumático que controla un cilindro por medio de una válvula direccional para permitir Ia entrada del material y el sellado del tanque Este

245 movimiento es temporizado dependiendo de Ia cantidad de material a separar .Fig. 4 Este modelo tiene como guía Ia teoría de unificación de fuerzas fundamentales con estudio hecho Ia teoría gravitatoria (fuerza de atracción que un trozo de materia ejerce sobre otro y afecta a todos los cuerpos es fuerza débil pero el alcance es infinito) teoría formulada por primera vez por el

250 británico Isaac Newton en 1684.Fig4

Sistema Ionizador con fuerza electromagnética.

Este sistema acelera Ia partícula con los campos generados por las fuerzas

255 electromagnéticas y también tiene como fin acelerar Ia velocidad de reacción,

Ia sustancia enzimático impregnada en las partículas de CD, requieren energía para desplazar las partículas de papel y algunas pequeños residuos de las capas metálicas que aun quedan en Ia partícula del poli carbonato y que quede totalmente descontaminado, como Ia sustancia enzimático ha pasado por

260 diferentes presiones, el sustrato queda pobre de energía convirtiéndose en un sustrato pobre para realizar su reacción de limpieza, el sistema de campo eléctrico eleva el nivel energético del sustrato hasta el de Ia partícula final.

Para el diseño del acelerador de partículas se estudió el sistema de transporte

265 de electrones del citoplasma, Este proceso interviene como aceptor y donador de electrones así Ia separación es mayor , Ia torre representa el rango de potenciales para diversos pares de redox con los mas negativos arriba y los mas positivos abajo.Cuando los electrones de un donador de iones situado en Ia parte superior son cedidos y son captados por los aceptores de niveles, al

270 aplicar el campo electromagnético los dipolos tienden a disponerse paralelamente al campo, aunque Ia ordenación no es completa Ia fricción interna de Ia sustancia hacia Ia partícula es completa, esta acción combinada permite que todos los dipolos tengan Ia tendencia a orientarse paralelamente Io cual facilita que todos los dipolos queden alineados, al aplicar el dipolo las

275 regiones se orientan en Ia misma dirección facilitando Ia descontaminación de materiales metálicos, en Ia cámara de vacío se causa la condensación de Ia sustancia arrastrando materiales de menor peso que el poli carbonato. En este modelo una guía importante fue Ia teoría de Ia fuerza electromagnética (afecta a los cuerpos eléctricamente cargados y es Ia fuerza involucrada en las

280 transformaciones físicas químicas y bioquímicas del átomo y moléculas y es mas intensa que Ia fuerza gravitatoria y su alcance es infinito) expuesta por el Físico Británico James Clerk Maxwell. También se tuvo en cuenta Ia tercera ley de movimiento de Newton (Rozamiento) el magnetismo de Bohr llamado así en

honor al físico Niels Bohr, Ia teoría del físico Danés Hans Christian Orestes y

285 Científico Francés Andre Marie Ampere, el estudio tomo como guía el estudio de Vectores de Fuerza Neta y el estudio del químico August Arrhenius, se analizo estudios hechos en las nebulosas (material interestelar el cual son gases y polvos finos que existen entre las estrellas y las galaxias. La mayor parte de este material no es visible y solo se puede detectar mediante el

290 estudio de sus emisiones electromagnéticas o efectos gravitatorios)

El material después del primer proceso y segundo aparentemente es separado de Ia capa fina metálica y Ia capa de Ia capa impresa pero el campo electromagnético ayuda a detectarlas y prepararla para el cuarto proceso para que Ia partícula de poli carbonato salga completamente separada de las otras

295 capas. (fig5)

Este equipo es rotatorio el cual toma Ia partícula y Ia somete a un potencial, soltando una descarga sobre Ia superficie del poli carbonato enviándolas por un par de placas cargadas eléctricamente. Posteriormente se Ie imprime un movimiento helicoidal a través de un campo electromagnético. Este movimiento

300 es controlado por un motor de velocidad variable dependiendo de Ia carga de los campos, Ia partícula luego es sometida en una cámara de vacio

Peraphilo.

305 Llamado así por Ia forma de esfera imperfecta parecido a Ia forma física de una pera , diseñado así por el papel que desempeña Ia parte superior se incurva hacia abajo hacia delante , En Ia parte superior se encuentra un cheque para el control de entrada y salida de material , en Ia parte inferior se encuentra un filtro en forma de tejido , en Ia parte interior se encuentran 2 pliegues

310 denominadas vejigas las cuales tienen fibras pequeñas en forma de cilios estos destinados a Ia locomoción y filtración de pequeñas moléculas de metal y papel que aun se encuentren en Ia partícula de poli carbonato , y estas ayudan a impulsar el aire o liquido a una dirección determinada , las vejigas imprimen movimiento , en este tanque encontramos una temperatura entre 30 y 60

315 grados Celsius esta temperatura esta controlada por un pirometro . En esta

parte del proceso Ia partícula de poli carbonato esta separada de Ia capa metálica y de Ia capa de papel impreso en un 95%... Fig. 6

Túnel de Secado.

320

Después de pasar por el peraphilo Ia partícula es trasportada por efecto de succión, a una banda transportadora Ia cual esta en Ia parte interior del túnel de secado como el material es higroscópico Ia actividad de agua debe ser mínima. El túnel esta fabricado en lamina de 1/8 apoyada sobre tubos cuadrados de 14 x

325 Vz. En Ia parte superior tiene dos resistencias en forma de herradura con alabes disparadores de calor, por medio de ventiladores se empuja aire caliente a través del túnel así el aire caliente circula por las partículas de poli carbonato, Fig.7. Al final del recorrido de Ia banda transportadora es conducido a una tolva en Ia maquina de empaque y sellado.