Способ изготовления термоконтейнера
THERMAL CONTAINER MANUFACTURING METHOD

Изобретение относится к способам получения упаковочных и транспортировочных контейнеров, содержащим теплоизоляцию для поддержания в них желаемой температуры, для возможности использования при транспортировке чувствительного к температуре груза, например, биоматериалов, медикаментов, продуктов.
Большинство грузов медицинской отрасли относятся к категории сложных для транспортировки из-за высокой стоимости, хрупкости и специальных требований к транспортному средству (жесткий борт, санитарные нормы, предельная аккуратность при погрузке и выгрузке, температурный режим и т.д.). К таким грузам можно отнести фармацевтические препараты, кровь и продукты крови, трансплантационные органы и пищевые продукты, которые должны поддерживаться в определенном температурном диапазоне. Перевозка и транспортировка различных скоропортящихся материалов часто требует, чтобы такие материалы поддерживались в стабильном температурном диапазоне либо выше, либо ниже температуры окружающей среды, которой будет подвергаться упаковка. Любое нарушение термоупаковки потенциально приводит к порче продукции. Если лекарства транспортируются с нарушением условий доставки и хранения, их употребление потенциально очень опасно для здоровья и даже жизни человека. Следующим важным условием правильной транспортировки лекарств, является сохранение целостности материалов и упаковки. При нарушении этого условия могут произойти необратимые процессы, в результате чего лекарственное средство может потерять свои фармакологические свойства. Кроме того, если при транспортировке лекарственных средств не будет обеспечена защита от загрязнений и механических повреждений, то медикаменты могут быть повреждены и испорчены, чего нельзя допустить. Препараты необходимо защищать от механических повреждений, перепадов температуры, повышенной влажности, попадания грязи и прямых солнечных лучей, поэтому одним из важных требований к термоконтейнерам, используемых для хранения и перевозки биологических материалов и лекарственных средств отводится его механическим характеристикам, таким как прочность и теплоизоляция.
)
Известен способ изготовления термоконтейнера многоразового использования для временного хранения и транспортирования вакцин сывороток и лекарственных средств (RU 2725122, кл. B65D81/38, C08L75/04; C08L75/08; C08G 18/10; C08G18/48: B65D81/00, 2020 г. Предварительно изготовляют формы для получения термоконтейнера, затем устанавливают в формы твердые элементы термоконтейнера. Для получения пенополиуретана готовят первый компонент смеси, состоящий из простых полиэфиров и технологических добавок и второй компонент смеси – полиизоцианат при соотношении первого и второго компонентов 10:13 мас.ч. Компоненты смешивают в смесителе, предварительно разогревая их до температуры 35-40°C и подают под давлением полученную смесь в формы, предварительно смазанные антиадгезионной смазкой. Полученные элементы выдерживают в формах заданное время, после чего извлекают их из формы и собирают термоконтейнер.
Недостатком известного способа является сложность при изготовлении, в частности, требуется осуществление жесткого контроля температуры поверхности пресс-формы, без которого на поверхности элементов термоконтейнера образуются дефекты, из-за краевых утечек, что в свою очередь может повлиять на свойства термоконтейнера, такие как прочность и повышение теплопроводности. К недостаткам данного способа  относится также и применение антиадгезионной смазки поверхности пресс-формы, где осуществляется ее контакт с пенополиуретаном. Без смазки поверхности пресс-формы пенополиуретан прилипает к ней во время формования изделия и в процессе снятия изделия с пресс-формы изделие получит повреждение (разрыв стенки сформированной пены), что также влияет на характеристики термоконтейнера.
Прототипом изобретения является способ изготовления теплоизолированного полиуретанового контейнера (US20150217927, кл. B32B37/12; B32B37/24; B65D81/38, 06.08.2015), включающего наружный гофрированный ящик, внутренний гофрированный ящик и изоляционные панели из пенополиуретана. Внутренняя коробка расположена внутри наружной коробки и имеет дно, стороны и верхнюю часть. Внутренняя коробка определяет грузовой отсек. Дно и боковые стороны внутренней коробки имеют наружные облицовочные поверхности, обращенные в сторону от грузового отсека. Изоляционные панели приклеиваются к наружным облицовочным поверхностям внутренней коробки. Пена заполняет пространство между панелями, изолируя их друг от друга. Изолирующие панели вклиниваются друг в друга так, чтобы боковой край одной изолирующей панели примыкал к соседней изолирующей панели. Способ изготовления теплоизолированного полиуретанового контейнера включает создание внутреннего коробчатого узла с дном и четырьмя сторонами, его установку вверх дном на форму пресса с последующим расположением наружной коробки вокруг внутреннего коробчатого узла с образованием зазора между ними, заполнение зазора жидким полиуретаном с последующим получением сэндвич – панелей с вспененным пенополиуретаном между, расположенным между коробчатым узлом и боковыми стенками наружной коробки.
3
Однако заполнение зазора между коробчатым узлом и боковыми стенками наружной коробки жидким пенополиуретаном выполняется вручную, что позволяет обеспечивать свободное вспенивание пенополиуретана только от 35 до 40 кг/м, что недостаточно для получения прочного теплоизолирующего слоя. Теплоизолирующий слой получается с краевыми утечками, пустотами и кавернами внутри слоя и на поверхности панели, образующие мостики холода, влияющие теплоизоляционные характеристики термоконтейнера. Кроме того термоконтейнер, полученный известным способом не обладает достаточно высокими прочностными свойствами, способными выдерживать встряску и вибрацию при транспортировании, а следовательно и теплоизоляцию.
Технической проблемой, на решение которой направлено настоящее изобретение, является усовершенствование способа изготовления термоконтейнера, с высокими теплоизоляционными и механическими свойствами, за счет получения монолитной неразборной конструкции корпуса.
Техническим результатом изобретения является повышение эксплуатационных характеристик термоконтейнера.
Согласно изобретению
Указанная проблема и заявленный технический результат достигаются за счет того, что способ изготовления термоконтейнера включает формирование корпуса путем образования внутреннего коробчатого узла с дном и боковыми стенками, его установку вверх дном на форму пресса с последующим расположением внешнего короба вокруг внутреннего коробчатого узла с образованием зазора между ними, заполнение зазора жидким полимерным составом, его вспенивание и отверждение. для формирования корпуса вокруг коробчатого узла устанавливают с образованием зазора боковые стенки внешнего короба с открытым верхом и дном и закрепляют его на станине пресса. Линия биговки внешнего короба должна быть расположена ниже плиты пресса на высоту крышки термоконтейнера. Зазор между коробчатым узлом и боковыми стенками внешнего короба заполняют жидким составом, полученным путем смешения под давлением не менее 6 Мпа двух компонентов, в соотношении 100 : 135 – 140 масс частей, первый из которых - полиол, а второй - полимерный дифенилметандиизоцианат. Сверху закрывают по линиям биговки верхние клапаны внешнего короба для образования дна будущего термоконтейнера. Устанавливают плиту пресса и выдерживают до окончания вспенивания пенополиуретана и его затвердения.
Термоконтейнер дополнительно включает крышку, полученную из вспененного пенополиуретана, размеры и форма которой соответствует верхнему краю корпуса термоконтейнера, а высота – промежутку, образованному между линией биговки нижней боковой стенки корпуса с клапаном и плитой пресса.
Стенки коробчатого узла могут быть выполнены из полимерного материала, такого как - полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилен высокого или низкого давления.
Внешний короб может быть выполнен из гофрокартона или полимерного материала.
Толщина стенок термоконтейнера, в зависимости от его размеров, может быть выполнена от 45 до 90 мм.
На внутренних стенках внешнего короба перед заливкой жидкого состава желательно дополнительно устанавливать закладные элементы для закрепления на корпусе термоконтейнера аксессуаров для переноски.
Формирование корпуса термоконтейнера путем установки вокруг коробчатого узла боковых стенок внешнего короба с открытым верхом и дном, закрытием клапанами по линиям биговки верха короба после заполнения зазора жидким составом с образованием будущего дна термоконтейнера, позволяет получить монолитную конструкцию корпуса, без дополнительных операций по извлечению теплоизоляционных плит их сборки в готовый теплоизоляционный контейнер. Монолитность конструкции корпуса позволяет упростить само производство получения термоконтейнара, исключающее процессы извлечения пенополиуретановых плит и сборку устройства термоконтейнара, а также значительно повышает его эксплуатационные характеристики за счет повышения прочности и теплоизоляции.
2
2
Выбранное соотношение компонентов на основе полиола, в количестве 100 масс частей и полимерного дифенилметандиизоцианата от 135 до 140 масс частей обеспечивает получение монолитного теплоизолирующего слоя пенополиуретана высокой прочности. При этом уменьшение массовой доли второго компонента ниже 135 снижает прочностные характеристики на сжатие до 0,25-0,3 Н/мм, что не соответствует высоким эксплуатационным характеристикам, не позволяющим использовать термоконтейнер длительное время. Превышение массовой доли второго компонента свыше 140 - нецелесообразно, т.к. это ведет к неоправданному расходованию материалов без увеличения прочности на сжатие и не превышает 0,4-0,45 Н/мм. В свою очередь из-за отсутствия стыковочных швов и благодаря отсутствию мостиков холода повышаются и характеристики по термоизоляции.
2
Монолитная конструкция теплоизолирующего слоя создает благоприятные условия для длительной эксплуатации термоконтейнеров, способных при транспортировке биогрузов переносить вибрацию и тряску. Плотность застывшей пены в теплоизоляционном слое при указанных соотношениях достигает 35 - 60 кг/м, а коэффициент теплопроводности от 0,020 до 0,030 Вт/м °С. Выбранное соотношение компонентов позволяет получать слой пенополиуретана с высокими теплоизоляционными характеристиками, позволяющими поддерживать необходимую температуру длительное время. Данное соотношение компонентов подобрано экспериментальным путем, при этом отклонение соотношений снижает эксплуатационные характеристики термоконтейнера, такие как прочность и теплопроводность.
Использование в качестве полимерного материала полипропилена, поливинилхлорида, полиэтилена высокого или низкого давления позволяет использовать дезинфицирующие средства для санитарной обработки поверхностей.
Выбранная толщина стенок контейнера от 45 до 90 мм зависит от объема термоконтейнера, что обеспечивает оптимальные физические свойства, как по прочностным характеристикам, так и по теплопроводным свойствам.
Возможность дополнительной установки закладных деталей (фанера или металл) для закрепления на корпусе термоконтейнера различных аксессуаров, повышает удобство при переноске, обеспечивают удерживание термоэлементов внутри грузового отсека.
Способ осуществляют следующим образом.
Формирование многослойного корпуса термоконтейнера начинают с закрепления на форме пресса коробчатого узла, включающего дно и боковые стенки. Затем устанавливают боковые стенки внешнего короба с открытым верхом и дном. При этом биговка между клапаном и нижней кромкой боковой стенки короба расположена ниже плиты пресса на высоту крышки термоконтейнера. Далее с помощью боковых подвижных форм фиксируют внешний короб с образованием зазора от 45 до 90 мм между коробчатым узлом и внутренней стороной стенки внешнего короба. Коробчатый узел выполнен из полимерного материала, а наружный из гофрокартона или полимерного материала. В качестве полимерного материала используют полипропилен, поливинилхлорид, полиэтилен высокого или низкого давления. Дополнительно устанавливают закладные детали (фанеру или металл) для закрепления на корпусе термоконтейнера аксессуаров, например, металлические ручки.
3
Зазор между коробчатым узлом и боковыми стенками внешнего короба заливают жидким пенополиуретаном. Получение жидкого пенополиуретана производят путем смешения под давлением не менее 6 Мпа двух компонентов, первый из которых полиол КАТП-40 КАТП-40 (продукция компании ХимТраст), а второй - дифенилметандиизоцианат. Смешение осуществляют соответственно при соотношении частей 100:135-145. Смешение компонентов под давлением до 6 Мпа осуществляют в машине-установке смешивания высокого давления, в результате происходит самопроизвольный нагрев от протекающей химической реакции до температуры 35°С. Разогрев жидкой смеси до температуры 35°С позволяет исключить операцию разогрева пресс формы, упрощая процесс формирования термоконтейнера. После заполнения зазора жидким компонентом внешний короб сверху закрывают, с образованием дна термоконтейнера, складывая клапаны внешнего короба по биговкам. Сверху устанавливают плиту пресса и выдерживают в течение 20-60 минут до окончания вспенивания пенополиуретана и его отверждения. После выдержки в пресс форме получается теплоизоляционный слой толщиной от 45 до 90 мм, величина которого зависит от размеров термоконтейнера. Теплоизоляционный слой имеет коэффициент теплопроводности от 0,020 до 0,030 Вт/м°С и плотность при свободном вспенивании - 30-35 кг/м. Затем отодвигают подвижные боковые плиты пресса и извлекают из него монолитный корпус, переворачивают на сформированное дно. Размещают на верхнюю кромку корпуса крышку термоконтейнера также сформованную из пенополиуретана. При этом пространство для размещения крышки предусмотрено при расположении боковых стенок внешнего короба. Сверху крышку закрывают клапанами внешнего короба по биговкам.
Показатель
Образец
Кажущаяся плотность (в ядре) кг/м3
35
Напряжение сжатия при 10% деформации, кПа
180
Разрушающее напряжение при изгибе, кПа
290
Величина прогиба в момент разрушения, мм
11
Прочность сцепления ППУ с листами при равномерном отрыве, кПа
внешний слой
171
внутренний слой
135
Коэффициент теплопроводности, Вт/м⋅K 10/35
0.021
Стабильность размеров +75°С, 24ч.,%
ΔL
<1
ΔВ
<1
ΔH
<1
При использовании монолитного термоконтейнера время поддержания температуры от +2 до +8°С достигает до 120 часов в моделированных испытаниях пустого термоконтейнера при внешней температуре +25°С.
За счет того, что корпус термоконтейнера выполнен монолитным, неразборным, он обладает повышенными эксплуатационными характеристиками, как механическими, так и теплоизоляционными.
В настоящее время способ получения термоконтейнера для транспортирования чувствительного к температуре груза, такого как: биоматериалы, медикаменты, продукты находится на стадии серийного производства. Опытные партии термоконтейнеров прошли испытания, показали хорошие эксплуатационные характеристики при транспортировке на всех видах транспорта и при разных климатических условиях.