A detailed analysis on rubber shrinkage and its importance in pharmaceutical industry

The shrinkage of rubber is characterized by the decrease in dimension after the vulcanization process. This phenomenon is not so well-characterized in literature, therefore a deeper study under an industrial perspective is of interest. After the vulcanization, when the cured rubber exits the mould it goes under a decrease in dimension. If further processing is required, it is important that the shrinkage fit with subsequent preparations. In particular, this thesis is focused on the impact of different process variables (e.g., raw materials, moulding conditions, etc..) for each production steps onto the final length of rubber sheets for pharmaceutical solutions. The main achievement of the project is the implementation of a mathematical model solved with MATLAB® to describe the evolution of the cooling process considering different scenarios. The most important hypothesis of the model is the concept of unique correlation between the shrinkage and the increase in degree of crosslinking during cooling due to high temperatures inside the rubber. Additionally, the impact of different polymers and the impact of different curing times and degrees of crosslinking onto the shrinkage are experimentally assessed. The industrial solution proposed, besides the choice of cool down the sheets always in the same way to avoid further dimensional problems, is a sampling plan implemented to take decisions before processing the batches and to reduce process defects and delay.

Il ritiro della gomma è caratterizzato da una riduzione dimensionale che si verifica a seguito del processo di vulcanizzazione. Questo fenomeno non è ben caratterizzato in letteratura, pertanto è di interesse uno studio più approfondito in una prospettiva industriale. Dopo la vulcanizzazione, quando la gomma vulcanizzata esce dallo stampo subisce una diminuzione in termini di dimensioni. Se è necessaria un’ulteriore lavorazione, è importante che il ritiro sia coerente con le condizioni successive. In particolare, questa tesi si focalizza sull’impatto delle diverse variabili di processo (per es. materie prime, condizioni di stampaggio, ecc..) per ognuno degli step produttivi sulla lunghezza finale delle placche di gomma per prodotti farmaceutici. Il principale risultato del progetto è l’implementazione di un modello matematico risolto con MATLAB® per descrivere l’evoluzione del processo di raffreddamento considerando diversi scenari. L’ipotesi più importante del modello è il concetto di correlazione unica tra il ritiro e l’aumento del grado di reticolazione durante il processo di raffreddamento a causa della presenza di temperature molto alte all’interno della gomma. Inoltre, l’impatto di differenti polimeri e l’impatto di diversi tempi di vulcanizzazione e gradi di reticolazione sono valutati sperimentalmente sul ritiro. La soluzione industriale proposta, oltre alla scelta di raffreddare sempre nello stesso modo le placche di gomma vulcanizzata per evitare ulteriori problemi dimensionali, è un sistema di campionamento implementato per poter prendere decisioni prima della lavorazione dei lotti, per ridurre difetti e ritardi nel processo.