Miglioramento del processo di miscelazione di sistemi viscoelastici poliuretanici in BASF = Upgrading of the mixing process for viscoelastic polyurethane systems at BASF

Il presente lavoro di tesi magistrale si concentra sulla valutazione delle proprietà viscoelastiche dei cuscini poliuretanici a memoria di forma (memory foam) e sull'implementazione di migliorie finalizzate a velocizzare, e soprattutto stabilizzare, il processo di miscelazione del componente A di questi materiali, spesso contraddistinti da risultati qualitativi molto variabili. La ricerca è stata effettuata nell'azienda BASF, leader mondiale nell'industria chimica, presso la sede di Villanova d'Asti, uno stabilimento specializzato nella produzione di prepolimeri poliuretanici e miscele polioliche destinate principalmente al reparto calzaturiero, automobilistico e biomedico. Il focus è stato rivolto all'identificazione dei fattori operativi in grado di influenzare il tempo produttivo del processo e la qualità del prodotto finale della schiuma espansa poliuretanica nota commercialmente col nome di CosyPUR®. Il seguente studio si snoda in quattro fasi: un'iniziale raccolta e riorganizzazione dei dati storici dell'azienda, che permettesse un confronto accurato tra le diverse mescole dello stesso prodotto; l'assegnazione di un punteggio ai diversi prodotti in base al numero di batch che hanno presentato difetti di qualità, in modo da restringere il campo di analisi solo ai materiali più problematici; l'impostazione di una Root Cause Analysis, volta a raccogliere tutte le possibili interferenze nel processo, per categorizzarle e formulare ipotesi risolutive; ed infine la verifica delle ipotesi e l'applicazione di modifiche al processo produttivo, seguite da analisi sperimentali sul prodotto finito. Grazie al sistema di classificazione a punti è stato possibile focalizzare l'indagine sui tre prodotti con la qualità più instabile. Le ipotesi di condizionamento formulate individuano come principali cause: l'umidità, essendo i CosyPUR molto sensibili all'acqua, la temperatura, supponendo potesse incidere sulla viscosità della mescola e rallentare la miscelazione, i metodi di carico, caratterizzati da difficoltà fisiche e di automazione, la geometria dell'apparato, valutata in seguito come sufficientemente performante, e per ultima la qualità delle materie prime, studiando principalmente l'effetto dei siliconi sulla struttura cellulare del prodotto finito. L'analisi sperimentale è stata condotta solamente su due dei tre prodotti esaminati, vista la complessità logistica ed organizzativa di svolgere esperimenti in contemporanea al piano di produzione quotidiano, e si è concentrata sullo studio degli effetti del preriscaldamento e della premiscelazione dei componenti siliconici. Tra le strategie implementate si elencano: la riduzione della velocità di miscelazione durante il carico delle materie prime e l'introduzione di un sistema di ricircolo interno, che hanno contribuito ad ottimizzare la distribuzione del materiale e la stabilità del processo. A causa della complessità delle interazioni multifattoriali e dell'influenza del fattore umano, sono comunque richiesti ulteriori studi per confermare le ipotesi risolutive e perfezionare quelle già proposte. Pertanto, si suggerisce l'adozione di un sistema integrato di gestione dei dati che faciliti l'interpretazione delle informazioni operative e aiuti nelle comparazioni tra mescole.