ES2246512T3

ES2246512T3 - Procedimientos para fabricar laminas moldeadas con un alto contenido en almidon.

Info

Publication number: ES2246512T3
Application number: ES97922292T
Authority: ES
Inventors: Per J. Andersen; Simon K. Hodson; Shaode Ong; Bruce J. Christensen
Original assignee: E Khashoggi Industries LLC
Current assignee: E Khashoggi Industries LLC
Priority date: 1996-04-09
Filing date: 1997-04-09
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2017-04-09
Also published as: CA2248982C; ATE299793T1; DE69733779T2; JP3296565B2; AU2800597A; DK1007320T3; NZ332697A; US5810961A; EP1007320A1; EP1007320A4; EP1007320B1; BR9710428A; JP2000508258A; KR19990087469A; DE69733779D1; CA2248982A1; WO1997037827A1; AU712982B2

Abstract

Un procedimiento para fabricar una lámina ligada con almidón que comprende las etapas de: (a) mezclar entre sí agua, gránulos de almidón desgelatinizado, un éter celulósico, un material fibroso y, opcionalmente, una carga de agregado inorgánico para formar una mezcla moldeable, (b) formar la mezcla moldeable dentro en una lámina fina en caliente inicial pasando la mezcla entre, al menos, un juego de rodillos formadores (40) con una temperatura tal que una porción del éter celulósico se precipite térmicamente con el fin de reducir la adherencia de la lámina fina en caliente inicial a los rodillos formadores tras la gelatinización de los gránulos de almidón desgelatinizado en la etapa (c), (c) pasar la lámina fina en caliente inicial entre, al menos, un juego de rodillos con una temperatura tal que, al menos, una porción de los gránulos de almidón desgelatinizado llegue a estar gelatinizada y con el fin de formar una lámina fina en caliente intermedia, y (d) calentar la lámina fina en caliente para eliminar una poción de agua de la lámina fina en caliente intermedia con el fin de formar una lámina endurecida que tenga una matriz ligante incluyendo almidón seco y éter celulósico.

Description

Procedimientos para fabricar láminas moldeadas con un alto contenido en almidón.

La presente invención se refiere a procedimientos para fabricar láminas moldeadas y artículos partiendo de las mismas. Estas láminas moldeadas tienen una matriz ligada con almidón, reforzada con fibras y que, opcionalmente, incluye carga mineral que se pueden sustituir a los productos convencionales de papel y cartón.

En toda esta memoria el texto puntos suspensivos "..." indica una porción de texto presente en la solicitud de prioridad (USSN 08/631.676) que inadvertidamente se omitió de la solicitud de patente PCT tal como se presentó (PCT/US97/05794).

A. Láminas, envases y otros artículos

Hoy día se usan láminas finas, flexibles, partiendo de materiales tales como papel, cartón, plástico, poliestireno e, incluso, metales, en cantidades enromes para materiales impresos, etiquetas, esterillas, y en la fabricación de otros artículos tales como envase, separadores, divisores, sobres, tapaderas, capotas, latas y otros materiales para envasado. Actualmente las técnicas modernas de elaboración y envasado permiten almacenar, envasar y transportar una enorme variedad de artículos líquidos y sólidos a la vez que están protegidos contra elementos perjudiciales.

Los recipientes y demás materiales de envasado protegen los artículos contra las influencias ambientales y daños de distribución, en particular contra influencias químicas y físicas. El envasado contribuye a proteger una enorme variedad de artículos contra los gases, la humedad, luz, microorganismos, parásitos, choques físicos, fuerzas aplastantes, vibraciones, escapes o derrames. Algunos materiales de envasado proporcionan también un medio para la diseminación de información al consumidor, tal como el origen de la manufacturación, el contenido, publicidad, instrucciones, identificación de la marca y el precio.

Es típico que la mayoría de los envases (incluyendo los envases desechables) estén hechos de papel, cartón, plástico, poliestireno, vidrio y materiales metálicos. Cada año más de cien mil millones de latas de aluminio, miles de millones de botellas de vidrio y miles de toneladas de papel y plástico se usan para guardar y expender bebidas, zumos, alimentos elaborados, en grano, cerveza, etc. Fuera de la industria de los alimentos y las bebidas, los recipientes para el envasado (y en especial los envases desechables) fabricados con tales materiales son omnipresentes. El papel para imprimir, escribir y fotocopiar, así como parar revistas, periódicos, libros, envoltorios y otros artículos planos fabricados principalmente partiendo de láminas de papel derivado de árboles también se manufacturan en enormes cantidades cada año. Solo en los Estados Unidos aproximadamente cinco millones y medio de toneladas de papel se consumen cada año para fines de envasado, lo cual representa solo aproximadamente el 15% de la producción total anual nacional de papel.

B. El impacto del papel, plástico, vidrio y metal

Recientemente ha habido un debate acerca de cuál de estos materiales (por ejemplo papel, cartón, plástico, poliestireno, vidrio o metal) es el más perjudicial para el medio ambiente. Organizaciones cada vez más conscientes han convencido a mucha gente para que se sustituya un material por otro con el fin de que sea más ambientalmente "correcto". En este debate con frecuencia no ven la cuestión de que cada uno de estos materiales tiene sus propias y únicas debilidades ambientales. Un material puede parecer superior a otro cuando se le ve a la luz de un problema ambiental particular, mientras se ignoran otros problemas diferentes más importantes asociados con el, supuestamente, material preferido. En realidad el papel, el cartón, el plástico, el poliestireno, el vidrio y el metal tienen cada uno de ellos sus propias únicas debilidades ambientales.

Los productos de poliestireno han, recientemente, atraído la ira de grupos medioambientales, en particular, los recipientes y otros materiales para envasado. Aunque el poliestireno es por sí mismo una sustancia relativamente inerte, su fabricación implica el uso de una variedad de materiales químicos y materias primas peligrosos. El estireno sin polimerizar es muy reactivo y, por lo tanto, representa un problema para la salud de quienes tienen que manipularlo. Como el estireno se fabrica partiendo del benceno (un conocido mutágeno y, probablemente, un carcinógeno) se pueden encontrar cantidades residuales en el estireno. Por último, debido a que el estireno polimerizado es relativamente estable en condiciones ordinarias, los envases, las bolsitas para envasado y otros artículos fabricados con el mismo resisten las roturas y por consiguiente persisten durante largos plazos de tiempo cuando se les desecha en el medio ambiente.

Más perjudicial, en potencia, ha sido el uso de clorofluorocarburos o CFCs) en la fabricación de productos de poliestireno "soplado" o "expandido". Esto es porque los CFCs han estado unidos a la destrucción de la capa de ozono. En la fabricación de espumas, incluyendo poliestireno soplado, los CFCs (los cuales son líquidos altamente volátiles) se han usado para "expandir" o "soplar" el poliestireno en un material espumado, el cual se moldea luego en forma de vasos, platillos, bandejas, cajas, envases "en concha de almeja", separadores o materiales para envasado. Incluso la sustitución por agentes soplantes menos "ambientalmente perjudiciales" (por ejemplo, HCFC, CO_{2} y pentanos) son también peligrosos, de manera significativa, y su eliminación sería beneficiosa.

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Como resultado ha habido una presión muy amplia para que las empresas dejen de usar poliestireno a favor de materiales ambientalmente más seguros. Algunos grupos medioambientales están a favor del retorno al uso de productos "naturales" tales como el papel u otros productos fabricados de pasta papelera, los cuales se cree que son biodegradables. No obstante, otros grupos medioambientales han tomado la opinión opuesta con el fin de minimizar la tala de árboles y el empobrecimiento de bosques.

Aunque los productos de papel son, de manera ostensible, biodegradables y no se les ha asociado con la destrucción de la capa de ozono, estudios recientes han mostrado que es probable que la fabricación de papel impacte con más fuerza en el medio ambiente de lo que lo hace la fabricación de poliestireno. En la realidad la industria de la pasta papelera y del papel se ha identificado como uno de los cinco contaminantes más altos de los Estados Unidos. Por ejemplo, los productos hechos partiendo del papel requieren diez veces más de vapor, de catorce a veinte veces más de electricidad y dos veces más de agua de refrigeración en comparación con un producto equivalente de poliestireno. Diversos estudios han demostrado que el efluente procedente de la fabricación de papel contiene de diez a cien veces la cantidad de contaminantes producidos en la fabricación de espuma de poliuretano.

Otro inconveniente en la manufacturación de papel y cartón es la cantidad relativamente gran cantidad de energía que se requiere para fabricar papel. Esto incluye la energía requerida para procesar la pasta maderera hasta el punto de que las fibras estén lo suficiente deslignificadas y deshilachadas de tal modo que las fibras sean en esencia autoligantes según los principios de la física de las bobinas continuas. Además se requiere una gran cantidad de energía para eliminar el agua dentro de las lechadas convencionales de papel, las cuales contienen agua en cantidades de hasta el 99,5% en volumen. Debido a que hay que retirar tanta agua de la lechada es necesario chupar literalmente agua de la lechada incluso antes de que rodillos calientes se puedan usar para secar la lámina. Además es usual que gran parte del agua que se ha chupado de las láminas durante el proceso de desaguado se deseche dentro del medio ambiente.

En el proceso de fabricación para formar láminas metálicas para envases (en particular latas hechas de aluminio y hojalata), soplando botellas de vidrio y dando forma a envases cerámicos se utilizan grandes cantidades de energía debido a la necesidad de fundir y, luego, trabajar por separado para dar forma a la materia prima dentro de un producto intermedio o final. En estos altos requisitos de energía y procesado no solo se utilizan valiosos recursos energéticos sino que también resultan en una importante contaminación del aire, agua y calor medioambientales. Aunque el vidrio se puede reciclar esa porción que termina en los terraplenes no es, en esencia, biodegradable. Los fragmentos de vidrio roto son muy peligrosos y pueden perdurar durante años.

Incluso el papel o el cartón, que muchos creen son biodegradables, pueden persistir durante años, incluso décadas, dentro de terraplenes protegidos contra el aire, la luz y el agua, todos los cuales se requieren para las normales actividades de biodegradación. Hay informes de guías telefónicas o periódicos que han quedado a la vista de basureros en los que habían estado enterrados durante décadas. Esta longevidad del papel se complica aún más ya que es corriente tratar, revestir o impregnar papel con diversos materiales de protección los cuales frenan aún más o evitan la degradación.

Otro problema con el papel, cartón, poliestireno y plástico es que cada uno de estos requiere materias primas orgánicas relativamente caras, algunas de los cuales son ...... Aunque los árboles usados en le fabricación de papel y cartón son renovables en el sentido estricto de la palabra, sus requerimientos de grandes terrenos y al agotamiento rápido de ciertas zonas del mundo socava esta noción. Por lo tanto, el uso de enormes cantidades de materias primas, en esencia, no renovables para fabricar láminas y artículos partiendo de las mismas no se puede sostener y no es juicioso desde una perspectiva a largo plazo. Además, los procesos usados para fabricar las materias primas de pasta papelera para envasado (tales como láminas de pasta papelera, estireno o láminas metálicas) son muy intensos en el gasto de energía, producen cantidades importantes de contaminación del agua y del aire, y exigen importantes requisitos de capital.

A la luz de lo anterior, el debate no se debe centrar sobre cuál de estos materiales es más o menos perjudicial para el medio ambiente, sino más bien hacia la pregunta de si se puede desarrollar un material alternativo que solucione la mayoría de, sino todos, los diversos problemas ambientales asociados con cada uno de estos materiales usados en la actualidad.

C. Ligantes de almidón

Con fechas más recientes hay muchos que han intentado utilizar almidones y derivados del almidón en calidad de agente ligante o de único constituyente dentro de artículos moldeados. Un procedimiento para moldear almidón es por medio de la formación de lo que se conoce en esta técnica como "almidón desestructurizado". En la fabricación de almidón desestructurizado se mezclan el almidón natural o derivados del almidón con un agente plastificante y se licuan a altas temperaturas y presiones con el fin de crear una "fusión en caliente" la cual se solidifica enfriando la fusión en caliente hasta por debajo de la "temperatura de transición vítrea". De esta manera el almidón se trata como si fuera un material termoplástico. Aunque los sistemas de almidón desestructurizado o de fusión en caliente parece que son fáciles en teoría, en la práctica los procedimientos de fabricación son muy costosos y los artículos fabricados partiendo los mismos son, en general, insatisfactorios y de poca calidad.

Otro procedimiento para moldear mezclas basadas en almidón implica el moldeado de una mezcla acuosa de almidón entre troqueles calentados. Es preferible que el ligante de almidón esté al principio en un estado inmodificado y desgelatinizado dentro de la mezcla acuosa moldeable. De lo contrario, la mezcla tendría que incluir aún mucha más agua con el fin de mantener las mismas características de moldeabilidad debidas a la gelificación de almidón y al tremendo efecto creciendo de viscosidad del almidón gelatinizado dentro del agua. Las mezclas acuosas de almidón se calientan entre los moldes a una temperatura lo suficiente alta para gelatinizar los almidones así como para eliminar la mayor parte del agua de la mezcla moldeable. Los artículos moldeados resultantes se pueden desmoldear pero, al principio, son muy frágiles hasta que se han "acondicionado" colocándoles en una cámara de alta humedad durante prolongados períodos de tiempo con el fin de reabsorber humedad.

Con tan solo desmoldear los artículos para tener humedad residual no ha demostrado ser factible debido a la tendencia de la matriz de almidón celular espumado a colapsarse si no se seca y endurece lo suficiente ..... evitar el colapso entraña por lo habitual el sobresecado del almidón. Tal acondicionamiento se requiere después del proceso de moldeado. Aunque el proceso anterior puede tener alguna utilidad no permite la fabricación continua de láminas continuas tal como en los procesos convencionales de fabricación de papel.

Los derivados de almidón también se emplean con amplitud en la industria papelera en calidad de agentes de encolado y revestimientos con el fin de cerrar los poros de papel y crear una superficie más suave, menos porosa. Sin embargo los procesos convencionales de fabricación de papel descansan, a escala universal, sobre el principio de la física de bobinas continuas, el cual es el entrelazamiento de una ligante de hidrógeno entre fibras, con el fin de formar la matriz ligante de la lámina. Los ligantes de almidón añadidos a la lechada o materias primas del papel solo actúan de agentes ligantes secundarios ya que la mayor parte del almidón pasará por el alambre formador junto con el agua a medida que se va drenando de las materias primas durante el proceso de fabricación del papel. Por lo tanto, buena cantidad del almidón añadido a las materias primas del papel se desperdicia. Por consiguiente, sería altamente ineconómico utilizar almidón como el único o el principal ligante en el papel convencional.

Más aún, uno de los problemas con los ligantes de almidón es que, en general, son muy pegajosos una vez que se han disuelto o gelatinizado en agua. Aunque esto les hace en general buenos agentes ligantes complica el proceso de fabricación ya que las láminas o los artículos fabricados usando grandes cantidades de ligantes de almidón disuelto o gelatinizado tienen tendencia a pegarse al molde o al aparato formador de láminas. Por otro lado, los gránulos de almidón inmodificado son, en general, insolubles en agua y meramente actúan como cargas particuladas pasivas en sistemas húmedos a menos que las composiciones conteniendo gránulos de almidón se calienten hasta por encima de la temperatura de gelificación del almidón. Sin embargo, una vez gelados los gránulos de almidón inmodificado llegarán, desde luego, a ser muy pegajosos y tenderán a adherirse al equipo de moldeo, en particular, al equipo de moldeo calentado.

En la patente WO-A-94/12328 se dan a conocer composiciones y procedimientos para fabricar láminas con matrices cargadas inorgánicamente mediante el mezclado de ligante polimérico orgánico, agua, agregados y fibras y la formación de mezclas en láminas entre rodillos.

Basándose en lo anterior lo que se necesita son composiciones y procedimientos para fabricar láminas de bajo coste, respetuosas con el medio ambiente con propiedades similares a las láminas de papel, cartón, poliestireno, plástico o metal.

Sería una mejora importante, dentro de esta técnica, si a tales láminas se les pudiera dar la forma de una variedad de envases u otros artículos usando el equipo de fabricación existente y las técnicas que, hoy en día, se usan para formar artículos partiendo de láminas de papel, cartón, poliestireno, plástico o metal.

También sería un adelanto en la fabricación de láminas si las láminas respetuosas con el medio ambiente se pudieran formar partiendo de composiciones moldeadoras que contengan solo una fracción de agua y/o fibras contenida en las típicas lechadas usadas para fabricar papel convencional y que no requirieran desaguado excesivo durante el proceso de formación de la lámina.

Sería una mejora importante dentro de la técnica si tales láminas, así como los envases y demás artículos fabricados partiendo de las mismas, fueran biodegradables con facilidad y/o degradables en sustancias que es corriente hallar en la tierra.

Una mejora significativa sería, desde el punto de vista práctico, el aportar composiciones y procedimientos que permitieran la fabricación de láminas, envases y otros artículos partiendo de las mismas a un costo que fuera comparable, e incluso menor, que el costo de los procedimientos existentes para fabricar papel, plásticos o productos metálicos. En concreto sería deseable reducir los requisitos de energía y los costes iniciales de inversión de capital para fabricar productos con las características deseables del papel, plásticos o metales.

También sería un adelanto en la técnica el proporcionar composiciones y procedimientos que permitieran la inclusión de cantidades relativamente altas de almidón dentro de las láminas mientras que se solucionaran los problemas asociados con la adherencia del almidón, en particular, almidón gelatinizado, al aparato moldeador o formador de láminas.

También sería un tremendo adelanto aportar, en esta técnica, composiciones y procedimientos que permitieran la inclusión opcional de importantes cantidades de cargas minerales inorgánicas naturales dentro de las láminas antes mencionadas. Sería, en particular, una mejora significativa, dentro de la técnica, si tales láminas cargadas inorgánicamente tuvieran flexibilidad, resistencia a la tracción, dureza, moldeabilidad y producción en masa más grandes en comparación con las de los materiales precedentes con un alto contenido de carga inorgánica.

Tales procedimientos para fabricar las láminas antes mencionadas se dan a conocer y reivindican en este documento.

La presente invención está dirigida a procedimientos para fabricar láminas respetuosas con el medio ambiente con concentraciones relativamente altas de almidón y, opcionalmente, cargas minerales inorgánicas. Dado que el componente de almidón comprende el agente ligante principal, a las láminas fabricadas según la presente invención se les referirá de aquí en adelante como "láminas ligadas con almidón". Tales láminas tienen resistencia y otras propiedades de rendimiento que las hacen comparables, e incluso superiores, al papel convencional de árboles.

Así, vista desde un aspecto, la presente invención aporta un procedimiento para fabricar una lámina ligada con almidón comprendiendo las etapas de:

(a) mezclar entre sí agua, gránulos de almidón desgelatinizado, un éter celulósico, un material fibroso y, opcionalmente, una carga de agregado inorgánica, para formar una mezcla moldeable,

(b) formar la mezcla moldeable en una lámina fina en caliente inicial haciendo pasar la mezcla entre, al menos, un juego de rodillos formadores con una temperatura tal que una porción de éter celulósico se precipite, térmicamente, para reducir la adherencia de la lámina fina en caliente inicial a los rodillos formadores tras la gelatinización de los gránulos de almidón desgelatinizado en la etapa (c),

(c) pasar la lámina fina en caliente inicial entre, al menos, un juego de rodillos con una temperatura tal que al menos una porción de gránulos de almidón desgelatinizado lleguen a estar gelatinizados y con el fin de formar una lámina fina en caliente intermedia, y

(d) calentar la hoja nueva con el fin de eliminar una porción de agua de la hoja nueva intermedia para formar una hoja endurecida con una matriz ligante que incluya almidón seco y éter celulósico.

Es típico que las mezclas moldeables usadas para formar láminas ligadas con almidón incluyan gránulos de almidón desgelatinizado, éter celulósico, fibras dispersadas de manera homogénea y, como opción, cargas minerales inorgánicas y otros componentes opcionales. En los éteres celulósicos apropiados se incluyen aquellos que sufren "precipitación térmica", lo cual es un fenómeno en el que el éter celulósico, dentro de un sistema acuoso, libera agua y se solidifica tras el calentamiento del sistema acuoso hasta por encima de la temperatura de precipitación del éter celulósico particular. De esta manera el éter celulósico forma una película no pegajosa ..... los gránulos de almidón dentro de la composición moldeable que se adhieran a los rodillos formadores de la lámina tras la gelatinización durante las subsiguientes etapas del proceso de formación de la lámina.

Es preferible formar la mezcla moldeable en láminas haciéndola pasar entre rodillos formadores que están calentados a, o por encima de, la temperatura de termoprecipitación del éter celulósico pero por debajo de la temperatura de gelificación del almidón. El rodillo formador produce una lámina nueva con una película no pegajosa de éter celulósico térmicamente precipitado. En este punto, la película nueva tiene una superficie relativamente seca aunque el interior contiene considerable humedad. Después de esto, la lámina se pasa entre rodillos calentados a una temperatura suficiente para gelatinizar los gránulos de almidón. Los gránulos de almidón gelificado se funden entre sí dentro de la lámina para formar una matriz muy fuerte pero no hacen que la lámina se pegue a los rodillos porque el almidón gelatinizado está encapsulado dentro de la película de la superficie no pegajosa del éter celulósico térmicamente precipitado. La lámina se caliente más para eliminar una cantidad sustancial de agua mediante evaporación para producir una lámina sustancialmente seca. Las láminas moldeadas según el procedimiento preferido comprenden una matriz ligada con almidón, reforzada con fibras dispersadas sustancialmente de manera homogénea. Las láminas pueden, como opción, incluir una carga mineral inorgánica y otras mezclas.

Una mezcla preferida para formar las láminas incluye un ligante de almidón desgelatinizado que tenga una concentración dentro del intervalo de aproximadamente 5% hasta aproximadamente 90% en peso del total de sólidos en la composición, un éter celulósico que tenga una concentración dentro del intervalo de aproximadamente 0,5% hasta aproximadamente 10% en peso del total de sólidos en la composición, un material fibroso que tenga una concentración dentro del intervalo de aproximadamente 3% hasta aproximadamente 40% en peso del total de sólidos en la composición, opcionalmente un agregado inorgánico que tenga una concentración dentro del intervalo de aproximadamente 0% hasta aproximadamente 90% en peso del total de sólidos en la composición, y agua en cantidad suficiente para dar una composición moldeable. El éter celulósico dentro de la composición moldeadora actúa de agente espesante lo cual aumenta el límite elástico de la fracción fluida y permite la dispersión homogénea de las fibras por toda la composición moldeadora.

Las láminas formadas usando el procedimiento de la presente invención pueden tener un espesor tan bajo como aproximadamente 0.01 m y hasta tanto alto como 10 cm o más. Sin embargo, con el fin de que las láminas tengan calidades similares a las del papel o el cartón, deberán, en general, tener un espesor de, aproximadamente, menos de 1 cm, siendo preferible menor de, aproximadamente, 5 mm, más preferible menor de, aproximadamente, 3 mm, y lo más preferible menor de, aproximadamente, 1 mm. Además, la matriz estructural ligada con almidón se tendrá que degradar después de una prolongada exposición al agua.

Antes de que los inventores descubrieran la facultad para utilizar cantidades relativamente grandes de almidón junto con éteres celulósicos termoprecipitadores, ligantes principales preferidos ...... Sin embargo, los éteres celulósicos tienen la desventaja de ser mucho más costosos comparados con los demás componentes usados para fabricar las láminas. Los gránulos de almidón sin modificar, el menos caro de todos los almidones, han tenido hasta el presente poco uso como ligantes porque una vez gelatinizado tiene la desventaja de ser extremadamente pegajoso. Los intentos para usarle como lindante principal en los procesos de formación de láminas se han hallado con una adherencia insatisfactoria del almidón al aparato extruidor o formador de láminas.

La presente invención aporta la sustitución de grandes cantidades de almidón para gran parte del ligante de éter celulósico anteriormente empleado en composiciones para fabricar láminas. La combinación usando una pequeña cantidad de éter celulósico, relativamente caro, junto con cantidades mucho más altas de, relativamente baratos, gránulos de almidón sin modificar elimina las desventajas anteriores usando cada uno de estos ligantes por separado. La reducción de la cantidad de éter celulósico dentro de las mezclas moldeables usadas para formar las láminas sustancialmente reduce el coste de fabricación de las láminas. Además, no solo el almidón es mucho menos caro sino que es un ligante superior comparado con el éter celulósico y produce láminas con una calidad mucho más alta a mucho menos coste que las láminas en las que se emplean éteres celulósicos con único agente ligante.

Es importante que, cuando se mezclen a la vez los componentes de la mezcla moldeadora, el almidón no esté sometido a fuerzas de cizallamiento lo suficiente grandes como para romper o desgarrar los gránulos de almidón. También es importante mantener la mezcla a una temperatura por debajo de la temperatura de gelificación del almidón para evitar la gelificación prematura del ligante de almidón antes que comience el proceso de formación de la lámina. De lo contrario el almidón en la superficie de la lámina se puede pegar al aparato formador de la lámina antes de que el éter celulósico se haya precipitado primero y formado una película no pegajosa en la superficie de la lámina.

De acuerdo con esto, una etapa preferida para formar la mezcla moldeadora usada para formar las láminas según la presente invención comprende mezclar a la vez agua, fibras y éter celulósico usando un mezcla con cizallamiento alto para sustancialmente dispersar las fibras de manera homogénea y formar una mezcla fibrosa. Después de esto, los gránulos de almidón sin modificar, la carga mineral inorgánica y demás mezclas opcionales se combinan dentro de la mezcla fibrosa para formar la mezcla moldeadora. En este momento también se puede añadir más agua. Entonces se forma la mezcla moldeadora en una lámina pasando la mezcla moldeadora a través de, al menos, un juego de rodillos formadores calentados hasta temperatura de termoprecipitación del éter celulósico. La mezcla moldeadora se puede alimentar directamente entre los rodillos formadores por medio de un aparato extruidor, siendo preferible por medio de un sistema de "movimiento oscilante rápido". Alternativamente, el extrusor puede tener un troquel formador de láminas. El éter celulósico evita que el ligante de almidón en la lámina se adhiera a los rodillos según se ha expuesto arriba.

Después de esto, la lámina fina en caliente se pasa entre rodillos de gelificación del almidón, los cuales se calientan a, o por encima de, la temperatura de gelificación del almidón. Algunos almidones, tal como el almidón de patata, gelan a aproximadamente 65ºC, mientras que otros, tal como el almidón de maíz, gelan a aproximadamente 95ºC. El almidón de maíz ceroso gelifica a aproximadamente 70ºC. La lámina se endurece entonces hasta un grado importante de una manera acelerada eliminando una cantidad sustancial de agua por evaporación. Le eliminación de agua puede ocurrir, en parte, por medio de los rodillos de gelificación aunque puede que haya poca diferencia entre los rodillos usados para gelificar el almidón y los usados para eliminar el agua. Los rodillos lo suficiente calientes para eliminar el agua también gelificarán los gránulos de almidón. Las fibras dentro de la lámina seca se dispersan sustancialmente de manera homogénea en calidad de agente reforzador por toda la matriz de almidón.

Además del sencillo procedimiento formador de láminas, las láminas se pueden, opcionalmente, compactar mientras que todavía se hallen en el estado de láminas finas en caliente y, al menos, moldeable parcial con el fin de, por ejemplo, eliminar indeseados vacíos de aire creados cuando se elimina agua, por evaporación, de la matriz estructural, aumentar la adherencia entre el ligante y las fibras y aumentar la suavidad superficial. El compactado se lleve a cabo haciendo pasar las láminas entre uno o más juegos de rodillos compactadores con un paso entre rodillos que sea menor que el espesor de la lámina.

La superficie de lámina se puede mejorar pasándola entre uno o más pares de rodillos de acabado consistentes en un rodillo duro y uno blando. El rodillo blando tiene fricción suficiente para agarrar la lámina de forma que la velocidad tangencial de la lámina será sustancialmente la misma que la velocidad de la lámina. El "rodillo duro" es muy suave y gira a una velocidad tangencial casi mayor que la velocidad de la lámina de tal manera que pule la superficie de la lámina. En otros rodillos de acabado se incluyen rodillos texturados o rodillos onduladores para, respectivamente, dar textura a, u ondular, la lámina.

Las láminas fabricadas según la presente invención tienen propiedades similares a las de papel, plástico, o metales de paredes finas y se pueden usar de inmediato para formar una variedad de artículos tales como envases u otros materiales de embalado. De manera alternativa, tales láminas se pueden enrollar en grandes bobinas o cortar en hojas y apilar en un pallet casi igual que el papel o el cartón y almacenarse hasta que se necesiten. Después de esto, las láminas apiladas o enrolladas se pueden cortar y darles la forma del artículo de fabricación que se desee.

Las láminas fabricadas según la invención presente se pueden, opcionalmente, rehumedecer para hacerlas más flexibles y/o darlas calidades de autoadherencia. El aumento de la flexibilidad reducirá la posibilidad de que al lámina se parta o agriete mientras que se la esté dando la forma del artículo deseado. Además, el almidón se puede comportar igual que un termoplástico. Si las láminas fabricadas según la presente invención se calientan hasta por encima de la temperatura de transición vítrea del almidón se pueden moldear a la forma que se desee. Tras el enfriamiento hasta por debajo de la temperatura de transición vítrea, las láminas podrán ...... de las láminas hace también que el almidón sea autoadhesivo, lo que permite la adherencia y el sellado de las láminas si se les da forma de recipiente, por ejemplo, mediante arrollamiento espiral. Se puede emplear, con ventaja, una combinación de rehumedecimiento y termoformación de las láminas para aumentar la versatilidad de las láminas y el intervalo de posibles procedimientos de fabricación usando estas láminas.

Las láminas fabricadas según la presente invención tienen gran resistencia a la tracción, hasta 100 MPa en algunos casos en función del contenido de almidón y fibra. Se pueden imprimir, revestir, laminar, estratificar en capas, plisar, satinar, estirar, estampar, enroscar, doblar, plegar, enrollar, arrollar en espiral, prensar, envolver, ondular y pegar casi igual que el papel o el cartón para dar forma a una variedad de artículos. En algunos casos puede que sea ventajoso, durante el proceso de fabricación, marcar, marcar con cortes, ondular o perforar la lámina para ayudar a la formación de un pliegue o bisagra en una predeterminada localización dentro de la lámina.

El resultado de la presente invención es la capacidad para producir en masa una amplia variedad de artículos diferentes fabricados hasta el presente partiendo de papel, cartón, plástico, polietileno o metal a un coste que, por lo usual, es competitivo con, y en la mayoría de los casos incluso inferior a, los costes implicados en el uso de estos materiales precedentes. El ahorro en el coste proviene no solamente del reducido coste de las materias primas, sino también de los procesos de fabricación los cuales requieren menos energía y menor inversión de capital. En particular las composiciones usadas para fabricar las láminas de la invención presente requieren mucho menos desaguado que en la fabricación de papel, así como también muchos menos gastos que en la provisión de las materias primas necesarias para fabricar plásticos o metales.

Más aún, dado que las láminas ligadas con almidón fabricadas según la presente invención comprenden más componentes respetuosos con el medio ambiente, la fabricación de tales láminas impacta en el medio ambiente en un grado mucho menor del que lo hace la fabricación de láminas partiendo de los materiales precedentes. Las láminas de la presente invención no requieren el uso de altas concentraciones de pasta papelera, productos del petróleo, u otros recursos naturales como sí que lo hace la fabricación de láminas u otros artículos de papel, plástico o metales.

Los componentes de almidón y éter celulósico se disuelven con facilidad en agua lo cual facilita el reciclado o la biodegradación. Las láminas usadas u otros artículos se pulverizan con facilidad en agua y se reutilizan en la fabricación de artículos similares. Si el papel y el éter celulósico se desechan dentro del medio ambiente absorben agua y se disuelven con rapidez dejando detrás una pequeña cantidad de fibras individuales y cantidades variables de carga mineral natural que tiene una composición similar o idéntica a la de la tierra. Las fuerzas microbianas presentes en el suelo deshacen con facilidad el almidón y el éter celulósico disueltos y las fibras dispersadas.

Con el fin de comprender la manera en que las ventajas y objetos de esta invención, mencionados arriba, y otras ventajas y objetos, se pueden conseguir, una descripción más particular de esta invención caracterizada arriba con brevedad se dará con referencia a realizaciones concretas de la misma las cuales se ilustrarán en los dibujos adjuntos, y bien entendido que estos dibujos ilustran solo realizaciones típicas de esta invención y, por lo tanto no se tienen que considerar limitativas de su alcance, esta invención se describirá con una especificidad y un detalle adicionales por medio del uso de los dibujos en los que:

La figura 1A es una vista esquemática de un sistema preferido para fabricar láminas ligadas con almidón en el que una lámina extruida se hace pasar entre rodillos reductores,

La figura 1B es una vista esquemática de un sistema alternativo preferido para fabricar láminas ligadas con almidón en el que la mezcla amorfa se hace pasar directamente entre rodillos formadores,

La figura 2A es una vista aumentada en perspectiva con corte de una cámara de evacuación y cabezal portados de un extrusor de barrena usada en el sistema de la figura 1A,

La figura 2B muestra en un sistema de extrusión "con movimiento oscilante rápido" para alimentar la composición moldeadora entre los rodillos formadores,

La figura 3 es una vista de costado de una extruidora de pistón,

La figura 4 es una vista de costado de un par de rodillos reductores y una lámina a la que los rodillos están reduciendo su espesor,

La figura 5 es una vista de costado de un par de rodillos compactadores con una lámina que se está compactando entre los mismos,

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La figura 6 es una vista en perspectiva de un par de rodillos de acabado que incluye un rodillo "duro" y un rodillo "blando",

La figura 7 es una vista de costado de un par de rodillos onduladores usados para formar una lámina ondulada.

La figura 8 es un vista en perspectiva mostrando una lámina continua que se está cortado y apilando en hojas individuales.

La presente invención está dirigida a procedimientos para fabricar láminas ligadas con almidón que, como una opción, incluyen cantidades significativas de cargas minerales inorgánicas. Estas láminas ligadas con almidón se pueden fabricar para con propiedades similares a las del papel, cartón u otros materiales laminares. Tales láminas tienen calidades de resistencia superior debido a la incorporación de grandes cantidades de almidón como ligante, lo cual también reduce su coste y las hace mucho más respetuosas con el medio ambiente en comparación con ...... parte de la composición moldeadora usada para fabricar las láminas en lugar de añadirse como un agente dimensionador, tal como se hace con medios convencionales. Las láminas también incluyen fibras sustancialmente dispersadas con homogeneidad para refuerzo y flexibilidad y dureza adicionales.

Las láminas ligadas con almidón, fabricadas según la presente invención se pueden describir, en general como multicomponentes, con varias escalas, reforzadas con fibras y microcomposiciones. Incorporando con cuidado una variedad de distintos materiales capaces de impartir propiedades discretas aunque relacionadas de manera sinergética es posible crear una clase única o un intervalo de microcompuestos con propiedades notables de resistencia, dureza, salud ambiental, productibilidad en masa y bajo coste.

El término "multicomponente" se refiere al hecho de que las mezclas usadas para fabricar las láminas es típico que incluyan tres o más materiales o fases química o físicamente distintas, tales como agua, éteres celulósicos desechables en agua, gránulos de almidón inicialmente insolubles los cuales se gelatinizan durante la formación de la lámina, fibras, cargas minerales inorgánicas, y otras mezclas. Cada una de estas amplias categorías de materiales imparte una o más propiedades únicas a la hoja final fabricada con los mismos, así como a la composición usada para formar la lámina. Además, es posible, dentro de estas amplias categorías, incluir componentes diferentes, tales como dos o más tipos de cargas inorgánicas o fibras, las cuales imparten a la lámina propiedades diferentes aunque complementarias. Esto permite la ingeniería específica de las propiedades deseadas dentro de la lámina junto con el proceso de fabrica-
ción.

La naturaleza multicomponente (y por lo tanto, multipropiedad) de las láminas ligadas con almidón, fabricadas según la presente invención es una desviación muy importante de los materiales convencionales tales como plástico, poliestireno, papel o metal, los cuales son, en esencia sistemas de un solo componente. Las láminas finas fabricadas de materiales con un solo componente están, en general, limitadas a tener las propiedades particulares del material con el cual están hechas. Por ejemplo, las hojas que son frágiles no se pueden, en general, doblar o plegar sin dañar las láminas, mientras que las láminas que son flexibles no pueden, con frecuencia, soportar su propio peso. Al contrario, la naturaleza multicomponente de los materiales de la lámina hecha según la presente invención permite la introducción de múltiples propiedades dentro de las hojas hechas con los mismos.

La expresión "multiple-escala" se refiere al hecho de que las composiciones y los materiales de la presente invención son definibles a niveles o escalas diferentes. En concreto, dentro de las láminas hechas según la presente invención es típico que haya una composición macrocomponente dentro del intervalo desde, aproximadamente, 10 nanometros hasta tan alto como, aproximadamente 10 mm, una composición microcomponente dentro del intervalo desde, aproximadamente, 1 micrómetro hasta, aproximadamente 100 micrómetros y un componente submicrométrico. Aunque estos niveles puede que no sean fractuales es usual que sean muy similares entre sí y .....

El termino "reforzada con fibra" es autoexplicativo, aunque el término clave es "reforzada", lo cual claramente distingue las láminas hechas según la presente invención de los convencionales papel o productos de papel. El papel convencional descansa en la física de las "bobinas continuas", o el entrelazado de fibras, para aportar la matriz estructural y la masa, así como también, el ligante del papel. Sin embargo, la matriz ligante en las láminas hechas según la presente invención implica la interacción entre el ligante de almidón, las fibras y los componentes de las cargas minerales inorgánicas opcionales (y hasta cierto grado, el éter celulósico). Las fibras actúan principalmente de componente reforzante para, en concreto, añadir resistencia a la tracción y flexibilidad pero no están unidas a la vez por medio de la física de la bobina continua hasta cualquier grado sustancial.

Por último, el término "microcomposición" se refiere al hecho de que la composición de la lámina no es meramente un compuesto o mezcla sino que es una matriz diseñada de materiales discretos, concretos en un micronivel, los cuales son de tamaños, formas y constitución química diferentes. Los materiales están lo suficiente bien ligados y son interactivos de manera que las propiedades únicas de cada uno se evidencian por completo en el compuesto final (por ejemplo, la resistencia a la tracción de la matriz tiene una correlación directa con la resistencia a la tracción de las fibras y el ligante de almidón).

A la luz de estas definiciones y principios, los materiales que incluyen un ligante de almidón, fibras (tanto orgánicas como inorgánicas) y, opcionalmente, un agregado inorgánico se pueden combinar y moldear en una variedad de productos, incluyendo láminas con propiedades similares a las del papel o cartón convencionales. Las láminas ligadas con almidón fabricadas según la presente invención pueden también sustituir a las láminas hechas de plástico, \hbox{poliestireno} e, incluso, metal. Estas láminas se pueden cortar y formar (tal como mediante doblado, plegado o laminado) en una variedad de envases y otros artículos manufacturados. El procedimiento de esta invención, incluyendo las láminas hechas con el mismo, son, en particular, útiles en la producción en masa de recipientes y envases desechables, tales como para la industria de la comida rápida.

1. Exposición general A. Productos de papel convencional

"Papel" es un término general para una amplia gama de bandas continuas mates o afieltradas de fibra vegetal (en su mayoría madera) que se han formado en un tamiz de una suspensión acuosa. Los productos en láminas que la mayoría de las personas llaman "papel" o "papel cartón" son, en general "papel de árbol" porque se fabrican de pasta maderera derivada de árboles. Aunque el papel de árbol puede incluir cargas inorgánicas o extensores, almidones, u otros componentes de poca importancia, debe ser típico que contenga un contenido relativamente alto de fibras de madera, en general, desde, aproximadamente 80% hasta tan alto como 98% en volumen de la lámina de papel. Esto es porque las fibras deben siempre tener concentraciones lo bastante altas como para que se liguen juntas por medio de la física de las bobinas continuas.

Con el fin de obtener las bien conocidas propiedades que son típicas del papel, sustitutos ..... variedad de plantas de fibras (conocidas como "fibras secundarias"), tales como paja, lino, abacá, cáñamo, bagazo. Al papel resultante se le llama con frecuencia "papel vegetal". A la amplia categoría del papel basado en la celulosa, principalmente papel vegetal, papel botánico, o papel de árbol, se les denominará de aquí en adelante, de manera colectiva, "papel convencional".

Es típico, en la fabricación de papel convencional, usar un proceso kraft o con sulfito para formar la lámina de pasta papelera. En el proceso kraft las fibras de pasta de madera se "calcinan" en un proceso con NaOH para descomponer las fibras. En el proceso con sulfito se usa ácido en el proceso de desintegración de las fibras. En estos dos procesos las fibras se procesan primero con el fin de liberar las ligninas encerradas dentro de las paredes de las fibras. Sin embargo, cuando las ligninas se separan de la fibra, se pierde mucha de la resistencia de la fibra. Como el proceso con sulfito es aún más severo, la resistencia del papel hecho con el proceso del sulfito tendrá, en general, solo aproximadamente el 70% de la resistencia de papel hecho con el proceso kraft.

Una vez que la madera se ha convertido en pasta papelera mediante el proceso kraft o el del sulfito se procesa aún más en una batidora con el fin de liberar más ligninas y hemicelulosa dentro de las fibras y también para deshilachar las fibras. La lechada resultante, la cual en general contiene, aproximadamente, 99,5% de agua y solo, aproximadamente, 0,5% de pasta papelera se somete a un fuerte batido con el fin de desprender bastante hemicelulosa y deshilachar la fibras lo suficiente como para formar una mezcla fibrosa que, en esencia, es autoligante por medio de un efecto de trama entrelazadora entre las fibras, incluyendo ligante de hidrógeno. Sin embargo el coste de un tratamiento tan rudo es tal que las fibras desarrollan fisuras importantes a lo largo de toda la longitud de la fibra, resultando de este modo una pérdida de mucha de su resistencia a la tracción, al desgarramiento y a la ruptura. Como es necesario que la fabricación descanse en la física de la bobina de papel continuo para obtener la ligazón y la integridad estructural requeridas para la lámina de papel, se debe añadir un porcentaje relativamente alto de fibras (es usual un 80%, al menos) a la lámina de papel.

La lechada altamente acuosa, o las materias primas, casi se desagua entonces colocando primero la lechada en un tamiz poroso o criba de tela metálica y luego "exprimiendo" el agua usando una pasada de rodillos. El primer proceso de desaguado da por resultado una lámina con un contenido de agua de, aproximadamente, 50 a 60%. En ningún punto, en la fabricación de papel convencional, están la lechada fibrosa o las materias primas en una condición "moldeable" de tal manera que se puedan moldear como en la presente invención. La lámina de papel, secada en parte después del desaguado inicial, se seca aún más calentando la lámina, con frecuencia, por medio de rodillos calentados. Debido al proceso de fabricación de papel, así como también a las limitaciones impuestas por la física de las bobinas de papel continuo, ha habido un límite superior en la cantidad de cargas de agregado inorgánico que se pueden impregnar dentro de una lámina de papel convencional.

La presente invención, en agudo contraste, no descansa en la física de las bobinas de papel continuo para
ligar ...... componente, y hasta cierto grado el componente de éter celulósico, proporcionan la mayoría de las resistencias a la tracción y flexural de las láminas. El ligante de almidón interactúa consigo mismo como agente ligante, así como también con las fibras y demás componentes sólidos hasta cierto grado.

El resultado es la capacidad para incluir mucha menos fibra dentro de las láminas mientras que se mantienen los efectos beneficiosos de la resistencia a la tracción, flexural y a la ruptura, y de la flexibilidad impartida por las fibras. Empleando menos fibra, mientras que se mantienen las buenas propiedades de resistencia permite la producción más económica de láminas, envases u otros artículos (en comparación con el papel) porque (1) las fibras son más caras que las cargas inorgánicas e incluso el ligante de almidón; (2) la inversión de capital para el equipo de procesado es mucho menor, y (3) minimizando el contenido de fibras también se reduce la cantidad de contaminantes asociados con la fabricación de fibras dentro del medio ambiente.

Las láminas hechas según la presente invención tienen propiedades similares a las del papel de árbol o vegeta, tales como la resistencia a la tracción, flexural y a la ruptura, incluso aún cuando solo aproximadamente desde la mitad a un tercio de fibra se use en la presente invención. Esto se debe en parte al hecho de que las fibras usadas en la presente invención sufren muchas menos operaciones de proceso que las fibras usadas para hacer papel. También se debe a la inclusión de cantidades relativamente grandes de almidón como ligante y componente estructural.

La presente invención, además de la inclusión de concentraciones mucho más altas de cargas de agregado inorgánico, difiere de los procesos de fabricación de papel convencional en un número de maneras. Primero, se usa mucha menos agua en las mezclas moldeables (es usual menos de aproximadamente 50% en peso) de la presente invención en comparación con las lechadas de papel convencional, las cuales es típico que contengan agua en una cantidad de, al menos, 97% en peso, incluso hasta 99% de agua. Más importante, las láminas hechas según la presente invención se forman partiendo de un mezcla coherente aunque moldeable en lugar de desde una lechada acuosa que una vez puesta en una forma mantendrá, en general, su forma a menos que se moldee o se actúe más sobre ella.

B. Laminas, envases y otros artículos

El término "lámina" tal como se usa en esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas está destinado a incluir cualquier lámina casi plana, ondulada, curvada, doblada, o con textura, hecha usando las composiciones y los métodos aquí descritos. La única limitación composicional esencial es que la matriz ligante comprenda almidón formado por gelificación de gránulos de almidón durante el proceso de fabricación de láminas. Las láminas ligadas con almidón pueden incluir revestimientos orgánicos, impresiones, otras láminas laminadas a las mismas, etc.

Las láminas fabricadas según el procedimiento de la presente invención pueden tener espesores que varíen muchísimo en función de la aplicación particular para la cual se destine la lámina. Estas láminas pueden ser tan finas como, aproximadamente, 0,01 mm y tan gruesas como 1 cm o más cuando la resistencia, durabilidad y/o la masa son consideraciones importantes.

El término "envase" según se usa en esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas está destinado a incluir cualquier artículo, o recipiente utilizado para guardar, expender, embalar, dosificar, o enviar diversos tipos de productos u objetos (incluyendo pero sin limitarse a productos alimenticios y bebidas). Ejemplos concretos de tales envases se indican con detalle abajo e incluyen, entre otros, cajas, vasos, "conchas de almeja", jarras, botellas, platillos, tazones, receptáculos, banastas, cajas para cereales, cajas para alimentos congelados, cartones para leche, portadores para recipientes de bebidas, platos, hueveras, tapaderas, pajitas, sobres, u otros tipos de portadores. Además de los recipientes formados de una manera integral, los productos de contención usados junto con recipientes también están destinados a que se les incluya dentro del término "envase". En tales artículos se incluye, por ejemplo, tapaderas, forros, compartimentos, envoltorios, materiales amortiguadores, utensilios y cualquier otro producto usado en el envasado, almacenaje, envío, envasado en raciones, servicio o dispensación de un objeto dentro de un envase.

Además de láminas y envases, cualesquiera artículos que se puedan formar usando las láminas ligadas con algodón descritas en este documento también se encuentran dentro del ámbito de la presente invención. En estos se encuentran artículos tan dispares como, por ejemplo, aeromodelos, cubiertas para libros, teclados para juegos, juguetes, persianas venecianas, tubos para envíos por correo, hormas para embalaje de camisas, tapetes para mesas y viseras temporales para ventanillas de coches.

Las frases "producible en masa" o fabricado de una manera "comercial" o "económica" están destinadas, en esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas, a referirse a una capacidad de las láminas descritas aquí para que se fabriquen con rapidez a un ritmo que hace que su fabricación sea económicamente comparable a las láminas hechas con otros materiales, tales como papel, cartón, poliestireno o metal. La presente invención está dirigida a composiciones innovadoras que solucionan los problemas de la técnica al incorporar un alto porcentaje de almidón dentro de láminas producidas en masa y fabricadas usando rodillos formadores calentados.

Con el término "sólido" o "total de sólidos" se intenta incluir cualquier mezcla que sea un sólido antes de que se vaya a mezclar con agua. En esto se incluyen fibras, cargas inorgánicas, almidón o éteres celulósicos, etc.

Una ventaja de las láminas ligadas con almidón hechas según la presente invención (así como también los envases, materiales impresos u otros artículos fabricados con las mismas) es que su desecho impacta en el medio ambiente mucho menos que el papel, cartón, plásticos, poliestireno, vidrio o productos metálicos. Las láminas de la presente invención son tanto reciclables con facilidad e, incluso si no se reciclan, se degradarán fácilmente, como que se descomponen, cuando están expuestas a la humedad, presión y demás fuerzas ambientales, en componentes que son complementarios de ...... agua y luego se degradan con facilidad por la acción microbiana. Las fibras también se degradan con facilidad y están incluidas en cantidades mucho más pequeñas, para empezar, en comparación con el papel. En cualquier caso, la carga inorgánica es inerte y compatible con la tierra.

Por el contrario, un vaso o lata de poliestireno, plástico o metal que se arroje a un lago o arroyo durará durante décadas, quizás siglos. Incluso los artículos de papel o cartón pueden persistir durante meses, incluso años, si las condiciones para su descomposición no son perfectas. Al contrario, las láminas o los envases y demás artículos hechos con las láminas de la presente invención se descompondrán con rapidez, en cuestión de horas o días, en función de la cantidad de humedad presente.

C. Composiciones moldeadoras

Las expresiones "composición moldeadora", "mezcal moldeable" o "mezcla ligada con almidón" tienen significados intercambiables y se referirán a una mezcla cargada con almidón que se pueda moldear en las láminas que se dan a conocer en este documento. Tales mezclas se caracterizan en que tienen una importante cantidad de gránulos de almidón desgelatinizado, una menor cantidad de un éter celulósico, cantidades variables de fibras y cargas minerales, y agua, para formar una mezcla que tenga una consistencia moldeable similar al plástico. Según se usa en esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas la expresión "total de sólidos" incluirá a todos los sólidos tanto si están suspendidos como si están disueltos dentro de la fase acuosa de la mezcla. La mezcla moldeable puede también incluir otras mezclas tales como plastificantes, lubricantes, dispersantes, materiales hidráulicamente fraguables y agentes formadores de espacios vacíos.

Las mezclas moldeables se caracterizan porque tienen un límite elástico relativamente alto lo cual las hace altamente trabajables y coherentes, aunque toman forma estable inmediatamente o poco después de que se les haya moldeado en la forma que se desee. Las expresiones "composición moldeadora", "mezcla moldeable" o "mezcla basada en almidón" se referirán a la mezcla con independencia del grado de secado que haya tenido lugar. Tales mezclas incluirán las mezclas que sean altamente trabajables, aquellas que estén secadas en parte y aquellas que se han secado por completo (aunque será usual que cierta cantidad de agua permanezca dentro de las láminas como agua ligada con el ligante de almidón).

Después de que a la composición se le ha dado la forma de lámina, se ha calentado para gelatinizar los gránulos de almidón y se ha secado, al menos en parte, la lámina o el artículo hecho con la misma tendrán "una matriz estructural ligada con almidón" o "una matriz ligada con almidón cargada inorgánicamente".

D. Ligantes poliméricos orgánicos

Las composiciones moldeadoras usadas para fabricar las láminas ligadas con almidón y otros artículos desarrollan propiedades de resistencia por medio del secado de un ligante polimérico orgánico dispersable en agua y casi solvatado, predominantemente el almidón ...... una cantidad de agua a la mezcla lo suficiente para formar una mezcla con propiedades parecidas a las del plástico. Después de esto, el ligante orgánico dispersable en agua desarrollará sus propiedades de resistencia máxima por medio de la eliminación de agua por evaporación. El ligante orgánico afecta a la reología de la mezcla moldeable, en particular al éter celulósico, que se disuelve o gelatiniza en presencia de agua fría.

Los ligantes poliméricos orgánicos dispersables en agua, contemplados en la presente invención, se pueden, en general, organizar en las siguientes categorías: (1) almidones, en general, gránulos de almidón sin modificar, (2) éteres celulósicos que tienen una termoprecipitación y capacidades para formar película, y (3) otros espesantes y/o ligantes orgánicos los cuales son compatibles con almidones y éteres celulósicos, tales como polisacagregados, proteínas y materiales orgánicos sintéticos.

1. Almidón

Las láminas de la presente invención desarrollan la mayor parte de su resistencia por la gelificación de un ligante basado en almidón dentro de agua seguida por la eliminación del agua por evaporación. El almidón es una cadena de hidratos de carbono naturales que comprende moléculas polimerizadas de glucosa que se encuentran en la naturaleza en forma de gránulos. Los gránulos de almidón incluyen dos tipos diferentes de cadenas de glucosa: amilosa de cadena única sin ramificar y amilopectina ramificada de varias cadenas.

Los gránulos de almidón son, en general, insolubles en agua fría, sin embargo, si la membrana exterior de los gránulos se ha roto por, por ejemplo, molturación los gránulos pueden hincharse en agua fría para formar un gel. Cuando los gránulos intactos se exponen al agua caliente estos gránulos se hinchan y una porción de almidón soluble (amilosa) se difunde a través de la pared del gránulo para formar una pasta. Los gránulos, en agua caliente, se hinchan hasta tal grado que estallan, resultando la gelificación de la mezcla. La temperatura exacta a la que el ligante basado en almidón se hincha y gelifica depende del tipo de almidón.

La gelificación es un resultado de los polímeros de amilosa lineal, los cuales están, al principio, comprimidos dentro de los gránulos, estirándose y entrelazándose entre sí y con las cadenas de la amilopectina. Después de que se ha eliminado el agua, la malla resultante de cadenas poliméricas interconectadas forma un material sólido que puede tener una resistencia a la tracción de hasta, aproximadamente, 40 a 50 MPa. Las láminas ligadas con almidón y reforzadas con fibras pueden tener resistencias a la tracción variables de hasta, aproximadamente, 100 MPa, en función de los tipos y concentraciones de almidón y fibras dentro de las láminas.

Aunque el almidón se produce en muchas plantas, las fuentes más importantes son las semillas de cereales tales como el maíz, maíz ceroso, trigo, sorgo, arroz, y arroz ceroso los cuales también se pueden usar en estado de harina o fracturado. En otras fuentes de almidón se incluyen tubérculos ...... arrurruz y la esencia de palma de sagú. Hoy día los almidones preferidos son el almidón de patata y el almidón de maíz ceroso.

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Los diferentes almidones nativos tienen temperaturas de gelificación variables. Por ejemplo, es típico que el almidón de patata tenga una gelificación a aproximadamente 65ºC, el almidón de maíz tenga una gelificación a aproximadamente 95ºC y el almidón de maíz ceroso tenga una gelificación a aproximadamente 70ºC. Cualquier almidón sin modificar puede valer dentro de la presente invención. Sin embargo, en general, la adherencia de las láminas recién formadas se reducirá muchísimo mientras que el tipo de almidón que se use tenga una temperatura de gelificación que sea más alta que la temperatura de termoprecipitación del éter celulósico que se esté empleando en la misma composición moldeadora. Esto permite el uso de un rodillo formador que tenga una temperatura a, o por encima de, la temperatura de termoprecipitación del éter celulósico pero que esté por debajo de la temperatura de gelificación del almidón. Esto, a su vez, permite la ventajosa creación de piel de éter celulósico en la superficie de la recién formada lámina fina en caliente debido a la termoprecipitación del éter celulósico y al secado parcial de la lámina a media que va pasando entre los rodillos formadores.

En general los ligantes basados en almidón sin modificar son más preferidos que los ligantes basados en almidón modificado porque los almidones sin modificar son muchísimo menos caros. Más importante, los almidones sin modificar no llegarán a gelatinizarse hasta el punto en el proceso de fabricación de la lámina en el cual la lámina se caliente hasta la temperatura de gelificación del almidón. Los almidones modificados o los almidones que se gelatinizan antes de la formación de la película no pegajosa, mediante el secado del éter celulósico, harán que la lámina fina en caliente se adhiera a los rodillos formadores.

Una composición de almidón puro puede absorber humedad ambiental del aire de tal manera que, en equilibrio, el agua se halle presente, en general, en una cantidad de, aproximadamente, 10 al 12% en peso de la composición. Cuando en la composición se añaden agregados inorgánicos y fibras, tal como en la presente invención, el agua estará presente en una cantidad de, aproximadamente, 3 al 6% en peso de la composición total en equilibrio debido al menor total de almidón en la composición. El contenido final de agua en el producto formado es desde, aproximadamente, el 10 hasta el 15% en peso del almidón.

La concentración de ligante basado en almidón en las mezclas moldeables de la presente invención está dentro del intervalo de desde, aproximadamente, 5% hasta, aproximadamente 90%, en peso del total de sólidos, siendo preferible desde, aproximadamente 15% hasta, aproximadamente 75% en peso, y más preferible desde, aproximadamente, 30% hasta, aproximadamente, 60% en peso.

2. Éteres celulósicos

Los éteres celulósicos usados en la presente invención están incluidos en cantidades mucho más pequeñas dentro de la mezcla moldeable en comparación con el ligante de almidón. Mientras que los éteres celulósicos ...... el coste de usar solo el éter celulósico como ligante es mucho más alto que cuando el almidón es el ligante principal. Así, es económicamente más factible usar un alto contenido de almidón con una cantidad relativamente baja de éter celulósico para evitar la pegajosidad. El resultado es una lámina con una calidad más alta que tenga mayor flexibilidad y resistencia a la tracción. Se puede usar cualquier éter celulósico con propiedades de termoprecipitación.

En los éteres celulósicos apropiados se incluyen, por ejemplo, metilhidroxietilcelulosa, hidroximetiletilcelulosa, carboximetilcelulosa, metilcelulosa, etilcelulosa, hidroextilcelulosa, hidroxietilpropilcelulosa y similares, así como también mezclas o derivados de las mismas. El intervalo completo de posibles permutaciones es enorme y no se numerará aquí, pero también se pueden usar otros éteres celulósicos con propiedades de termoprecipitación.

Un éter celulósico preferido es Methocel® (disponible en Dow Chemical), un producto de metilcelulosa. Methocel tiene una temperatura de termoprecipitación de, aproximadamente, 70ºC. Otro éter celulósico preferido es Tylose®FL 15002, el cual tiene una temperatura de termoprecipitación de, aproximadamente, 85ºC. Se puede emplear una mezcla de éteres celulósicos con diversas propiedades y temperaturas de termoprecipitación. Uno con una experiencia corriente en la técnica sabrá cómo seleccionar un éter celulósico que tenga una temperatura de termoprecipitación que sea inferior a la temperatura de gelificación de los gránulos de almidón con el fin de reducir la adherencia entre los rodillos y la lámina fina en caliente durante el proceso de formación de láminas.

Algunos ligantes basados en celulosa se pueden también polimerizar en tres dimensiones en solución; un ejemplo de esto es Cellosize®, un producto de hidroxietilcelulosa disponible en Union Carbide. El Cellosize® se puede reticular en agua con resinas de dialdehidos, ureas de metilol o melanina y formaldehido, formado de este modo un ligante menos soluble en el agua.

Los éteres celulósicos usados en la mezclas moldeables de la presente invención están, de preferencia, incluidos en un intervalo desde, aproximadamente, 0,5% hasta, aproximadamente, 10% en peso del total de sólidos, siendo preferible en el intervalo de desde, aproximadamente 1% hasta, aproximadamente 5% en peso, y lo más preferido desde, aproximadamente, 2% hasta, aproximadamente, 4% en peso.

3. Otros ligantes orgánicos

Aunque los ligantes de almidón y los ligantes de éter celulósico son los preferidos en las composiciones se pueden también usar otros materiales ligantes orgánicos. Por ejemplo, en otros ligantes basados en polisacagregados se incluyen ácido algínico, picocoloides, agar, goma arábiga, goma de guar, goma de semilla de acacia, goma karaya, y goma tragacanto y mezclas o derivados de los mismos, por ejemplo, Zein® (una prolamina derivada del maíz), colágeno (extraído de tejido conector y huesos de animales) y derivados de los mismos, tales como gelatina y cola, caseína
(los ......

Se pueden usar ligantes orgánicos sintéticos entre los que se incluye, por ejemplo, pirrolidona polivinílica, polietilenglicol, alcohol polivinílico, éter polivinilmetílico, ácidos poliacrílicos, sales de ácidos poliacrílicos, ácidos polivinilacrílicos, sales de ácidos polivinilacrílicos, poliacrilimidas, polímeros de óxido de etileno, ácido poliláctico, látex (el cual es una categoría amplia que incluye una variedad de sustancias polimerizables formadas en una emulsión acuosa, un ejemplo de las cuales es el copolímero de estireno y butadieno), y mezclas o derivados de los mismos.

Es preferible que el contenido total de ligante orgánico en una lámina endurecida esté dentro de un intervalo desde aproximadamente 6% hasta aproximadamente 90% en peso del total de sólidos en la lámina endurecida, siendo más preferible dentro del intervalo de desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 80% y lo más preferible dentro del intervalo de desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 60% en peso.

4. Características del ligante orgánico durante la formación de láminas

Aunque se ha reconocido por la presente invención que los éteres celulósicos (por ejemplo, Methocel) aportan un rendimiento óptimo cuando se fabrican láminas usando procesos de extrusión y rodillos, los éteres celulósicos tienen la desventaja de ser muy caros comparados con los demás componentes usados para hacer las láminas. El almidón es un buen ligante y mucho menos costoso que los éteres celulósicos, pero tiene la desventaja de ser muy pegajoso o viscoso cuando se use como único ligante orgánico en los procesos de formación de láminas, haciendo con frecuencia que las láminas se adhieran para pegare a los rodillos, lo que hace la producción de láminas en masa sea problemática.

La presente invención proporciona el uso de almidón en lugar de una gran cantidad de éter celulósico. Esta combinación de pequeña cantidad de éter celulósico con un ligante de almidón proporciona las ventajas de reducir sustancialmente el coste de fabricación de las láminas, a la vez que se evita que el almidón se pegue a los rodillos durante el proceso de formación de las láminas. Además incluyendo cantidades relativamente grandes de almidón da por resultado láminas que son más fuertes y menos frágiles que las láminas que incluyen una gran cantidad de ligantes de éter celulósico.

En un procedimiento preferido de la invención presente se añaden gránulos de almidón desgelatinizado sin modificar a la mezcla moldeable antes del calentamiento durante el proceso de formación de las hojas que con mayor detalle se expone abajo. La mezcla moldeable se hace pasar entre un juego de rodillos calientes los cuales se calientan para producir la termoprecipitación del éter celulósico (la cual es aproximadamente 70ºC para el Methodel), lo que hace que se precipite para formar una piel no pegajosa en la superficie de la lámina formada. Los gránulos de almidón están encapsulados por el ligantes de película de éter celulósico precipitado en la superficie de la lámina, evitando de este modo que el ligante de almidón se pegue a los rodillos tras la gelificación de los gránulos de almidón. El éter celulósico actúa de este modo como ligante de película. A medida que el almidón dentro de la lámina llega a gelatinizarse y luego a secarse por medio de la eliminación de agua por evaporación, se convierte en el ligante principal que liga a la vez otros sólidos ......

Al mezclar a la vez los componentes de la mezcla moldeable es importante que el ligante basado en almidón no esté sometido a fuerzas de cizallamiento lo suficiente grandes para romper o fraccionar los gránulos de almidón sin modificar. Esto podría causar una gelificación prematura y la adherencia de la mezcla a los rodillos. También es importante mantener la mezcla a una temperatura por debajo de la temperatura de gelificación del ligante basado en almidón por la misma razón. En los ligantes preferidos basados en almidón se incluyen almidones sin modificar que se gelan a una temperatura a, o por encima de, la temperatura de termoprecipitación del éter celulósico para permitir la formación de la piel de éter celulósico en la superficie de la lámina antes de la gelatinización de los gránulos de almidón.

E. Agua

El agua se añade la mezcla moldeable con el fin de disolver o, al menos, dispersar, el ligante orgánico dentro de la mezcla. El agua también contribuye a dispersar los demás componentes sólidos, tales como las libras y cargas inorgánicas, por toda la mezcla moldeable. Como tal el agua realiza la función de crear una mezcla moldeable que tenga las propiedades reológicas deseadas, incluyendo viscosidad y límite elástico.

Con el fin de que la mezcla moldeable tenga una trabajabilidad adecuada se debe añadir agua, en general, en cantidades suficientes para humedecer cada una de las partículas de agregado, fibras o demás partículas sólidas, para solvatar o, al menos, dispersar el ligante orgánico, y, al menos en parte, llenar los intersticios o vacíos entre las partículas. En algunos casos, tales como cuando se añade un dispersante o un lubricante, la adecuada trabajabilidad se puede mantener mientras que se use menos agua al principio.

La cantidad de agua que se tiene que añadir a la mezcla moldeable se debe equilibrar con mucho cuidado para que la mezcla sea lo suficiente trabajable, mientras que, al mismo tiempo, se reconoce que bajando el contenido de agua inicial disminuye la cantidad de agua que hay que eliminar para formar un lámina endurecida. La reología apropiada para llenar estas necesidades se puede definir en términos de límite elástico. Es preferible que el límite elástico de la mezcla moldeable esté dentro del intervalo de desde aproximadamente 2 kPa hasta aproximadamente 5 MPa, más preferible dentro de un intervalo de desde aproximadamente 100 kPa hasta aproximadamente 1 MPa, y lo más preferible dentro de un intervalo de desde aproximadamente 200 kPa hasta 700 kPa. El nivel deseado de límite elástico se puede ajustar y optimizar para el proceso particular que se esté usando para formar la lámina.

En algunos casos puede ser deseable incluir al principio una cantidad relativamente alta de agua ya que el exceso de agua se puede eliminar por evaporación, no obstante una de las características más importantes de las presente invención, comparada con la fabricación de papel convencional es que la cantidad de agua que al principio está dentro de la mezcla moldeable será mucho menor que la cantidad de agua que es normal encontrar en las lechadas fibrosas usadas para hacer papel convencional. Esto resulta en una mezcla con un límite elástico y estabilidad de forma mucho más grandes comparados con ......mezcla moldeable para obtener un material autoportante y coherente (es decir, material estable en su forma) es mucho menos en el caso de la mezclas de la presente invención comparadas con las lechadas usadas para fabricar papel convencional. Más aún, las láminas finas en caliente, de la presente invención, tienen una cohesividad y coherencia internas mucho más grandes comparadas con las lechadas fibrosas puestas en húmedo.

La cantidad de agua que se tiene que añadir a la mezcla dependerá hasta un gran grado de la cantidad de almidón u otros componentes que absorben agua, fibras, cargas inorgánicas y de la densidad de condensación corpuscular de las cargas. También dependerá de la reología deseada en la mezcla moldeable. La cantidad de agua que se añadirá para formar las mezclas moldeables de la presente invención estará dentro del intervalo de desde, aproximadamente, 5% hasta, aproximadamente, 50% en peso de la mezcla moldeable, siendo más preferible dentro del intervalo de desde, aproximadamente, 10% hasta, aproximadamente, 70% en peso y, lo más preferible, dentro del intervalo desde, aproximadamente 20% hasta, aproximadamente, 50% en peso. Uno que sea experto en esta técnica será capaz d ajustar el nivel de agua para obtener la adecuada trabajabilidad para cualquier proceso de fabricación dado.

En la mayoría de los casos será preferible incluir la cantidad mínima de agua necesaria para dar a la mezcla moldeable el nivel deseado de trabajabilidad, reduciendo de este modo la cantidad de agua que hay que eliminar de la lámina procesada. La disminución de la cantidad de agua que se tiene que eliminar reduce, en general, el coste de fabricación, ya que la eliminación de agua por evaporación requiere consumo de energía.

F. Cargas inorgánicas

Se pueden, opcionalmente, usar materiales inorgánicos de los que se usan en la industria papelera, así como materiales agregados finamente molidos, usados en la industria hormigonera, en las mezclas moldeables de la presente invención. Sin embargo, el tamaño de los materiales agregados o de carga inorgánica será, con frecuencia, más grande que los materiales de carga inorgánica usados en la industria papelera. Mientras que el diámetro medio de las partículas dentro de las cargas inorgánicas usadas en la industria papelera será usualmente menos de 2 micrómetros, el diámetro particular medio de los materiales agregados usados en la presente invención puede, en algunos casos, ser de hasta 100 micrómetros o mayor en función del espesor de la pare de la lámina resultante y, por lo tanto, será, en general menos caro y tendrá un área superficial específica menor.

Los materiales de las cargas inorgánicos usados en la industria papelera tienen, en general, un tamaño mas uniforme comparados con las cargas usadas en la presente invención. En general, es con frecuencia preferible una amplia gama de granulometrías en la presente invención con el fin de aumentar la densidad natural de condensación particular de la carga dentro de la mezcla. El uso de partículas de tamaño en general más grande y más variable resulta en una reducción adicional del coste del componente de la carga inorgánica comparado con el de los materiales de carga inorgánica usados en la industria papelera ...... requeridos en la industria papelera, así como manteniendo una uniformidad general de la granulometría.

El intervalo sumamente aumentado de al granulometría permite usar una variedad mayor de materiales agregados inorgánicos en la presente invención en comparación con la fabricación de papel convencional. Por lo tanto, los materiales agregados de la presente invención se pueden seleccionar para impartir una variedad mucho más grande de propiedades a la lámina final. Además, las cargas de condensación de partículas proporcionan una mezcla más modelable en comparación con las típicas lechadas usadas para fabricar papel convencional. En comparación con el papel convencional se puede incorporar mucho más agregado inorgánico, de manera opcional, dentro de los materiales de la presente invención ya que en lugar de la física de las bobinas continuas es un ligante orgánico el que mantiene la hoja junta.

En los ejemplos de agregados útiles se incluyen la perlita, vermiculita, arena, grava, piedra caliza, gres, perlas de vidrio, aerogeles, xerogeles, mica, arcilla, arcilla sintética, alúmina, sílice, cenizas volantes, sílice ahumado, sílice fundido, alúmina tabular, caolín, microesferas, esferas huecas de vidrio, esferas cerámicas porosas, yeso, dihidrato de yeso, carbonato cálcico, aluminato cálcico, corcho, semillas, polímeros de peso ligero, xonolita (un gel de silicato cálcico cristalino), arcillas expandidas de peso ligero, partículas de cemento hidratado o deshidratado, productos de residuos de hormigón, pómez, roca exfoliada y otros materiales geológicos. El cemento hidratado o hidratado en parte, así como también la sílice ahumada, tienen un área superficial alta y aportan excelentes ventajas, tales como una alta cohesividad a la lámina recién formada.

Los diferentes agregados inorgánicos impartirán sus características superficiales únicas a la lámina y se pueden elegir de acuerdo con esto. Por ejemplo, el caolín da un acabado más suave, menos poroso, mientras que los materiales en forma de placas tales como la mica y otras arcillas producen una superficie brillante. Es típico que los agregados más grandes, tales como el carbonato cálcico producen una superficie mate, mientras que las partículas más pequeñas producen una superficie parecida a la del vidrio. La ventaja de la presente invención sobre la fabricación de papel convencional es que cualquiera de estos materiales agregados se puede añadir directamente dentro de la matriz.

Un material agregado preferido para el uso en la presente invención es carbonato cálcico. En particular se prefiere un carbonato cálcico secado en bocarte ya que se puede conseguir a una tercera parte del coste del carbonato cálcico obtenido por medio de molienda en húmedo. Un carbonato cálcico preferido es R040, el cual tiene un intervalo granulométrico desde aproximadamente 10 hasta 150 micrómetros, con una granulometría media de aproximadamente 42 micrómetros, un aérea superficial específica baja.

Tanto la arcilla como el yeso son, en particular, materiales agregados útiles debido a su fácil disponibilidad, sumamente bajo coste, trabajabilidad, facilidad de formación y porque también puede aportar un grado de ligazón, cohesividad y resistencia si se les añade en cantidades lo suficiente altas ...... en presencia de agua, el cual es una clase de ligante hidráulicamente ajustable. Después de la hidratación, el yeso se endurece formando una estructura rígida en función de su concentración impartiendo de este modo resistencia ligante adicional retardada al producto final.

El cemento hidráulico, tal como el cemento Pórtland, se puede añadir en calidad de material de carga inorgánica dentro de las mezclas moldeables de la presente invención. Los cementos hidráulicos son relativamente económicos y abundantes y pueden impartir un cierto grado de ligazón a la matriz ligada con almidón si se incluyen en cantidades lo suficiente altas. Además, el cemento hidráulico reacciona químicamente con agua, causando de este modo un efecto de secado interno dentro de la mezcla moldeable lo cual elimina, de manera eficaz, al menos algo del agua dentro de la mezcla sin la necesidad de evaporación. Lo mismo es cierto para el hemihidrato de yeso y la arcilla calcinada. También se pueden añadir partículas de cemento prehidratado en calidad de carga árida.

Debido a la naturaleza de las mezclas moldeables y de las láminas fabricadas partiendo de las mismas es posible incluir agregados de peso ligero con una gran cantidad de espacio intersticial con el fin de impartir un efecto aislante con las láminas moldeadas. En los ejemplos de agregados que pueden añadir características de peso ligero y aislamiento a las láminas se incluyen perlita, vermiculita, perlas de vidrio, esferas huecas de vidrio, materiales sintéticos (por ejemplo, esferas cerámicas porosas, alúmina tabular, etc.), corcho y arcillas expandidas ligeras de peso, arena, grava, roca, piedra caliza, gres, pómez y otros materiales geológicos,

Además de los agregados convencionales usados en las industrias del papel y del cemento se puede añadir una amplia variedad de otros agregados las mezclas moldeables dentro del alcance de la presente invención, incluyendo reforzantes tales como metales y aleaciones metálicas (por ejemplo, acero inoxidable, hierro y cobre), bolas o materiales en bolas o esféricos (tales como vidrio, poliméricos y metales), limaduras, gránulos y polvos (tales como microsílice). Incluso materias tales como semillas, gelatina y materiales del tipo del agar se pueden incorporar como agregados. Aunque estos últimos agregados son orgánicos y biodegradables con facilidad se incluyen aquí porque actúan como una carga y no como un ligante.

En otra clase de agregados que se pueden añadir a la composición moldeadora se incluyen geles y microgeles inorgánicos tales como gel de sílice, gel de silicato cálcico, gel de silicato alumínico y similares. Estos se pueden añadir en forma sólida o se pueden precipitar in situ. Como los geles y microgeles tienden a absorber agua se pueden añadir para reducir el contenido de agua dentro de la mezcla moldeable, aumentando de este modo el límite elástico de la mezcla. Además, la naturaleza altamente higroscópica de los geles y microgeles basados en sílice les permite que se usen como agentes reguladores de la humedad dentro de la lámina endurecida final. Absorbiendo la humedad del aire los geles y microgeles harán que las láminas retengan una cantidad predeterminada de humedad en condiciones ambientales normales. Desde luego, la velocidad ...... Regulando el contenido de humedad de las láminas permite un control más cuidadoso del alargamiento, módulo de elasticidad, doblabilidad, plegabilidad, flexibilidad y ductibilidad de las láminas.

También está dentro del ámbito de la presente invención la inclusión de materiales agregados inorgánicos, tales como silicatos polimerizables, dentro de la mezcla moldeable. Estos se puede añadir a la mezcla como sílice o silicatos corrientes, los cuales se tratan después para producir una reacción de polimerización in situ para crear el agregado de silicato polimerizado. Los agregados inorgánicos polimerizados son, con frecuencia, beneficiosos en ciertas aplicaciones debido a su aumento de la flexibilidad en comparación con la mayoría de los demás materiales agregados inorgánicos.

En general, según la presente invención, es preferible incluir una pluralidad de agregados de tamaño y grado diferentes capaces de llenar de manera más completa los intersticios entre las partículas de los agregados y las fibras dentro de la mezcla moldeable. La optimización de la densidad de condensación particular reduce la cantidad de agua que se requiere para obtener el nivel de trabajabilidad deseado eliminado espacios que, de otro modo, estarían rellenados con agua intersticial, a la que con frecuencia se le denomina "agua capilar".

Se pueden usar, con el fin de optimizar la densidad de condensación, agregados de tamaños diferentes con granulometrías que varían desde tan pequeñas como aproximadamente 0,05 micrómetros hasta tan grandes como aproximadamente 2 mm. La finalidad y espesor deseados del producto resultante dictaminarán las granulometrías apropiadas de los diversos agregados que hay que usar. Dentro de la experiencia de uno experto en la técnica está el conocer, en general, la identidad y los tamaños de los agregados que hay que usar con el fin de obtener las propiedades reológicas deseadas de las mezclas moldeables de hojas finas en caliente, así como la propiedades de resistencia y peso finales de la lámina endurecida o artículo finales.

Puede que sea deseable, en ciertas realizaciones preferidas de la presente invención, maximizar la cantidad de agregados dentro de la mezcla moldeable con el fin de maximizar las propiedades y características de los agregados (tales como las calidades de resistencia, baja densidad o alto aislamiento). Dentro de la composición moldeadora se puede emplear el uso de técnicas de condensación particular con el fin de maximizar la cantidad de tales agregados.

Una exposición detallada de la condensación particular se puede hallar en el siguiente artículo coautorado por uno de los inventores de la presente invención: Johansen, V. & Andersen,P.J., "Condensación particular y propiedades del hormigón", Ciencia de los materiales de hormigón II, en pgs. 111-147, de la Sociedad Americana de Productos Cerámicos (1991). Hay información adicional disponible en la disertación doctoral de Anderson, P.J., "Control y monitorización de de la producción de hormigón - Un estudio del condensación y la reología particulares" Academia danesa de ciencias técnicas. Para los fines de exposición, el artículo y la disertación doctoral precedentes son ......

En las realizaciones en las que es deseable obtener una lámina (u objeto fabricado partiendo de la misma) con alta capacidad aislante puede que sea preferible incorporar, dentro de la matriz ligada con almidón, un agregado de peso ligero que tenga una baja conductividad térmica o "factor k" (definido como W/m\cdotK). En general, los agregados con un factor k muy bajo contienen también grandes cantidades de espacio intersticial atrapado, aire, mezclas de gases o un vacío parcial el cual tiende a reducir muchísimo la resistencia de tales agregados. Por consiguiente las preocupaciones para el aislamiento y la resistencia tienden a competir y se deben equilibrar con cuidado cuando se diseñe un diseño de mezcla particular.

A la luz de lo anterior, la cantidad de agregado añadido a la mezcla moldeable de esta invención dependerá de una variedad de factores, incluyendo la cantidad y las identidades de los demás componentes añadidos, así como también de la densidad de condensación particular de los mismos agregados. Por consiguiente, la concentración de agregado dentro de las láminas de la presente invención es preferible que esté dentro del intervalo desde 0% hasta aproximadamente 90% en peso del total de sólidos, más preferible dentro del intervalo de desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 80% en peso, y lo más preferible desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 70% en peso.

G. Fibras

Se puede usar un amplio intervalo de fibras en la presente invención con buenos resultado. Según se unas en esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas, las expresiones "fibras" y "material fibroso" incluyen tanto a fibras inorgánicas como a fibras orgánicas. Las fibras se pueden añadir a la mezcla moldeable para aumentar la flexibilidad, ductibilidad, plegabilidad, cohesión, capacidad de alargamiento, capacidad de deflexión, dureza y energía de fractura, así como resistencias flexurales y a la tracción de las láminas y artículos resultantes. Los materiales fibrosos reducen la posibilidad de que las laminas ligadas con almidón o los artículos fabricados partiendo de las mismas se astillarán cuando se apliquen fuerzas transversales.

En las fibras que se pueden incorporar dentro de la matriz de las láminas o artículos se incluyen las fibras orgánicas que se producen de una manera natural, tales como fibras celulósicas extraídas del cáñamo, algodón, hojas de plantas, madera o tallos. En esta invención se puede utilizar cualquier fibra abundante que se pueda plantar y recolectar en un entorno de negocio agrícola. El uso de tales materiales fibrosos produciría el efecto beneficioso adicional para preservar nuestros bosques decrecientes. Además, también se pueden usar fibras inorgánicas hechas de vidrio, grafito, sílice, materiales cerámicos o metálicos.

Las fibras tales como las de algodón, fibras de madera (tanto fibras de madera dura como fibras de coníferas (ejemplos de las cuales incluyen maderas duras del sur como pinos del sur, respectivamente), lino, cáñamo de Manila, cáñamo y bagazo son las preferidas porque se descomponen con facilidad en condiciones normales. Sin embargo se pueden preferir otras fibras en función del uso que se intente dar a, y de los criterios de rendimiento de, la lámina o artículo. Incluso se pueden usar fibras de papel reciclado las cuales son sumamente baratas y abundantes.

Es preferible que las fibras usadas en la fabricación de láminas y otros artículos de la presente invención tengan una alta relación entre la longitud y la anchura (o "relación entre dimensiones") porque las fibras más largas y más estrechas pueden impartir más resistencia a la matriz ligada con almidón sin, de una manera significativa, añadir corpulencia y masa a la matriz. Las fibras deben tener una relación entre dimensiones de, al menos, aproximadamente 10 a 1, y más preferible de, al menos, aproximadamente, 100 a 1.

La cantidad de fibras añadidas a las mezclas moldeables de esta invención variará en función de las propiedades deseadas en el producto final, con la resistencia a la tracción, dureza, flexibilidad y coste siendo los principales criterios para determinar la cantidad de fibra que hay que añadir en cualquier diseño de mezcla. Por consiguiente la concentración de fibras dentro de la presente invención estará dentro del intervalo de desde aproximadamente 3% hasta aproximadamente 40% en peso del total de sólidos, siendo preferible dentro del intervalo de desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 30% en peso, y más preferible desde aproximadamente 7% hasta aproximadamente 20% en peso.

Se podrá apreciar que la resistencia de la fibra es un rasgo muy importante para determinar la cantidad de fibra que hay que usar. Cuanto más alta es la resistencia a la tracción de la fibra menos fibra se debe usar para obtener una resistencia a la tracción dada en el producto resultante. Aunque algunas fibras tengan una resistencia a la tracción, al desgarramiento y al estallido, hay otros tipos de fibras con una resistencia a al tracción inferior que pueden ser más flexibles. La inclusión de una concentración relativamente alta de fibras es, en particular, útil cuando se ha marcado un lámina y se espera que se pliegue en un ángulo más grande.

Las fibras con una relación entre dimensiones más pequeña se colocan con más facilidad dentro de la lámina y dan una lámina con más uniformidad y menos defectos, mientras que una relación entre dimensiones mayor aumenta el efecto que imparte la resistencia de las fibras. Algunas fibras, tales como las de pino sureño y cáñamo, tienen grandes resistencias al desgarramiento al estallido, mientras que otras, tales como las de algodón, tienen una menor resistencia aunque mayor flexibilidad. En el caso en que se desee una mejor colocación, flexibilidad más alta, una resistencia más alta al desgarramiento y al estallido, se puede añadir una combinación de fibras que contengan relaciones entre dimensiones y propiedades de resistencia variables. Por ejemplo, una mezcla de madera dura sureña y pino sureño permite una mejor dispersión de fibras por toda la mezcla moldeable, produciendo una lámina con una dispersión muy buena de las fibras y excelente resistencia al plegado. En cualquier caso, es preferible que las fibras usadas en la presente invención no sufran el intenso procesado de las fibras usadas para fabricar papel convencional y mantener, así, mucha más de su resistencia original. También requieren menos procesado químico.

Se puede conseguir una mejor resistencia al agua tratando las fibras con resina de trementina y alumbre (Al_{2}
(SO)_{4})_{2}) o NaAl((SO)_{4})_{2}), el cual precipita la resina de trementina encima de la superficie de la fibra, ...... crea un sitio de adsorción aniónica en la superficie de la fibra para un ligante orgánico con carga positiva tal como un almidón catiónico.

H. Dispersantes

El término "dispersante" se usa en este documento para hacer referencia a la clase de materiales que se pueden añadir para reducir la viscosidad y el límite elástico de la mezcla moldeable. Los dispersantes actúan para rebajar la viscosidad de la mezcla dispersando las partículas individuales o las fibras de agregado inorgánico. Esto permite el uso de menos agua a la vez que se mantienen los niveles adecuados de trabajabilidad. Los dispersantes actúan de una manera opuesta en comparación a los ligantes orgánicos, los cuales ligan los componentes sólidos juntos, incluso mientras que estén es estado húmedo.

Los dispersantes trabajan, en general, mediante su adsorción encima de la superficie de las partículas áridas y/o dentro de la doble capa casi coloidal de las partículas. Esto crea una carga negativa en, o alrededor de, la superficie de las superficies de las partículas haciendo que se repelan entre sí, lo cual evita que las partículas se aglomeren. Esta repulsión de las partículas añade "lubricación" reduciendo la fricción o las fuerzas de atracción que, de otro modo, harían que las partículas tuviesen mayor interacción. Esto aumenta algo la densidad de condensación del materia y permite la adición de menos agua a la vez que se mantiene la trabajabilidad de la mezcla moldeable. Los dispersantes se tienen que añadir antes de la adición del éter celulósico.

Una descripción más detallada del uso de dispersantes se puede encontrar en la Tesis para el Master de Andersen, P.J., "Efectos de las mezclas orgánicas superplastificantes y sus componentes sobre el potencial cero y propiedades relacionadas de los materiales de cemento", (Laboratorio de Investigación de Materiales de la Universidad del Estado de Pennsilvania, 1987). La anterior tesis para el master se incorpora aquí para fines de exposición mediante referencia específica.

Un dispersante preferido es el condensado de naftaleno y formaldehido condensados, un ejemplo del cual se comercializa con el la marca de fábrica WRDA 19, que está disponible en W.R. Grace, Inc. En otros dispersantes que se pueden usar se incluyen el condensado de melanina y formaldehído condensados, lignosulfonato y el ácido poliacrílico.

La cantidad de dispersante añadido variará, en general, hasta aproximadamente el 5% en peso del agua dentro de la mezcla moldeable, siendo preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 0,50% hasta aproximadamente 4% en peso, y lo más preferible desde aproximadamente 1% hasta aproximadamente 2% en peso.

I. Otras mezclas

También se puede añadir, opcionalmente, una variedad de otros componentes, a la mezcla moldeable, para impartir las propiedades que se deseen a las láminas y productos finales. La flexibilidad se puede aumentar añadiendo plastificantes a la mezcla moldeable. Los plastificantes incluyen materiales que el ligante basado en almidón puede absorber para suavizar la matriz de la lámina formada o ...... para no vaporizarse desde la matriz durante el proceso de formación, y es preferible que permanezca estable después de que la lámina o el artículo se hayan formado.

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En los plastificantes idóneos para uso en la presente invención se incluyen polietilenglicol (por debajo de un peso molecular de 600), glicerina y sorbitol, los cuales tienden a tomar el sitio del agua y funcionan como plastificantes con humedad tan baja como el 5%. Estos plastificantes preferidos no se evaporarán durante el proceso de formación sino que se mantendrán dentro de las láminas y artículos formados con el fin de suavizar la matriz ligada con almidón.

De manera alternativa, se puede aplicar glicerina, la cual se ha descubierto que se elimina con el agua durante el proceso de eliminación del agua, a las láminas en calidad de proceso de tratamiento posterior a la formación de las láminas con el fin de introducir un aumento en la flexibilidad de las láminas y actuar como un humectante. El tratamiento con glicerina tiende también a estabilizar las láminas de manera que sean más resistentes al alabeo si se exponen a pequeñas cantidades de agua, al como cuando se aplique un recubrimiento que lleve agua a las láminas.

Se pueden añadir a la mezcla mezclas de reticulación tales como dialdehido, metiloureas y resinas de melanina y formaldehido para producir una matriz ligada con almidón menos soluble en agua. Las mezclas de reticulación se ligan con los iones de hidroxilo de ligante basado en almidón, lo cual desacelera la velocidad de reabsorción de agua el ligante basado en almidón. Como resultado los artículos finales obtienen estabilidad de la forma a una velocidad más rápida, tiene una resistencia más alta y son capaces de retener líquidos durante más tiempo antes del fallo (por ejemplo, un vaso puede guardar agua durante más tiempo antes de que empiece a tener escapes).

J. Vacíos intersticiales

Cuando el factor prioritario es el aislamiento, y no la resistencia, (es decir, cuando se desee aislar materiales calientes o fríos), puede que sea necesario incorporar vacíos intersticiales muy pequeños dentro de la matriz estructural de las láminas además de los agregados de peso ligero con el fin de aumentar las propiedades de aislamiento de la lámina o del artículo fabricado con la misma. La incorporación de vacíos se calcula con cuidado para impartir el aislamiento requerido y las características de peso ligero si indebida degradación de la resistencia de la lámina. Cuando el aislamiento no es importante, es deseable minimizar los vacíos con el fin de maximizar la resistencia y minimizar el volumen.

Los vacíos de aire se pueden introducir mediante mezclado con alto cizallamiento a alta velocidad de la mezcla moldeable, con un agente espumante o estabilizante añadido a la mezcla para ayudar en la incorporación y retención de vacíos de aire. En los agentes espumantes y de arrastre de aire apropiados se incluyen agentes tensioactivos corrientemente usados. Un espumante y agente que arrastra aire es la resina de vinsol.

Será deseable, durante el proceso de formación de la mezcla moldeable en una lámina, sea calentar la mezcla moldeable con el fin de eliminar agua. Esto también puede dejar porosidad detrás si la lámina no se compacta, lo cual disminuye la densidad de la lámina

Otro agente espumante que se puede usar es una mezcla de ácido cítrico y bicarbonato, o bicarbonato que haya sido procesado en pequeños gránulos o partículas y recubierto con cera, almidón o revestimientos solubles en agua. Estos se pueden usar en la formación de vacíos de dos maneras (1) reaccionar con agua y formar gas CO_{2} con el fin de crear una estructura de espuma celular dentro de la matriz ligada con almidón, o (2) condensar las partículas como parte de la matriz y, después de endurecer la matriz, eliminar las partículas de la espuma mediante calentamiento del producto por encima de 180ºC, lo cual produce una descomposición endotérmica de las partículas dejando atrás una estructura celular bien regulada de peso ligero.

Por último, se pueden introducir vacíos de aire dentro de la mezcla moldeable durante el proceso de moldeo añadiendo un agente soplante a la mezcla que se expandirá cuando se añada calor a la mezcla. Es típico que los agentes soplantes estén formados por un líquido con baja temperatura de ebullición y carbonato cálcico finamente dividido. Estos se mezclan de manera uniforme dentro de la mezcla moldeable y se mantiene a presión mientras se calientan. El agente soplante líquido penetra en los poros de las partículas individuales del carbonato cálcico, los cuales actúan de puntos desde los que el agente soplante se puede evaporar tras la expansión térmica del agente soplante cuando la presión se reduzca de repente.

II. Fabricación de láminas partiendo de mezclas moldeables

Las láminas ligadas con almidón se fabrican moldeando un mezcla moldeable cargada con almidón a temperaturas que aumentan de un modo progresivo con el fin de inducir, primero, a la formación de una piel de éter celulósico, segundo gelatinizar los gránulos de almidón y, tercero, eliminar agua mediante evaporación.

Una descripción detallada del proceso de formación de láminas se puede encontrar en la solicitud de patente en trámite de los EE.UU. con el número de serie 08/152.354, titulada "Láminas con una matriz polimérica orgánica muy altamente cargada inorgánicamente" presentada el 19 de noviembre de 1993, a nombre de Per Just Andersen, Ph. D., y Simon K..Hodson. Esta solicitud se incorpora aquí como referencia específica para fines de exposición que incluyen la fabricación de láminas cargadas inorgánicamente.

Una secuencia comprensible de la producción usada en la fabricación de láminas ligadas con almidón, a las cuales se les puede dar forma de envases u otros artículos, se establece en la figura 1A, incluyendo el aparato para llevar a cabo las siguientes etapas de fabricación: (1) preparación y mezcla de la composición moldeadora, (2) extrusión de la mezcla en forma de lámina u ora forma por medio de la boquilla apropiada, (3) pasada ...... el espesor deseado y (4) pasada de la lámina entre más juegos de rodillos que gelatinizan el almidón y eliminan, al menos, parte del agua de la mezcla secando además la lámina al laminarla en uno o más rodillos secadores calentados de diámetro más grande, (5) opcionalmente, compactación de la lámina mientras que está en una condición de mojada ligeramente con el fin de eliminar vacíos indeseados y aumentar la resistencia de la lámina, (6) opcionalmente, secado de la lámina después de que se ha compactado, (7) opcionalmente, acabado de la lámina pasándola entre uno o más pares de rodillos de acabado, y (8) opcionalmente arrollado de la lámina casi seca en una bobina para formar un rollo que se puede alma-
cenar y usar cuando se necesite. Cada una de estas etapas de fabricación se expone de manera más complete abajo.

Según se muestra en la figura 1B, la mezcla moldeable se puede alimentar, de manera alternativa, directamente entre los rodillos formadores de la lámina. En la figura 1C se representa un aparto extruidor de "movimiento oscilante rápido", el cual alimenta con rapidez un cordón de material atrás y adelante a lo largo de la longitud de las rodillos formadores de láminas, en otro proceso preferido.

En otro procedimiento adecuada para la mayoría de los diseños de mezcla se incluye (1) mezclar la mezcla moldeable en una amasadora mecánica y luego eliminar el aire con aspiradora, (2) extruir y cortar la mezcla en unidades individuales con una forma apropiada (tal como la de un cilindro); (3) transportar las unidades extruidas hasta dentro de un tolva, (4) pasar las unidades extruidas entre un par de rodillos autoalimentados de extruir para formar una lámina, y (5) opcionalmente, secar o, de otro modo, acabar la lámina. La etapa de extrusión contribuye a desairear la mezcla moldeable y las unidades individuales extritas proporcionan una alimentación más uniforme de la mezcla moldeable a la entrada de los rodillos de extrusión.

A. Preparación de la mezcla moldeable

La primera etapa en la fabricación de láminas implica la formación de una mezcla moldeable idónea que tenga las propiedades que se deseen de trabajabilidad y resistencia de la láminas fina en caliente, así como resistencia, flexibilidad, dureza y degradabilidad de la lámina final endurecida. Algunas de las propiedades que, en general, se considera que son importantes, con respecto a la mezcla moldeable son una trabajabilidad adecuada, calidades como las de los plásticos y resistencia de la lámina fina en caliente para un proceso dado de extrusión, laminado y/o moldeado. Según se expone, el nivel de agua, ligante orgánico, y (opción) dispersante determinarán el nivel de trabajabilidad y extruibilidad de la mezcla, como lo harán los demás componentes dentro de la mezcla, tales como agregados, fibras, plastificantes, agentes que arrastran aire, etc. Sin embargo, ningún componente solo determinará por completo la reología y demás propiedades de la mezcla moldeable. En su lugar, cada una de los componentes trabaja junto con los demás de una manera interrelacionada.

1. Efecto de los componentes sobre la reología de la mezcla

La cantidad de agua que se tiene que añadir para conseguir una mezcla con adecuada ...... de la carga inorgánica, la cantidad de fibras, la identidad y cantidad del ligante orgánico y la identidad y cantidad de otras mezclas (tales como dispersantes, plastificantes o lubricantes). Sin embargo, en general, la adición de más agua bajará la viscosidad y el límite elástico de la mezcla aumentando de ese modo la fluidez de la mezcal y bajando la estabilidad de la forma de un objeto moldeado con la misma.

El ligante orgánico puede afectar muchísimo a la reología de la mezcla en función de la identidad, concentración y grado de gelificación o disolución del ligante orgánico en la muestra. El éter celulósico se disolverá, en general, o al menos se dispersará por completo, en el agua. Es preferible que los gránulos de almidón sigan desgelatinizados en la mezcla húmeda hasta el moldeo.

Los éteres celulósicos tienen muchísima variación en los niveles de solubilidad o dispersabilidad en el agua, así como también variables de viscosidad y límite elástico. Por ejemplo una disolución al 2% de Tylose® FL 15002 (una metilhidroxietilcelulosa) a 20ºC tiene una viscosidad de aproximadamente 15000 centipoises mientras que una disolución similar de Tylose® 4000 tiene una viscosidad de aproximadamente 4000 cps. La primera aumenta muchísimo el límite elástico y las propiedades similares al plástico de una mezcla moldeable, mientras que la última puede actuar más como lubricante o plastificante.

El componente de almidón se gelará más tarde durante el proceso de formación de la lámina. Aunque muchos ligantes poliméricos orgánicos, tales como el almidón, ni se polimerizan o despolimerizan cuando se añaden a la mezcla moldeable, sino que más bien se gelan y luego se secan para formar una matriz ligante, está dentro del ámbito de la presente invención el añadir unidades polimerizables solubles en agua o dispersables en agua las cuales después de esto se polimerizan in situ con el tiempo. Se puede regular la velocidad de la reacción de polimerización ajustando la temperatura de la mezcla y/o añadiendo un catalizador o inhibidor. En los ejemplos de unidades polimerizables que se pueden añadir a una mezcla moldeable se incluyen Cellosize y monómeros formadores de látex.

Con relación a la gelificación, la mayoría de los éteres celulósicos se gelarán con facilidad en agua a la temperatura ambiente. Otros, tales como muchos almidones, solo se gelarán en agua a temperaturas más altas. Sin embargo, ciertos almidones modificados pueden gelarse a temperatura ambiente. Los éteres celulósicos impartirán, en general, su máximo efecto reológico casi de inmediato, mientras que los ligantes polimerizables se rigidizarán con el tiempo y los ligantes basados en el almidón se rigidizarán, en general, a medida que se aumente la temperatura de la mezcla.

En otras mezclas que se pueden añadir para influir directamente en la reología de la mezcla moldeable se incluyen dispersantes, plastificantes y lubricantes. Los dispersantes, tales como los materiales basados en el sulfonilo, reducen muchísimo la viscosidad y aumentar la trabajabilidad de la mezcla moldeable mientras que mantienen constante la cantidad de agua. El uso de un dispersante permite ......

La cantidad, identidad y densidad de congelación de las partículas de una carga de agregado inorgánico pueden afectar en gran medida a la reología y trabajabilidad de la mezcla moldeable. Los agregados inorgánicos que son porosos o que tienen una gran área superficial específica tenderán a absorber más agua que los agregados no porosos, reduciendo de este modo la cantidad de agua disponible para lubricar las partículas. Esto resulta en una mezcla más rígida, más viscosa. La densidad de condensación de las partículas también puede tener un tremendo impacto sobre la reología de la mezclar al determinar la cantidad de espacio intersticial el cual, en general, se debe llenar con agua, lubricantes, polímeros orgánicos u otros líquidos con el de que la mezcla fluya.

A título de ejemplo, un sistema agregado que tenga una densidad de condensación natural de 0,65 requerirá, en general, aproximadamente un 35% de líquidos (agua incluida) en volumen con el fin de casi llenar el espacio intersticial entre las partículas. Por otro lado, un sistema agregado que tenga una densidad de condensación natural de 0,95 requerirá, en general, solo aproximadamente el 5% de líquidos en volumen con el fin de casi llenar los vacíos. Así, la densidad de condensación de las partículas está directamente correlacionada con las propiedades reológicas incluyendo el nivel de trabajabilidad de la mezcla. La granulometría y morfología de las partículas del agregado también puede afectar a las propiedades reológicas y de fluidez de la mezcla moldeable hasta cierto grado.

Los agregados inorgánicos hidráulicamente ajustables, tales como el cemento hidráulico, yeso, hemihidrato y óxido cálcico, se pueden utilizar como mecanismo de absorción del agua. Estos reaccionan químicamente con el agua, reduciendo de este modo el nivel efectivo de agua dentro de la mezcla moldeable sin recurrir a técnicas de calentamiento o secado. Tales materiales pueden afectar en gran medida a la reología de las mezclas moldeables en función del grado de hidratación, el cual es una función del tiempo. Además, se ha descubierto que el cemento hidráulico aumenta la resistencia de cohesión de la mezcla moldeable cruda y de una lámina reciente hecha con la misma. La cohesión mantiene junto al material moldeado de forma que la lámina se pueda hacer pasar a través de los rodillos y mantener todavía su forma hasta que se seque lo suficiente para obtener su resistencia a la tracción.

Por último, otros componentes sólidos dentro de la mezcla, tales como cargas, afectarán a la reología de la mezcla de una manera similar a la de los agregados inorgánicos. Ciertas fibras pueden absorber agua en función de su porosidad y capacidad para hincharse. Además, se pueden tratar ciertas para que lleguen a estar iónicamente cargadas, lo cual les permitirá que interactúen químicamente con plastificantes orgánicos iónicamente cargados. Las fibras pueden, de esta manera, afectar a la reología de la mezcla hasta cierto grado.

2. Efecto de los componentes en las propiedades finales

Con respecto al producto final secado y endurecido, en algunas de las propiedades consideradas, en general, deseables para proyectar dentro de la matriz estructural de la lámina se incluyen alta ...... deflexión o plegado. En algunos casos puede ser deseable obtener láminas que sustancialmente incorporen las propiedades de los productos de papel o cartón convencionales. No obstante, en otros casos puede ser deseable conseguir una matriz estructural con propiedades no obtenibles usando pasta papelera corriente u otros materiales de arranque para fabricar papel convencional. En estos se pueden incluir una mayor dureza, un módulo más alto de elasticidad, resistencia al agua o densidad aparente.

Al contrario del papel o el cartón convencionales, en los cuales las propiedades de las láminas dependen de manera extrema de las propiedades de las pastas usadas, las propiedades de las láminas ligadas con almidón son casi independientes de las propiedades de las fibras usadas en la fabricación de las láminas. Para estar seguros, usando fibras más largas, más flexibles se impartirá, en general, más flexibilidad a la lámina que con fibras más cortas, más rígidas. Sin embargo, las propiedades que en gran parte dependen de la pasta en los papeles convencionales se puede proyectar en las láminas ligadas con almidón ajustando las concentraciones de los componentes no fibrosos de la mezcla moldeable así como las técnicas de procesado usadas. Propiedades tales como la inflexibilidad, rigidez, acabado superficial, porosidad y similares no dependen, en general, del tipo de fibras usadas en las láminas ligadas con almidón.

La flexibilidad, la resistencia a la tracción o el módulo de elasticidad se pueden adaptar a los criterios particulares del rendimiento de la lámina, envase u otro objeto hechos con la misma alterando los componentes y las concentraciones relativas de los componentes dentro de la mezcla moldeable. En algunos casos una resistencia más alta a la tracción puede ser una característica importante. En otros puede que no sea tan significativa. Es preferible que algunas láminas deban ser más flexibles mientras que otras deben ser más rígidas. Algunas pueden ser relativamente densas mientras que otras serán más gruesas, más ligeras y más aislantes. La cuestión importante es conseguir un material que tenga las propiedades apropiadas para un uso particular, a la vez que se mantenga sabedor del coste y de otros parámetros prácticos de la producción. Aunque teniendo "demasiado" o "muy poco" de una propiedad particular puede ser inconsecuente desde el punto de vista del rendimiento, desde el punto de vista del coste puede ser ruinoso o ineficaz dotar esa propiedad particular.

En general, aumentando la cantidad de ligante polimérico orgánico se aumentará la resistencia a la tracción de la lámina final endurecida, mientras que también se aumenta la flexibilidad y la resiliencia de la lámina, aunque también se hará bajar el módulo de elasticidad.

De manera similar, aumentando la concentración de fibras dentro de la mezcla se aumenta, en general, la resistencia a la tracción, la flexibilidad, resistencia a desgarramiento y resistencia al estallido de la lámina final. Las diferentes fibras tienen grados muy variables de resistencia al desgarramiento y al estallido, de flexibilidad, resistencia a la tracción, capacidad para alargarse sin romperse e inflexibilidad. Con el fin de obtener las ventajosas propiedades de los distintos tipos de fibras puede que, en algunos casos, sea preferible ......

También se debe comprender que ciertos procesos de formación de las láminas, tales como la extrusión o el laminado, tenderán a orientar las fibras en el sentido de alargamiento de la mezcla o lámina. Esto puede ser beneficioso para maximizar la resistencia a la tracción de la lámina en una cierta dirección. Por ejemplo, cuando se requiera que la lámina se doble a lo largo de una bisagra, es preferible que las fibras estén orientadas de manera que puenteen con más eficacia los dos lados de la bisagra estando orientadas perpendiculares a la línea de refuerzo de la bisagra en la lámina. Además, puede que sea deseable concentrar más fibras en el área de la bisagra o la lámina requiera un aumento de la dureza y de la resistencia.

El tipo de agregado también puede afectar a las propiedades de la lámina final endurecida. Los agregados que, en general, comprenden partículas duras, inflexibles pequeñas, tales como lar artilla, el caolín, la tiza resultarán, en general, en una lámina más suave con aumento de la fragilidad. Los agregados de peso ligero, tales como la perlita o las esferas de vidrio hueco, resultan en una lámina con menor densidad, menor fragilidad y mayor capacidad de aislamiento. Los agregados tales como arena machacada, sílice, yeso o arcilla son extremadamente baratos y pueden reducir muchísimo el coste de fabricación de una lámina con los mismos. Cualquier material con un área superficial específica alta dar un aumento en la contracción por secado y defectos de encogimiento. Los materiales con áreas superficiales específicas altas son ventajosos porque son menos pegajosos, lo cual permite que la lámina se procese por medio de rodillos con temperatura más sin que se pegue.

Los agregados hidráulicamente ajustables, tales como cemento hidráulico, yeso, hemihidrato y óxido cálcico pueden aportar desde pequeños hasta importantes grados de ligazón con la lámina endurecida, en función de la cantidad a la cual tales agregados hidráulicamente ajustables se añaden. Pueden acrecentar la inflexibilidad y la resistencia a la compresión y, hasta cierto grado, la resistencia a la tracción. El cemento hidráulico puede también bajar la solubilidad de la lámina en agua, aumentando de este modo la resistencia de la lámina a la degradación por agua.

Por último, otras mezclas dentro de la mezcla moldeable pueden añadir una propiedad de impermeabilización al producto final, tal como añadiendo colofonia y alumbre a la mezcla. Estos interactúan para formar un componente muy resistente al agua dentro de la matriz ligada con almidón. En ausencia de importantes cantidades de tales agentes impermeabilizadores, se puede usar agua para rehumedecer la lámina y, temporalmente, aumentar la flexibilidad, doblabilidad y alargamiento antes de la ruptura de la lámina, en particular cuando a la lámina se vaya a dar la forma de otro artículo de fabricación tal como un envase. Desde luego, el agua también puede facilitar la degradación de la lámina después de que se haya desechado.

Como regla general, las láminas ligadas con almidón con menores concentraciones de ligante polimérico orgánico y fibra serán más rígidas, tendrán a capacidad de aislamiento más alta, tendrán menor ...... (en particular si contienen cemento hidráulico, la inclusión del cual también puede aumentar la resistencia del producto final a la compresión).

Las láminas con memores concentraciones de ligante orgánico pero un contenido más alto de fibra tendrán, en general, resistencia más alta a la tracción, mayor dureza, menores resistencias a la compresión y flexural, menor inflexibilidad y mayor flexibilidad y serán bastante resistentes a la degradación por agua.

Las láminas con concentraciones más altas de ligante polimérico orgánico y bajas concentraciones de fibra serán más solubles y degradables en agua, más fáciles de moldear (permitiendo la fabricación de láminas más finas), tendrán resistencias moderadamente altas a la compresión y tracción, durezas más altas, flexibilidad moderada y menor inflexibilidad.

Por último, las láminas con concentraciones más altas de ligante polimérico orgánico y fibra tendrán propiedades que son lo más similares a las del papel convencional, tendrán resistencia a la tracción, dureza y resistencia al plegado más altas, tendrán resistencia a la compresión moderadamente alta, tendrán una resistencia muy baja a la degradación por agua, tendrán una resistencia más baja al calor (en particular, cuando se acerquen a la temperatura de ignición de las fibras o la temperatura de descomposición del ligante, y poseerán flexibilidad más alta y menor inflexibilidad.

Es preferible que las láminas ligadas con almidón, formadas usando las composiciones descritas en este documento, tengan una resistencia a la tracción dentro del intervalo desde aproximadamente 0,05 MPa hasta aproximadamente 100 MPa, y más preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 5 MPa hasta aproximadamente 80 MPa. Además, estas láminas es preferible con una densidad aparente de menos de aproximadamente 2 g/cm^{3}, y más preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 0,4 g/cm^{3} hasta aproximadamente 1,5 g/cm^{3}. El que una lámina tenga una densidad en el extremo inferior, medio o superior de este intervalo dependerá, en general, los criterios de rendimiento deseados para un uso dado. A la luz de lo anterior, es preferible que las láminas ligadas con almidón de la presente invención tengan una relación entre la resistencia a la tracción y la densidad aparente dentro del intervalo desde aproximadamente 2 MPa\cdotcm^{3}/g hasta aproximadamente 500 MPa\cdotcm^{3}/g, y más preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 5 MPa\cdotcm^{3}/g hasta aproximadamente 150 MPa\cdotcm^{3}/g.

Las propiedades de resistencia específica de la dirección de las láminas ligadas con almidón de la presente invención se deben contrastar con las del papel, de las que se sabe que tienen una dirección fuerte y una débil con respecto a las resistencia a la tracción y al desgarre. La dirección fuerte en el papel convencional es la dirección de la máquina, mientras que la dirección débil es la dirección máquina a través. Mientras que la relación entre las resistencias de las direcciones fuerte y débil es aproximadamente de 3 a 1 en el papel convencional, en la presente invención la lámina se puede fabricar para que tenga una resistencia dispersada por igual (es decir una relación entre resistencias de 1 a 1), en función del proceso particular de formación que se use.

El término "alargar" según usa en esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas con respecto a ...... estirado sin ruptura y todavía tiene una superficie acabada. En otras palabras, la matriz ligada con almidón, de la lámina, es capaz de moverse y cambiar la forma sin ruptura mediante la aplicación de una fuerza tal como el arrastre o le estirado. La capacidad de la matriz estructural de la lámina para alargarse antes de la ruptura se mide con una prueba a la tracción Instron y una prueba de tracción y alargamiento.

Es posible, optimizando el diseño de la mezcla, fabricar una lámina que tenga una matriz estructural capaz de alargarse hasta aproximadamente el 30% cuando sea reciente y esté húmeda antes de que ocurra el desgarro o la ruptura, y desde aproximadamente el 0,5% hasta el 12% cuando la lámina esté seca. Es decir, la lámina es capaz de alargarse dentro de estos límites sin fraccionarse en dos piezas. Se puede, además, aumentar el alargamiento de una lámina seca añadiendo vapor o humedad a la lámina dentro del orden de hasta el 20% en peso del peso de la lámina en seco. Sin embargo, esta etapa de rehumidificación solo reduce temporalmente la resistencia de la lámina hasta que se haya secado de nuevo.

El término "flexar", según se usa en esta memoria y en las reivindicaciones adjuntas con respecto a la lámina ligada con almidón, significa que la lámina tiene una matriz estructural capaz de doblarse, plegarse o arrollarse sin ruptura y cambios en la superficie acabada. La capacidad que tiene la lámina para flexar se determina midiendo el módulo de elasticidad y la energía de fractura de la lámina, usando medios conocidos en la técnica. Al igual que con cualquier material, la capacidad de doblado de una lámina fabricada según la presente invención depende en gran parte del espesor de la lámina.

Con el fin de obtener una lámina que tenga las propiedades de resistencia, doblabilidad, aislamiento, dureza, peso u otros criterios de rendimiento, se puede alterar el grosor de la lámina ajustando el espacio entre los rodillos, según se expone más por completo abajo. Los componentes y sus composiciones relativas se pueden ajustar con el fin de acomodarles a un espesor particular de lámina, en función del groso y los criterios de rendimiento de la lámina. Las láminas de la presente invención se pueden diseñar para con grosores sumamente variables, sin embargo, la mayoría de los productos que requieran un material con pared fina deberán tener, en general, un grosor de menos de aproximadamente 1 cm, siendo preferible de menos de aproximadamente 5 mm, y más preferible de menos de aproximadamente 3 mm, y lo más preferible de menos de aproximadamente 1 mm. No obstante, en aplicaciones en las que la capacidad de aislamiento o la resistencia o la inflexibilidad es más importante, el espesor de la lámina puede variar hasta aproximadamente 1 cm. Desde luego, las composiciones también se pueden moldear en láminas de 10 cm o más gruesas.

En unidades métricas inglesas, las láminas usadas para hacer cajas onduladas es preferible con un espesor de aproximadamente 0,010'' (0,254 mm), los cartones para la lecha aproximadamente 0,020'' (0,508 mm) y para los zumos aproximadamente 0,010'' (0,254 mm).

Cuando una lámina se tiene que usar para imprimir revistas u otro material de lecturas se tendrá que ...... un grosor de aproximadamente 0,05 mm. Es típico que las láminas imprimibles que requieran una mayor flexibilidad y menor rigidez (tales como las páginas regulares de una revista o folleto) tengan un grosor de aproximadamente 0,025 a 0,075 mm. Las que requieran una resistencia y rigidez mayores y una flexibilidad menor (tales como las tapas de revistas o folletos) deberán tener un grosor de aproximadamente 1 a 2 mm. El grosor y la flexibilidad de cualquier lámina particular dependerán de los criterios del rendimiento que se desee para el material de lectura o material impreso en cuestión.

Según se exponer de una manera más completa abajo, es usual hacer pasar la mezcla moldeable a través de una serie de rodillos calentados los cuales expulsan una importante cantidad de agua y ayudan a moldear una lámina con una nueva alta resistencia. No obstante, uno que sea experto en la técnica podrá ajustar el contenido de agua con el fin de que la mezcla moldeable tenga una reología apropiada para que se extruya con facilidad y eficacia por medio de una boquilla particular, y no obstante tenga suficiente estabilidad de forma de modo que se mantenga la integridad de la láminas a medida que se pasa por una serie de rodillos durante otros procesos.

La realización preferida en la actualidad para preparar una mezcla moldeable en un entorno industrial incluye el equipo en el que los materiales incorporados dentro de la mezcla moldeable se dosifican automática y continuamente, se mezclan (o amasan), se desairean y extruyen en un aparato extruidor de hélice. También es posible premezclar algunos de los componentes en un recipiente, según se necesite, y bombear los componentes premezclados dentro de un aparato mezclador amasador.

El tipo preferido de mezcladora es una mezcladora amasador de paletas en forma de sigma con doble eje. Esta mezcladora se puede ajustar para que tenga diferentes velocidades (rpm) y, por lo tanto, diferente cizallamiento para componentes diferentes. Es típico que las mezclas moldeables se mezclen durante un máximo de aproximadamente 10 minutos y, después de esto, se vacíen de la mezcladora mediante extrusión durante un máximo de aproximadamente 3 minutos.

En algunas circunstancia puede que ser deseable mezclar algunos de los componentes juntos dentro de una mezcla de gran cizallamiento con el fin de formar una mezcla homogénea mucho mejor dispersada. Por ejemplo, ciertas fibras pueden requerir tal mezclado con el fin de que se desaglomeren por completo o que se separan la una de la otra. El mezclado con gran cizallamiento resulta en una mezcla combinada con más uniformidad, lo cual mejora la consistencia de la mezcla moldeable sin endurecer, así como también aumenta la resistencia de la lámina final endurecida. Esto es porque el mezclado con gran cizallamiento dispersa con más uniformidad las fibras, las partículas áridas y el ligante por toda la mezcla, creando, de este modo, una matriz estructural más homogénea dentro de las láminas endurecidas.

Las diferentes mezcladoras son capaces de impartir cizallamiento diferenciador a la mezcla moldeable. Por ejemplo, una amasadora imparte un cizallamiento más alto comparada con una hormigonera normal, pero es ......

Se debe entender, sin embargo, que el mezclado con alto cizallamiento a alta velocidad no se debe usar con materiales que tienen una tendencia a quebrarse o desintegrase en tales condiciones. Los gránulos de almidón pueden gelatinizarse prematuramente en condiciones de alto cizallamiento. Ciertos agregados de peso ligero, tales como la perlita o las esferas de vidrio hueco, tendrán la tendencia a estallar o aplastarse en condiciones de alto cizallamiento. Además, el mezclado a alto cizallamiento por hélice es eficaz, en general, solo cuando la mezcla tiene una viscosidad relativamente baja. En aquellos casos en los que se desea obtener una mezcla más cohesiva parecida al plástico, puede ser deseable combinar algunos de los ingredientes, incluyendo agua, en la mezcladora de alto cizallamiento y, después de esto, aumentar la concentración de sólidos, tales como fibras o agregados, usando una mezcladora amasadora con cizallamiento inferior. El mezclado a alto cizallamiento es, en especial, útil cuando se desee incorporar pequeños vacíos de aire no agregados, añadiendo un agente que arrastre aire dentro de la mezcla moldeable.

Las mezcladoras a alto cizallamiento útiles para la creación de mezclas homogéneas, según se indica aquí, se divulgan en la patente de los EE.UU. núm. 4225.247, titulada "Aparato mezclador y agitador", en la patente de los EE.UU., núm. 4.552.463, titulada "Procedimiento y aparato para producir una mezcla coloidal", en la patente de los EE.UU. núm.4.889.428 titulada "Molina giratorio", en la patente de los EE.UU. núm. 4.994.595 titulada "Aparato para producir materiales de cemento para la construcción", y en la patente de los EE.UU. núm. 5.061.319, titulada "Procedimiento para producir material de cemento para la construcción". Las patentes anteriores se incorporan a ese documento mediante referencia específica, para fines de exposición. Las mezcladoras a alto cizallamiento dentro del ámbito de estas patentes están disponibles en E.Khashoggi Industries, Santa Barbara, California.

B. Formación de láminas partiendo de mezclas moldeables

Una vez que la mezcla moldeadora se ha combinado de forma correcta, se transporta al aparato formador de láminas, el cual es típico que comprenda una extruidora y una serie de rodillos. En algunos casos se puede usar un aparato capaz de tanto mezcla como extruir la mezcla moldeable con el fin de dinamizar la operación y minimizar la coordinación de los diversos componentes dentro del sistema. Ahora se hace referencia a la figura 1A, en la que se ilustra un sistema preferido en la actualidad a para fabricar láminas partiendo de una mezcla moldeable. Este sistema incluye un aparato mezclador 10, una extruidora de hélice 20, un par de rodillos formadores de láminas 40, un primer juego de rodillos secadores 50, un par de rodillos compactadores (60) (opcionales), un segundo juego de rodillos secadores 70 (opcionales), una serie de rodillos de acabado 80 (opcionales) y un bobinadora 90 (opcional).

A la mezcla moldeadora, en la primera etapa formadora de láminas, preferida en la actualidad, se le da la forma de una lámina, mediante la extrusión del material por medio de una boquilla extruidora apropiada y luego se pasa el material extruido por, al menos, un par de rodillos reductores o formadores (figura 1A) ...... según se representa en la figura 1B. En la figura 2B está representado un sistema extruidor de movimiento rápido oscilante, el cual es también otra realización preferida de la alimentación de la composición de moldeo entre los rodillos formadores de láminas.

La figura 2A es una vista ampliada de un extruidor de hélice 20, el cual incluye un alimentador 22 que alimenta la mezcla moldeable dentro de una primera cámara interior 24 dentro del extruidor 20. Dentro de la cámara interior 24 hay un primer tornillo de hélice 26 el cual ejerce presión en, y hace avanzar la mezcla moldeable a través de, la cámara interior 24 hacia una cámara de evacuación 28. Es típico que se aplique una presión negativa o vacío a la cámara de evacuación 28 con el fin de eliminar los vacíos de aire indeseados dentro de la mezcla moldeable.

Después de esto, la mezcla moldeable se introduce en una segunda cámara interior 30. Un segundo tornillo de hélice 32 avanza la mezcla hacia un cabezal extrusor 34 que tiene un ranura transversal 36 con una anchura de boquilla 38 y un espesor de boquilla 39. La forma transversal de la ranura 36 está configurada para crear una lámina de anchura y espesor que se deseen, que en general corresponde a la anchura de la boquilla 38 y al espesor de la boquilla 39.

Alternativamente, según se representa en la figura 3, el extruidor puede comprender un extruidor de pistón 20' en lugar de hélice. El extruidor de pistón 20' utiliza un pistón 22' en lugar de un tornillo de hélice con el fin ejercer presión progresiva en, y avanza la mezcla moldeable por, una cámara interior de un brazo 24'.Una ventaja en el uso de un extruidor de pistón es la capacidad para ejercer presiones mucho más grandes sobre la mezcla moldeable. No obstante, debido a la naturaleza, altamente similar al plástico, de las mezclas que es típico emplear en la presente invención, en general, no es necesario, o incluso ventajoso, ejercer presiones más grandes que las que se consiguen usando un extruidor de hélice.

Aunque la anchura y el espesor preferidos en la boquilla dependerán de la anchura y espesor de la lámina particular que hay que fabricar, el espesor de la lámina extruida será, por lo usual, dos veces, y algunas veces muchas veces, el espesor de la hoja final. La cantidad de reducción (y, en correspondencia, el múltiplo del espesor) dependerán de las propiedades de la lámina en cuestión. Debido a que el proceso de reducción contribuye a controlar la orientación de las fibras, la cantidad de reducción se corresponderá con frecuencia con el grado de orientación deseada. Además, cuanto más grande es la reducción del espesor, más grande es el alargamiento de la lámina.

Se podrá apreciar que cuando la diferencia entre el paso entre rodillos y el espesor de la lámina, antes de que la lámina pase entre los rodillos reductores, es pequeña, la corriente orientadora de las fibras del material tenderá a localizarse en, o cerca de, la superficie de la lámina, con el interior no estando sujeto a la corriente orientadora de las fibras. Esto permite la producción de láminas que tienen una significativa orientación unidireccional o bidireccional de las fibra en, o cerca de, ..... lámina. Sin embargo, disminuyendo el paso entre rodillos en relación con el espesor de la lámina inicial es posible aumentar la orientación de las fibras dentro del interior de la lámina aumentando la corriente orientadora de las fibras del material dentro del interior de la lámina.

Además de boquillas con ranura estrecha para formar láminas planas, se pueden usar otras boquillas para conformar otros objetos o formas, el único criterio siendo que la forma extruida sea capaz de que se le dé, después de esto, la forma de una lámina. Por ejemplo, en algunos casos puede que no sea deseable extruir una lámina extremadamente ancha. Por consiguiente, una tubería o un tubo se puede extruir y cortar continuamente y desplegar usando una cuchilla justo fuera del cabezal extruidor.

La cantidad de presión que se aplique con el fin de extruir la mezcla moldeable estará, en general, en función de la presión necesitada para obligar a la mezcla a que pase por el cabezal extruidor, así como también de la velocidad de es extrusión que se desee. Se debe entender que la velocidad extrusión se tiene que controlar con cuidado con el fin de que la velocidad de formación de la lámina corresponda a la velocidad a la que se hace, a continuación, pasar por los rodillos durante la etapa de laminación. Si la velocidad de extrusión es demasiado alta, exceso de material tenderá a acumularse detrás de los rodillos, lo que con el tiempo causará el atascamiento del sistema. Por el contrario, la velocidad de de extrusión es demasiado baja los rodillos tenderán a extender la lámina extruida, lo cual puede dar por resultado una matriz estructural fracturada o irregular, o peor, la rotura o el desgarro de la lámina, Esto último puede también resultar en una avería completa del proceso continuo formador de láminas.

Dado que algunas veces no será posible controlar todas las variables que puedan afectar a la velocidad de extrusión, puede que sea preferible tener un sistema integrado de transductores que midan la velocidad de extrusión o que puedan detectar cualquier exceso de material detrás de los rodillos. Esta información se puede alimentar a un procesador de ordenador el cual puede entonces enviar señales al extruidor con el fin de ajustar la presión y la velocidad de extrusión para sintonizar con precisión el sistema en conjunto. Según se indica más abajo, un sistema correctamente integrado puede también ser capaz de monitorizar y ajustar la velocidad de los rodillos.

Se debe entender que la presión ejercida sobre la mezcla moldeable durante el proceso de extrusión no debe ser tan grande como aplastar o fracturar los agregados de peso ligero y con menor resistencia. El aplastamiento o, de otra forma, la destrucción de la integridad estructural de agregados de poco peso que contienen una gran cantidad de vacíos disminuirá el efecto aislante al eliminar los vacíos. No obstante, dado que la perlita, la roca exfoliada u otros de tales materiales son relativamente baratos, cierto nivel de aplastamiento o facturación de las partículas áridas es aceptable. Una presión y cizallamiento excesivos pueden hacer que los gránulos de almidón se gelatinicen prematuramente.

Las propiedades impartidas a las láminas endurecidas por las fibras se pueden mejorar orientando unidireccionalmente o bidireccionalmente las fibras dentro de la lámina. En función de ...... tenderán a orientar unidireccionalmente las fibras individuales a lo largo del eje de la Y dentro de la mezcla moldeable. El proceso de laminación, el cual se estudia con detalle más abajo, orientará también a las fibras en el sentido de la "Y" ya que la lámina se alarga aún más durante el proceso de reducción. Además, empleando rodillos con distancias variables de separación en el sentido "Z" (tal como los rodillos cónicos) algunas de las fibras también se pueden orientar en la dirección "X", es decir, a lo largo de la dirección de la anchura de la de la lámina o maquina a través. Así es posible crear una lámina mediante extrusión, acoplada con laminación, la cual tendrá fibras bidireccionalmente orientadas.

Además del uso de procedimientos tradicionales de extrusión, tales como los expuestos arriba, puede ser preferible, en algunos casos, extruir masas individuales de mezcla, las cuales se transportan a una tolva situada inmediatamente encima de dos rodillos extruidores orientados en horizontal, o, sencillamente llevar la mezcla moldeable a la tolva. Esto elimina la necesidad de extruir la mezcla moldeable en una lámina antes del proceso de laminación. Un procedimiento de transporte es un transportador de hélice, el cual permite variaciones en la presión de alimentación de la mezcla moldeable a través de los rodillos.

Una persona con experiencia corriente en la técnica podrá apreciar que en la etapa de extrusión se necesita emplear formalmente el uso de un "extrusor" según se usa este término en la técnica. La finalidad de la etapa de extrusión es la de aportar una alimentación continua, bien regulada de la composición moldeadora a los rodillos. Esto se puede conseguir por medio de otros mecanismos, conocidos por los expertos en la técnica, para que efectúen la "extrusión" o el paso del material por una abertura apropiada. La fuerza que se necesita para hacer que la mezcla moldeable fluya se puede proporcionar, por ejemplo, por gravedad.

Hay que hacer referencia a la figura 1B, la cual ilustra una realización alternativa preferente en la que la mezcla moldeable se alimenta directamente desde la mezcladora 10 a un par de rodillos reductores extruidores 40, que convierten la mezcla moldeable amorfa directamente en una lámina sin el uso de una boquilla extruidora. Al igual que en el sistema ilustrado en la figura 1A, la lámina formada por los rodillos formadores 40 se pasa por un primer juego de rodillos secadores 50, un par de rodillos compactadores 60 (opcionales), un segundo juego de rodillos secadores 70 (opcionales), una serie de rodillos de acabado 80 (opcionales) y luego se arrolla encima de una bobinadora 90 (opcional). Los rodillos formadores 40 se calentarán a temperaturas suficientes para producir la formación de película inicial pro el éter celulósico, seguida de la gelatinización de los gránulos de almidón. También pueden eliminar algo de agua por evaporación. Ninguna importante cantidad de agua se elimina en un estado líquido usando los procedimientos preferidos formadores de láminas de la presente invención.

Con referencia de nuevo a la figura 1A, en la que se muestra una realización del proceso de formación de láminas de la presente invención, en ella se emplea una serie de rodillos formadores de láminas, calentados ..... se representa en la figura 4. Los rodillos reductores 40 incluyen dos rodillos individuales 42 posicionados adyacentes el uno al otro con una predeterminada distancia de separación (o paso entre rodillos) 44 entre los mismos. La distancia de separación 44 entre los rodillos individuales 42 se corresponde con el espesor deseado 44' de una lámina reducida 46 que pasa entre los rodillos 42.

Como el espesor de la lámina se reduce tras al pasar por un par de rodillos, la lámina también se alargará en la dirección de avance (o dirección "Y"), conocida de otra manera como "dirección de la máquina". Una consecuencia del alargamiento de la lámina es que las fibras estarán también orientadas o alineadas al menos, en parte, en la dirección de la máquina. De esta manera, el proceso de reducción, en combinación con el proceso de extrusión inicial, puede crear una lámina con fibras orientadas casi unidireccionalmente en la dirección de la máquina. Sin embargo se ha hallado que aumentando la velocidad de reducción de los rodillos que se crea una mejor aleatorización de las fibras por toda la lámina.

Otra manera de mantener la orientación aleatoria de las fibras dentro de la lámina es disminuir la diferencia de velocidad de lo rodillos formadores. Esto es, cuando la mezcla moldeable se alimenta entre los rodillos extruidores bajo presiones más bajas, el aumento repentino en la velocidad en la dirección de la máquina y el cizallamiento acompañante a medida que la mezcla pasa entre los rodillos tenderá a orientar las fibras en la dirección de la máquina. Sin embargo, aumentado la presión de la mezcla a medida que se alimenta entre los rodillos es posible disminuir el nivel de cizallamiento en la dirección de la máquina, resultando de este modo una lámina con una orientación más aleatorizada de las fibras.

Otra consecuencia del alargamiento de la lámina es que la lámina se "acelerará" cuya vaya pasando entre un par de rodillos reductores. De nuevo se hace referencia a la figura 4 para ilustrar que la velocidad rotacional v_{1} de los rodillos se corresponderá con la velocidad v de la lámina reducida alargada según sale de los rodillos, y no con la velocidad v_{0} según entra en la separación o paso entre los rodillos. A título de ejemplo, si el espesor de la lámina se reduce el 50% y, suponiendo que no ensanchamiento alguno en la lámina durante el proceso de reducción, la lámina se alargará hasta dos veces su longitud original. Esto se corresponde al doblado de la velocidad de la lámina desde antes de entrar en los rodillos hasta cuando la lámina sales de los rodillos. Así, si el espesor de la lámina se reduce el 50%, entonces v_{1} = 2 x v_{0}.

La lámina se "acelera" mientras que pasa entre un par de rodillos al verse estrujada o comprimida en una lámina más fina por medio de los rodillos giratorios. Este proceso de estrujamiento o compresión de la lámina puede crear diversas fuerzas de cizallamiento en la lámina. La aplicación de un fuerza de cizallamiento excesivamente grande puede perturbar la integridad de la matriz estructural de la lámina y crear fisuras dentro de la lámina, debilitando la lámina de este modo. Sin embargo, se ha ...... plástico, puede ser posible reducir la lámina extruida al espesor final en tan solo una etapa usando un par de rodillos de diámetro relativamente grande.

El diámetro de cada uno de los rodillos se debe optimizar en función de las propiedades de la mezcla moldeable y de la cantidad de reducción del espesor de las láminas ligadas con almidón. Cuando se optimice el diámetro de los rodillos se deben considerar dos intereses contradictorios. El primero se refiere al hecho de que los rodillos de diámetro más pequeño tienden a impartir una cantidad más grande de fuerza de cizallamiento dentro de la lámina a medida que pase entre los rodillos. Esto es porque el ángulo de compresión hacia abajo sobre la lámina es de un término medio más grande que cuando se usa un rodillo de diámetro mayor.

Sin embargo, el uso de rodillos de diámetro mayor tiene el inconveniente de que la composición moldeadora entra en contacto con el rodillo durante un plazo de tiempo más grande, resultando de este modo un secado de la lámina más largo durante el proceso de formación de la misma, en particular, a medida que se aumenta la temperatura del rodillo. Aunque algún secado es ventajoso, secar la lámina con demasiada rapidez durante el proceso de laminación podría resultar en la introducción de fracturas y demás imperfecciones dentro de la matriz estructural.

La optimización de los diámetros de los rodillos con el fin de conseguir la cantidad más grande de reducción del espesor de la lámina, mientras que, al mismo tiempo se evita el sobresecado de la lámina moldeada, es preferida para disminuir el número de etapas de reducción en un proceso de fabricación. Además de reducir el número de piezas móviles, disminuyendo el número de etapas de reducción elimina también el número de rodillos cuya velocidad se tiene que sincronizar con cuidado con el fin de evitar la acumulación de la lámina detrás de los rodillos (en el caso de rodillos girando con demasiada lentitud) o desgarro de la lámina (en el caso de rodillos girando demasiado rápido).

Es preferible tratar las superficies de los rodillos con el fin de evitar que la lámina ligada con almidón se pegue o adhiera a los rodillos. Un método acarrea sencillamente calentar los rodillos, lo cual que algo de agua dentro de la mezcla moldeable se evapore, creando de este modo una barrera de vapor entre la lámina y los rodillos. La evaporación de algo de agua también reduce la cantidad de agua dentro de la mezcla moldeable aumentando, de este modo, la nueva resistencia de la lámina. Sin embargo, la temperatura de los rodillos no debe ser tan alta como secar o endurecer la superficie de la lámina hasta el punto de que se creasen tensiones naturales, fracturas, desconchado u otras deformaciones o irregularidades en la lámina.

Será preferible que, en general, el rodillo formador de la lámina inicial tenga una temperatura que sea similar a la temperatura de termoprecipitación del éter celulósico. En el caso de Methocel será preferible usar un rodillo formador de láminas con una temperatura de aproximadamente 70ºC, para Tylose FL 15002 será preferible que el rodillo formador de láminas tenga una temperatura de aproximadamente 85ºC. La temperatura del rodillo formador de láminas puede ser más alta que la de ...... la temperatura de gelificación de los gránulos de almidón con el fin de reducir la adherencia de la nueva lámina a los rodillos. Después de que, en la superficie de la nueva lámina, se ha formado la película de éter celulósico es preferible pasar la lámina entre uno o más rodillos calentados a, por encima de, la temperatura de gelificación del almidón. Se puede hacer que más o menos almidón se gele en cualquier punto durante el proceso de formación de láminas, en función de la temperatura de gelificación del almidón. Esto es factible, en particular, cuando se usan dos o más almidones diferentes con distintas temperaturas de gelificación. Cualquiera con experiencia corriente en esta técnica puede ajustar la temperatura de los rodillos para optimizar el proceso de formación de las láminas, en función del tipo o tipos de éter celulósico y de almidón que se estén usando en la composición moldeadora.

En general, la pegajosidad de la mezcla moldeable aumenta a medida que se aumenta la cantidad de agua en la mezcla. Por consiguiente, los rodillos se tienen que calentar, en general, a temperaturas más altas en los casos en los que la mezcla contenga más agua, con el fin de evitar la pegajosidad. Esto es ventajoso porque las láminas con un contenido de agua más alto tendrán, en general, que eliminar más agua con el fin de conseguir una resistencia nueva adecuada. Además, aumentando la velocidad del rodillo se permitirá, en general, y puede requerirse, el correspondiente aumento de la temperatura de los rodillos con el fin de evitar las adherencia de la lámina a los rodillos. Otra manera de reducir el nivel de adherencia entre los rodillos y la lámina ligada con almidón es tratar las superficies de los rodillos para hacerlas menos susceptibles a la adherencia. Es típico que los rodillos estén hechos de acero inoxidable pulido y recubierto con un material antiadherente tal como cromo, níquel o Teflón® pulidos.

Por último, se debe entender que, debido a naturaleza plástica y al nivel relativamente alto de trabajabilidad de la mezcla moldeable, será usual que el proceso de laminación no resulte en mucha compresión en la lámina. En otras palabras, la densidad de la lámina permanecerá casi constante durante todo el proceso de laminación, aunque se podría esperar alguna compactación, en particular, donde la lámina se ha secado de manera significativa mientras que pasaba entre los rodillos reductores. Cuando la compactación se desee, la lámina se puede pasar entre un par de rodillos compactadores 60 (figura 1A) a continuación de una etapa de secado según se explica de manera más completa más abajo.

Se ha descubierto que en los parámetros importantes, dentro del proceso de laminación, se incluyen el diámetro, la velocidad y la temperatura de los rodillos, así como también "la altura de paso entre rodillos" o distancia de separación). Aumentando el diámetro de los rodillos, así como también la altura de paso entre rodillos, cada uno tiende a bajar la velocidad de cizallamiento que los rodillos imparten a la mezcla moldeable y a la lámina durante el proceso de formación de las láminas, mientras que subiendo la velocidad de los rodillos se aumenta la velocidad de cizallamiento.

C. El proceso de secado

Aunque los redilos formadores pueden, en parte e incluso casi, secar las láminas, puede ser preferible secar aún más la lámina con el fin de obtener una lámina con las propiedades de resistencia a la tracción y dureza deseadas. Aunque la lámina se secará de manera natural con el tiempo puede que no sea factible esperar a que la lámina se seque de manera natural. El secado acelerado se puede conseguir con un número de maneras, cada una de las cuales implica calentar la lámina con el fin de expulsa el exceso de agua.

Al contrario que en los rodillos reductores los cuales, en general están alineados en pares, los rodillos secadores están individualmente alineados e manera que la lámina pase por una gran área de las superficies de los rodillos individualmente en secuencia (véanse los rodillos secadores 50 en las figuras 1A y 1B). De esta manera los dos lados de la lámina se secan alternativamente en etapas. Aunque la lámina pasa entre los rodillos reductores durante la etapa de laminación en un camino, en general, lineal, la misma sigue un camino, en general, sinusoidal cuando se esté arrollando alrededor y a través de los rodillos secadores en la etapa de secado. En los rodillos secadores preferidos se incluyen rodillos de gran diámetro conocidos como rodillos "Yanki", aunque, alternativamente, se puede emplear una serie de rodillos más pequeños.

La temperatura de los rodillos secadores dependerá de un número de factores incluyendo el contenido de humedad de la lámina a medida que pasa por encima de un rodillo particular. En cualquier caso, la temperatura de los rodillos secadores debe ser menos de aproximadamente 300ºC. Aunque la mezcla moldeable no se debe calentar a por encima de 250ºC con el fin de evitar la destrucción de los constituyentes orgánicos (tales como los ligantes orgánicos o las fibras celulósicas), se pueden usar rodillos calentados hasta por encima de esta temperatura mientras que haya agua adecuada para enfriar el material a medida que el agua se evapora. No obstante, como la cantidad de agua disminuye durante el proceso de secado, puede que se necesite bajar la temperatura de los rodillos para evitar el sobrecalentamiento del material de la hoja.

Puede que, en algunos casos, sea preferible usar un túnel, horno o cámara de secado junto con los rodillos secadores. Con el fin de obtener el efecto completo del secado por convección térmica, a menudo, es preferible hacer circular el aire calentado con el fin de acelerar el proceso de secado. La temperatura dentro del túnel de secado, así como también el tiempo de residencia o estancia dentro del túnel, determinará la cantidad y velocidad de evaporación del agua dentro del material de la lámina. La temperatura del túnel de secado no debe exceder, usualmente, 250ºC con el fin de impedir la destrucción de las fibras de celulosa y ligante orgánico. Es preferible que el túnel de secado se caliente a una temperatura dentro del intervalo desde aproximadamente 100ºC hasta aproximadamente 250ºC.

El proceso de secado arriba expuesto será, en algunos casos, la etapa final ante de ...... bobina (figuras 1A y 1B) o apiladas como láminas hasta que se necesiten (figura 8). Esotros casos, en particular, cuando se desee una lámina con un acabado más suave, más parecido al papel, la etapa de secado puede estar seguida de una o más etapas adicionales que se exponen de manera más completa abajo.

E. Procesos opcionales de acabado

Puede ser, en muchos casos, preferible compactar la lámina ligada con almidón con el fin de conseguir el espesor, tolerancia y acabado superficial finales. Además, el proceso de compactación se puede usar para eliminar vacíos indeseado dentro de la matriz estructural. Con referencia a la figura 5, la lámina se puede, opcionalmente, pasar entre un par de rodillos compactadores 60 después de haberse sustancialmente secado durante el proceso de secado por medio de los primeros rodillos secadores 50 (figuras 1A y 1B). El proceso de compactación proporciona, en general, una lámina con densidad y resistencia más altas, menos defectos superficiales y espesor reducido y también fija y alinea las partículas compactadas dentro de la superficie de la lámina. La cantidad de fuerza de compresión de los rodillos compactadores se debe ajustar para que se corresponda con las propiedades particulares de la lámina.

La etapa de la compactación aumenta la resistencia de la lámina final endurecida al crear una matriz estructural más densa y uniforme mientras que también deja la lámina con un acabado más suave. La etapa de la compactación se prefiere, en general, en el caso de láminas más finas en las que la resistencia por unidad de espesor se tiene que maximizar y en los que la capacidad de aislamiento es menos importante. La compactación es, en general, innecesaria para láminas más gruesas destinadas a tener características de alto aislamiento y/o baja densidad. En efecto, puede que sea indeseable compactar láminas con agregados más débiles, tales como las esferas de vidrio hueco, las cuales pueden perder si capacidad de aislamiento si se las aplastase.

Es preferible llevar a cabo el proceso de compactación sin causar alargamiento significativo de la lámina y sin, negativamente, perturbar o debilitar la matriz estructural. Es importante, con el fin de conseguir compactación sin alargar la lámina y sin debilitar la matriz estructural, controlar el proceso de secado de manera que la lámina contenga una cantidad apropiada de agua para mantener una reología ligeramente moldeable en la lámina. Controlando el contenido de agua y el paso entre rodillos es posible garantizar que los rodillos compactadores compriman, ante todo, y aumenten la densidad de la lámina sin alargar, de manera significativa, la lámina. Si la lámina contiene demasiada agua, los rodillos compactadores alargarán la lámina de una manera similar a la del los rodillos formadores o los reductores. De hecho los rodillos compactadores son casi iguales a los rodillos formadores o reductores, siendo la única referencia que la compactación, en lugar del alargamiento, ocurrirá si la lámina está lo bastante seca y la reducción del espesor de la lámina es menos que la porosidad total dejada ...... porosidad del 25% entonces el paso entre rodillos compactadores debe ser, como mínimo, el 75% del espesor de la lámina precompactada).

Como el proceso de compactación (incluyendo una o más etapas de compactación) es usual que implique una lámina ligeramente húmeda, con frecuencia es preferible secar más la lámina después de la etapa de compactación de una manera similar a la del proceso de sedado, expuesto arriba a grandes rasgos, usando los rodillos secadores opcionales 70. Esta etapa de secado opcional se puede llevar a cabo usando rodillos secadores, un túnel de secado una combinación de los dos. No obstante, en algunos casos, la lámina se puede procesar más sin una segunda etapa de secado, tal como cuando la lámina se usa de inmediato para formar un envase u otro objeto, se marca, o cuando resulta ventajoso tener una lámina ligeramente húmeda.

También puede ser preferible alterar aún más la superficie de la lámina ligada con almidón pasando la lámina entre uno o más pares de rodillos de acabado (o "calandradores") 80 según se muestra en la figura 6. Por ejemplo, con el fin de crear una lámina con una superficie muy suave en uno o en ambos lados, la lámina se puede pasar entre, al menos, dos pares de rodillos duros y blando 82, 84. El término "rodillo duro" se refiere al rodillo 82 que tiene una superficie pulida, la cual deja muy suave el lado de la hoja en contacto con el rodillo duro. El término "rodillo blando" se refiere al rodillo 84 con una superficie capaz de crear bastante fricción entre el rodillo blando y la hoja para arrastrar la hoja a través del par de rodillos duro y blando. Esto es necesario porque es usual que el rodillo duro 82 sea demasiado resbaladizo para arrastrar la lámina seca entre un par de rodillos duros. Un resbalamiento significativo del rodillo 82 es ventajoso con el fin de alinear las partículas dentro de la superficie de la lámina. Usando un rodillo duro altamente pulido y accionado con rapidez, con el fin de "supercalandrar" la lámina, da por resultado una lámina con un acabado superficial muy suave. El proceso de acabado se puede, opcionalmente, facilitar aspersando agua en la superficie de la lámina y/o recubriendo la superficie con cal, carbonato cálcico, u otros materiales apropiados conocidos por uno que tenga una experiencia corriente en la materia.

En otras realizaciones, los rodillos de acabado pueden impartir la textura que se desee, tal como una superficie enmallada, teselada o de nido de abeja. Alternativamente, o junto con cualquier proceso de acabado, las láminas se pueden ondular por medio de rodillos onduladores según se muestra en la figura 7. Si se desea, se pueden usar rodillos para imprimir la superficie de la lámina con un logotipo u otro diseño. Se pueden usar rodillos especiales, capaces de impartir una marca de agua, solos o junto con cualquiera de estos otros rodillos. Los rodillos extruidores, los rodillos reductores o los rodillos compactadores pueden contener medios para producir una marca de agua produciendo un área elevada o deprimida dentro de una lámina que pase entre los mismos.

III. Procesos opcionales para secar laminas ligadas con almidón

Las láminas ligadas con almidón según los procedimientos expuestos arriba pueden ser ...... láminas, lo cual, a su vez, depende del uso final al que estén destinadas las láminas. En estos procesos opcionales se pueden incluir la laminación, ondulado, aplicación de recubrimientos, impresión de indicaciones, marcado, perforación, plisado, apergaminado o una combinación de los mismos.

A. Procesos de laminación

Mediante laminación se puede impartir una variedad de propiedades a la lámina ligada con almidón. Para los fines de esta memoria y de las reivindicaciones adjuntas los términos "lámina laminada" o "laminado" (cuando se use como sustantivo) se referirán a una lámina con, al menos, dos capas, siendo, al menos, una de las capas la lámina ligada con almidón. Los términos "material laminador" o "lámina" se referirán a cualquier capa constituyente de la lámina laminada, incluyendo tanto la lámina ligada con almidón como el otro material laminador. Los laminados con cualquier combinación de capas están dentro del ámbito de esta invención, hasta el grado de que, al menos, una capa del laminado es una lámina ligada con almidón. El laminado se puede formar ligando o, de otro modo, uniendo, al menos, dos capas juntas. El espesor del laminado puede variar en función de la naturaleza que las propiedades que se planeen en el laminado.

En el material laminado que está ligado, adherido o unido de otra manera a la lámina ligada con almidón se puede otra lámina ligada con almidón, un material que imparta la propiedad que se desee a la lámina ligada con almidón, cuando los dos se laminen juntos, un material que se describe más abajo en calidad de recubrimiento o de adhesivo, o una combinación de los mismos. En los ejemplos de materiales que realzan o alteran las propiedades de las láminas ligadas con almidón se incluyen hojas poliméricas orgánicas, hojas metálicas, láminas ionoméricas, láminas elastoméricas, láminas de plástico, láminas fibrosas o esteras, hojas de papel, láminas inorgánicamente altamente cargadas y láminas de película metalizada.

Los laminados dentro del ámbito de esta invención se pueden formar ligando una lámina ligada con almidón y otra capa o capas con o sin adhesivos. La ligadura entre la lámina ligada con almidón y la otra capa (o entre las capas del laminado) puede variar desde una ligera unión hasta una ligazón que exceda la resistencia de las láminas o materiales que se estén uniendo.

Las láminas ligadas con almidón se pueden unir sin el uso de adhesivos a otra capa mientras que la lámina esté lo suficiente "verde" como para efectuar una unión efectiva entre el laminado individual. El almidón ligeramente húmedo puede actuar de adhesivo. Las capas de un laminado que comprenda materiales solubles en agua se pueden adherir a una lámina ligada con almidón ligeramente, húmeda o rehumedecida.

Las uniones se pueden formar con adhesivos por medio de muchos procesos distintos, incluyen laminación por adherencia en húmedo, laminación por adherencia en seco, termolaminación y laminación a presión. En los adhesivos útiles se incluyen adhesivos llevados por el agua (tanto naturales como sintéticos), ...... fundidos en caliente ......

La laminación por adherencia de una lámina ligada con almidón y otra capa implica el uso de cualquier adhesivo líquido para unir las dos capas juntas. En los adhesivos naturales útiles llevados por el agua para laminación por adherencia en húmedo se incluyen los adhesivos basados en almidón vegetal, adhesivos basados en proteínas, cola animal, caseína y látex de caucho natural. En los adhesivos sintéticos útiles llevados por el agua se incluyen, en general, emulsiones resínicas tales como suspensiones de partículas de acetato polivinílico. Los adhesivos llevados por agua tienen poco olor, sabor, color y toxicidad bajos, poseen un amplio intervalo de adherencia y tienen excelentes propiedades de endurecimiento.

Los polímeros termoplásticos son adhesivos fundidos en caliente útiles que se pueden aplicar en un estado fundido y que se adaptan a la forma tras el enfriamiento, En general los adhesivos fundidos en caliente se fijan con más rapidez que otros adhesivos. En los adhesivos útiles llevados por disolventes se incluyen adhesivos de poliuretano, sistemas de etilenvinilacetato transportados por disolventes y otras resinas de caucho los cuales son sensibles a la presión. El almidón dentro de las láminas ligadas con almidón también puede actuar de material termoplástico. El calentamiento de las láminas ligadas con almidón hasta por encima de la temperatura de transición vítrea del almidón permite la fusión y la reformación de las láminas. El enfriamiento causa la osificación de la lámina o artículo dentro de la nueva conformación. El almidón fundido y enfriado también puede actuar como un adhesivo que permite la adherencia y el sellado de las láminas si se les da la forma del artículo que se desee por medio de, de por ejemplo, arrollamiento en espiral para formar un tubo o una lata.

También está dentro del ámbito de la presente invención crear estampado con cinta metálica, El estampado con cinta metálica implica el uso de calor y presión para trasladar un recubrimiento fino metálico o pigmentado desde una película portadora a la superficie de la lámina ligada con almidón o envase para obtener efectos decorativos tipificados. Esta técnica se puede usar en combinación con el estampado para tener un laminado con una superficie reflectante, brillante en relieve.

B. Procesos para la ondulación

Puede ser deseable ondular una lámina seca ligada con almidón de una manera similar a la del cartón ondulado. Esto se puede conseguir pasando una lámina, siendo preferible en condición semihúmeda, entre un par de rodillos onduladores 86 según se muestra en la figura 7. Se debe controlar el contenido de humedad de la lámina de manera que el proceso de ondulación no dañe la matriz ligada con almidón. Si la lámina está demasiado seca, el proceso de ondulación puede dañar la matriz y, en algunos casos, puede incluso resultar en desgarramiento o corte de la lámina. Al contrario, si la lámina está demasiado húmeda, la lámina ondulada puede adolecer la resistencia reciente necesaria para mantener la forma ondulada. Es preferible que la cantidad de agua en la lámina ligada con almidón que hay que ondular sea desde aproximadamente el 1% hasta aproximadamente 30% en peso, más preferible desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 20% en peso, y lo más preferido desde aproximadamente 7% hasta aproximadamente 15% en peso.

La lámina ondulada se puede usar como lámina sola o se puede combinar con ..... con una sola lámina plana laminada con almidón o un lámina formada con otros materiales resultando, de este modo, una lámina ondulada por "una cara". Emparedando una lámina ondulada entre dos láminas planas da por resultado una lámina de "doble cara". Se pueden crear láminas onduladas de varias alternando capas planas y onduladas. Las láminas onduladas por una cara, de doble y de varias paredes se caracterizan por una densidad relativamente baja y rigidez relativa y resistencia a la compresión altas. Se pueden usar cuando artículos, como recipientes y materiales de envasado, requieran tales propiedades.

La resistencia y flexibilidad de una lámina corrugada sencilla se pueden alterar variando del número de ondulaciones o rizos por pie lineal, Los rizos por pie lineal podrán incrementarse para crear una lámina más flexible, o los rizos podrán disminuirse para obtener una lámina más resistente y con una mayor capacidad de almohadillado. Láminas corrugadas de paredes múltiples podrán también crearse con dos o más láminas corrugadas con diferentes cantidades de rizos por metro lineal. Respecto a entalladuras, entalladuras de corte y perforaciones (que se describirán con más detalle en lo que sigue), los rizos individuales de las láminas corrugadas crean localizaciones en las que la lámina podrá doblarse o plegarse con más naturalidad. Sin embargo, la lámina es mucho más dirigida y resistente en la dirección perpendicular a la fila de rizos. Por lo tanto, un artículo como por ejemplo un envase u otro material de envasado podrá construirse de forma que la lámina corrugada pueda presentar una flexibilidad máxima donde sea necesario y una máxima rigidez donde sea necesario, como por ejemplo en la zona de aplicado del artículo.

Podrán aplicarse también revestimientos como parte del proceso de corrugado. Determinados materiales de revestimientos, particularmente ceras o polietileno, podrán aplicarse con elementos de revestimiento en forma de rodillos calientes sobre el medio de corrugado. Los revestimientos podrán también aplicarse mediante el revestimiento tipo cortina de la pieza en bruto corrugada antes de ser convertida en un artículo. Otros procedimientos de revestimiento útiles que implican a las láminas corrugadas incluyen el sumergir los artículos acabados dentro del revestimiento, como por ejemplo ceras, hacer descender en cascada dichos revestimientos a través y alrededor de los rizos del artículo corrugado.

C. Revestimientos y Procedimientos de Revestimiento

Está dentro del ámbito de la presente invención aplicar revestimientos o materiales de revestimientos a las láminas unidas con almidón o a artículos fabricados a partir de dichas láminas. Los revestimientos podrán ser usados para alterar las características superficiales de las láminas unidas por almidón en un número de formas, incluyendo el sellado y la protección de la lámina o el artículo fabricado de la misma. Los revestimientos podrán suministrar protección contra la humedad, disolventes básicos, ácidos, grasos y orgánicos. También podrán suministrar una superficie más lisa, más flexible, con más brillo o más resistente a los arañazos, así como servir de ayuda para evitar que las fibras se "deshilachen". Los revestimientos podrán además suministrar propiedades de reflexión, eléctricamente conductoras o aislantes. Podrán incluso reforzar la lámina unida con almidón, particularmente en una línea de doblez o
plegado.

Algunos revestimientos podrán ablandar la matriz unida con almidón, dando como resultado una lámina más flexible. Por ejemplo, revestimientos basados en materiales como por ejemplo aceite de soja o Methocel (Marca registrada, disponible en Dow Chemical), bien sean solos o en combinación con polietilenglicol, podrán aplicarse a la superficie de la lámina, con objeto de ablandar permanentemente la lámina o el área de bisagra dentro de la lámina. Se podrán utilizar además otros materiales para hacer la lámina más rígida.

Además, revestimientos elastoméricos de plástico o papel podrán servir de ayuda para preservar la integridad de una bisagra, se fracture o no la matriz estructural endurecida subyacente tras el plegado en la localización de la bisagra. Podrán utilizarse algunos revestimientos para reforzar los lugares donde la láminas ligadas con almidón se han doblado con severidad, tal como cuando la lámina se ha rayado. En tales casos se puede preferir un recubrimiento plegable, posiblemente elastomérico. Puede ser preferible que el recubrimiento sea elastomérico o deformable, en particular, para artículos formados mediante plegado o por convolución. Algunos recubrimientos se pueden usar como materiales laminadores o como adhesivos.

Por lo usual el objeto del proceso de recubrimiento es conseguir una película uniforme con mínimos defectos en la superficie de la lámina. Los recubrimientos se pueden aplicar durante el proceso de formación de la lámina, el proceso de formación del artículo, o después de que el artículo se ha formado. La elección del proceso de recubrimiento particular depende de un número de variables del sustrato (lámina), así como también de las variables de la formulación del recubrimiento. En las variables del sustrato se incluyen la resistencia, humectabilidad, porosidad, densidad, suavidad y uniformidad de la lámina. En las variables de la formulación del recubrimiento se incluyen el contenido total de sólidos, la base del disolvente (incluyendo la solubilidad en el agua y la volatilidad), la tensión superficial y la reología.

Los recubrimientos se pueden aplicar a las láminas usando cualquier medio de recubrimiento conocido en la técnica de fabricación de papel, cartón, plástico, poliestireno, chapa de metal u otros materiales de envasado, incluyendo recubrimiento con cuchilla, pudelado, rasqueta de aire, impresión, Dahlgren, grabado y polvos. Los recubrimientos también se pueden aplicar rociando la lámina, artículo u otro objeto con cualquiera de los materiales de recubrimiento que se enumeran más abajo o mojando la lámina, artículo u otro objeto dentro de una cuba que contenga un material de recubrimiento apropiado. Por último, los recubrimientos se pueden extruir junto con la lámina con el fin de integrar el proceso de recubrimiento con el proceso de extrusión.

En los materiales orgánicos idóneos para recubrimiento se incluyen aceites comestibles, melamina, cloruro de polivinilo, alcohol polivinílico, acetato polivinílico, poliacrilatos, poliamidas, hidroxipropilmetilcelulosa, polietilenglicol, acrílicos, poliuretano, polietileno, ácido poliláctico, Bippol® (un copolímero de polihidroxibutirato e hidroxivalerato), látex, almidones, proteína de soja, aceite de soja, éteres celulósicos (por ejemplo, Methocel), polietileno, polímeros sintéticos incluyendo polímeros biodegradables, (tales como cera de abejas, ceras basada en el petróleo, o ..... Imperial Chemical Industries (ICI) en el Reino Unido. En los materiales inorgánicos idóneos para recubrimiento se incluyen silicato sódico, carbonato cálcico, óxido de aluminio, óxido de silicio, caolín, arcilla, cerámica y mezclas de los mismos. Los recubrimientos inorgánicos se pueden también mezclar con uno o más de los recubrimientos orgánicos expuestos arriba. Además de estos recubrimientos, se puede usar cualquier material de recubrimiento apropiado en función de la aplicación implicada.

Un recubrimiento impermeable es deseable para los artículos destinados a estar en contacto con el agua. Si las láminas se usan para fabricar envases u otros productos destinados a entrar en contacto con productos alimenticios, será preferible que el material de recubrimiento comprenda un recubrimiento aprobado por la FDA. Un recubrimiento útil, en particular, es silicato sódico el cual es resistente a los ácidos. La resistencia a la acidez es importante, por ejemplo, cuando el artículo es un envase expuesto a alimentos o bebidas con un alto contenido de ácido, tal como bebidas carbónicas o zumos. En general es innecesario proteger el artículo contra sustancias básicas, pero se puede aportar el aumento de la resistencia a las sustancias básicas por medio polímero apropiado o recubrimiento de cera tales como los que se usan para recubrir envases de papel.

Los recubrimientos poliméricos, tal como el polietileno, son útiles para la formación de capas finas, en general, con baja densidad. El polietileno de baja densidad es útil, en especial, en la fabricación de envases que sean estancos a los líquidos, e incluso estancos a la presión hasta cierto grado. Los recubrimientos poliméricos también se pueden usar como adhesivo cuando se les termosella.

El óxido de aluminio y el óxido de silicio son recubrimientos útiles, en particular como barrera para el oxígeno y la humedad. Estos recubrimientos se pueden aplicar por medios conocidos en la técnica, en particular, incluyendo el uso de un proceso de evaporación por medio haz de electrones de gran energía, deposición de plasma líquido y pulverización catódica. Otro procedimiento para formar un recubrimiento de óxido de aluminio u óxido de silicio incluye el tratamiento de una lámina ligada con almidón con una disolución acuosa que tenga un nivel de pH apropiado para producir la formación de óxido de aluminio u óxido de silicio en al lámina debido a la composición de la
lámina.

Las ceras y combinaciones de ceras, en particular ceras del petróleo y sintéticas, proporcionan una barrera para la humedad, el oxígeno y algunos líquidos orgánicos, tales como grasa o aceites. También permiten que un artículo, tal como un envase, se termoselle. Las ceras del petróleo son un grupo de ceras, útiles en particular, en el envasado de alimentos y bebidas e incluyen parafinas y ceras microcristalinas.

D. Procesos de marcado y perforación

En algunos casos puede, alternativamente, ser deseable marcar, cortar con marcado, o perforar la lámina con el fin de definir una línea sobre la cual la lámina se puede plegar o doblar. Las marcas, los cortes de marcado y las perforaciones se pueden formar en estas láminas usando medios conocidos en la técnica de moldeo de láminas. Los cortes para marcado también se pueden hacer usando rodillos de corte de boquilla continua. Alternativamente, ...... o
regla. La boquilla o regla marcadoras se pueden usar por sí colas o junto con un cuentamarcas. La configuración de la regla marcadora obliga a la hoja para que se deforme dentro del cuentamarcas. Por último se puede hacer una perforación por medio de una cuchilla perforadora.

La finalidad del marcado, cortes de marcado o perforación es crear una localización en la lámina ligada con almidón donde la lámina se pueda doblar o plegar con más facilidad. Esto crea una "bisagra" dentro de la lámina con una plegabilidad y una resiliencia mucho más grandes de lo que es posible con una lámina sin marcas o sin perforar. En algunos casos, pueden ser deseables varios cortes de marca o perforaciones.

El corte de una línea de marcas o perforaciones dentro de la lámina crea una línea de plegado o bisagra mejor por un número de razones. Primera, proporciona un sitio donde la lámina se podrá plegar o doblar de manera más natural. Segunda, cortar un marcado hace que la lámina sea mas fina en la línea de marcado que en el resto de la lámina, lo cual reduce la cantidad de alargamiento en el sentido de la longitud de la superficie mientras que dobla la lámina. La reducción del alargamiento superficial reduce la tendencia de la matriz ligada con almidón a fracturarse después de que se haya plegado o doblado. El corte de marcado o la perforación permite la formación controlada de grietas dentro de la matriz ligada con almidón en el que de que ocurra una fractura de la matriz.

Algunas veces puede ser preferible concentrar más fibras en la localización donde se ha hecho el corte con marcas o la perforación. Esto se puede conseguir coextruyendo una segunda capa de material moldeador que tenga un contenido de fibras más alto en predeterminados intervalos de tiempo que se correspondan con la localización de las marcas o perforación. Además, se puede colocar fibras encima, o inyectar dentro, de la lámina durante los procesos de extrusión o laminado con el fin de conseguir una concentración de fibras más alta en la localización que se desee. Será preferible que la lámina ligada con almidón esté en un estado casi seco o semiendurecido durante el proceso de marcado o perforación. Esto es deseable para evitar que el marcado o la perforación se cierren por medio de migración de material húmedo dentro del corte de marcas. Dado que, en general, el marcado (y la perforación siempre) implica el cortar a través de una porción de la matriz ligada con almidón, la lámina puede incluso estar totalmente seca sin que el proceso de marcado o perforación dañe la lámina. Sin embargo, en los caso en que el marcado se hace apretando en lugar de cortando dentro de la superficie de la lámina, la lámina tiene que estar bastante húmeda para evitar la fractura debido a la dislocación de la matriz ligada con almidón.

La profundidad del corte de marcado dependerá, en general, del espesor de la lámina ligada con almidón y del grado de doblado que se desee a lo largo de la línea de marcado. El mecanismo de marcado se debe ajustar para conseguir un marcado con la profundidad deseada. Desde luego, la cuchilla de troquel no debe ser tan grande como para realmente atravesar la lámina o hacer que sea demasiado fina para soportar las fuerzas previstas (a menos que se desee un marcado rasgable con facilidad) ...... combinación de cortes de marcado en lados opuestos de la lámina puede ser preferida en algunos casos para aumentar el intervalo del movimiento de plegado.

E. Procesos de plisado y apergaminado

Las láminas ligadas con almidón se pueden, opcionalmente, plisar casi igual que el papel convencional con el fin de aportar una lámina altamente extensible que sea capaz de absorber energía a velocidades bruscas de deformación. Las láminas plisadas son cada vez más importante en la producción de bolsa o sacos para transporte. El plisado convencional se realiza en una sección de prensa en húmedo de una máquina para fabricar papel (plisado en húmedo) o en una secadora Yankee (plisado en seco). Aunque los parámetros exactos de los procesos de plisado en húmedo o en seco pueden diferir entre las láminas ligadas con almidón de la presente invención y el papel de árboles, una persona con experiencia corriente en la técnica sabrá cómo ajustar el proceso de pisado con el fin de obtener láminas plisadas ligadas con almidón. El plisado se puede utilizar para crear una lámina menos plegable y también para formar una bisagra.

Se ha descubierto que las láminas ligadas con almidón se pueden tratar con ácidos fuertes con el fin de apergaminar la porción fibrosa de la superficie de la matriz de la lámina. Tratando la lámina con, por ejemplo, ácido sulfúrico concentrado se hace que las fibras celulósicas se hinchen tremendamente y lleguen a disolverse en parte. En este estado, estas fibras plastificadas cierran sus poros, llenan los vacíos circundantes y realizan un contacto más íntimo con otras fibras para una ligazón más extensa del hidrógeno. El enjuague con agua causa la reprecipitación y consolidación de la red, resultando en fibras que son más fuertes en húmedo que en seco, deshiladas, inodoras, insípidas y resistentes a la grasa y a los aceites. Láminas con gran capacidad de amortiguación de los choques se pueden fabricar combinando la dureza natural de tracción del pergamino con la extensibilidad impartida por el plisado en seco.

Se puede ver, en la presente invención, que seria de esperar que el apergaminado funcionase mejor cuando se aumente el contenido de fibras en las láminas. El aumento del contenido de fibras facilita el cierre de los poros y aumento de la ligazón de hidrógeno de las fibras, sin embargo, se debe entender que ciertos agregados sensibles a los ácidos, tales como el carbonato cálcico, no se deben, probablemente, usar cuando la lámina se va a apergaminar.

F. Impresión y procesos relacionados

Puede que sea deseable imprimir o aplicar otras indicaciones, tales como marcas de fábrica, información del producto, especificaciones del envase, o logotipos, en la superficie de las láminas ligadas con almidón. Esto se puede conseguir usando cualesquiera medios o procesos de impresión conocidos en la técnica de la impresión de productos de papel o cartón, incluyendo la impresión planográfica, por superficies en relieve, en huecograbado, por poros y sin impactos. Además, las láminas o los artículos se pueden estampar o equipar con una marca de agua. Además, se pueden unir o adherir calcomanías, etiquetas u otras indicaciones, a la lámina ligada con almidón, usando procedimientos conocidos en la técnica. Las indicaciones impresas se pueden aplicar a una lámina continua, láminas individuales, láminas laminadas, formularios o artículos completos en función del proceso de impresión implicado y de la forma del artículo.

IV. Artículos fabricados con laminas ligadas con almidón

Usando los procedimientos arriba indicados es posible fabricar una amplia variedad de láminas con propiedades muy variables. Estas láminas pueden ser tan finas como aproximadamente 0,1 mm o menos, en el caso en que se necesiten. Estas láminas también pueden ser tan gruesas como aproximadamente 1 cm en el caso en que se necesiten láminas relativamente gruesas, fuertes y rígidas. Además las láminas pueden variar en su densidad desde tan baja como aproximadamente 0,6 g/cm^{3} hasta tan alta como aproximadamente 2 g/cm^{3}. En general las láminas con densidad más alta son más fuertes mientras que las láminas con densidad más baja son más aislantes. El espesor o la densidad exactos se pueden diseñar de antemano con fin de producir una lámina que tenga las propiedades que se deseen a un cose que permite que las láminas se fabriquen de una manera económicamente factible.

Los mecanismos de corte utilizados con el papel y el cartón también se pueden utilizar para cortar una lámina continua ligada con almidón en láminas individuales. Según se muestra en la figura 8, la lámina se puede cortar en láminas individuales con el uso de una cortadora de hojas de cuchillo, la cual se monta en la prensa. El cortado se puede conseguir también usando rodillos de corte con troquel continuo, prensando un troquel de corte dentro de la lámina, o por otros medios conocidos en la técnica.

Estas láminas se podrán usar en cualquier aplicación en la que se ha usado papel o cartón convencionales. Además, debido a las propiedades únicas de los materiales ligados con almidón, de la presente invención, es posible fabricar una serie de objetos que en la actualidad requieren el uso de plásticos, poliestireno o incluso metal.

En particular, estas láminas se pueden usar para fabricar los siguientes artículos de ejemplo: envases, incluyendo envases desechables y no desechables para alimentos y bebidas, tales como cajas para cereales, envase para bocadillos, envases en "concha de almeja" (incluyendo pero sin limitación a, recipientes embisagrados usados con los bocadillos para comida rápida, tales como las hamburguesas), cajas para alimentos congelados, cartones para leche, envases para zumo de frutas, recipientes para yogures, portabebidas (incluyendo, sin limitación a, soportes tipo canastilla para envolver alrededor del envase, soportes tipo anillo para "seis envases", cartones para helados, vasos (incluyendo, pero sin limitación a, vasos desechables para beber, vasos de dos piezas, vasos plisados de una pieza y copas en cono), recipientes para patatas fritas usados en puntos de venta de comida rápida y cajas para llevar comida rápida, materiales para embalar tales como papel para envolver, envasado flexible tal como bolsas para aperitivos, bolsas con un extremo abierto tales como bolsas para comestibles, bolsas dentro de cartones tales como una caja de cereales secos, bolsas mulipared, bolsos, cajas par envolver, tarjetas de soporte para artículos que se exponen o exhiben con una tapa (en particular tapas de plástico colocadas encima de productos alimenticios tales como carnes para comida ligera, productos para oficina, cosméticos, artículos de ferretería y juguetes), bandejas de soporte para sostener ...... limitación a, envoltorios congeladores, envoltorios para llantas, envoltorios para carnicerías, envoltorios para carnes y envoltorios para salchichería) una variedad de cartones y cajas tales como cajas de cartón ondulado, cajas para cigarros, cajas para confitería y cajas para cosméticos, envases convolutados o arrollados en espiral para varios productos (tales como zumo concentrado, congelado, puches de avena, patatas fritas, helados, sal, detergentes y aceite para motores), tubos para envíos por correo, tubos laminares para envolver materiales (tales como papel de envolver, materiales tejidos, toallas de papel y papel higiénico), y fundas de tela, materiales impresor y suministros para oficina tales como libros, revistas, folletos, sobres, cinta engomada, tarjetas postales, archivadores de tres anillas, tapas para libros, carpetas y lápices, varios utensilios para comer y recipientes para guardar alimentos tales como platos, tapaderas, pajitas, cubiertos de mesa, botellas, jarras, cajitas, cajas de madera, bandejas, bandejas de panadería, tazones, bandejas para microondas, bandejas para cenas viendo la televisión, cartones para huevos, escudillas para envasar carne, platillos desechables, platillos para máquinas expendedoras, platillos para tartas y platillos para desayunar, y una variedad de artículos heterogéneos tales como receptáculos de urgencia para emecias (por ejemplo, "bolsas barf", objetos casi esféricos, juguetes, viales medicinales, ampollas, jaulas para animales, envueltas para pirotecnia, envueltas para modelos de motores para cohetes, cohetes para modalismo y una infinita variedad de otros objetos.

V. Ejemplos de realizaciones preferidas

Los ejemplos que siguen se presentan con el fin de divulgar más en concreto los procedimientos para formar láminas ligadas con almidón según la presente invención. Estos ejemplos incluyen diversos diseños de mezcla, así como procedimientos para fabricar láminas, envases y otros artículos de manufactura con propiedades y dimensiones variables partiendo de las fibras.

Ejemplo 1

Se prepararon láminas con un alto contenido de almidón partiendo de mezclas maleables que incluían los componentes siguientes y en las cantidades indicadas

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Compuesto	Almidón sin	Agua	Fibra	Methocel	Total
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	1.700,00	6.000,00	1.200,00	230,00	9.130
Volumen del lote (cm^{3})	1.172,41	6.000,00	930,23	175,57	8.278
% en peso - húmedo	18,62	65,72	13,14	2,52	100
% en volumen - húmedo	14,16	72,48	11,24	2,12	100
% en peso - húmedo	54,31	- -	38,34	7,35	100
% en volumen - seco	51,46	- -	40,83	7,71	100

\vskip1.000000\baselineskip

La fibra que se usó en este ejemplo fue pino sureño y el almidón sin modificar fue almidón de maíz, el cual se desgelatinizó cuando se añadió a la mezcla. El agua, el Methocel y las fibras se mezclaron primero durante 10 minutos a alto cizallamiento en una mezcladora amasadora Hobart. Después de esto el almidón se añadió a la mezcla, la cual se mezcló durante otros 4 minutos a bajo cizallamiento.

La mezcla se extruyó usando una extruidora de hélice desaireadora a través de una boquilla de 30 cm x 0,6 cm para formar láminas continuas con las correspondientes dimensiones de anchura y espesor. La lámina extruida se pasó entonces entre un par de rodillos reductores con una distancia de separación entre los mismos correspondiente al espesor de la lámina formada y calentada a una temperatura de aproximadamente 70ºC. Después de esto la lámina fina en caliente se pasó entre rodillos que tenían una temperatura mayor de aproximadamente 100ºC con el fin de gelatinizar el almidón de maíz y eliminar el agua de la lámina fina en caliente por evaporación. El Methocel formó una película en la superficie de la lámina que evitó que el almidón se pegase a los rodillos durante el proceso de formación de la lámina. Las láminas resultantes ligadas con almidón tenían espesores que variaron desde 0,1 mm hasta 1 mm.

Ejemplo 2

Se prepararon láminas inorgánicamente cargadas con un alto contenido de almidón, partiendo de la siguiente composición moldeadora:

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Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin			sureño
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	1.700,00	1.700,00	7.000,00	1.200,00	200,00	11.800
Volumen del lote (cm^{3})	1.172,41	629,63	7.000,00	930,23	152,67	9.885
% en peso - húmedo	14,41	14,41	59,32	10,17	1,69	100
% en volumen - húmedo	11,86	6,37	70,81	9,41	1,54	100
% en peso - húmedo	35,42	35,42	- -	25,00	4,17	100
% en volumen - seco	40,64	21,82	- -	32,24	5.29	100

\vskip1.000000\baselineskip

El agua, el Methocel y las fibras de pino sureño se mezclaron primero durante 10 minutos a alto cizallamiento en una mezcladora amasadora Hobart. Después de esto el carbonato cálcico y el almidón de maíz se mezclaron durante 4 minutos más a bajo cizallamiento.

La mezcla se extruyó usando una extruidora de hélice desaireadora a través ...... 30 cm x 0,6 ...... rodillos con una distancia de separación entre los mismos correspondiente al espesor de la lámina formada.

Dado que el carbonato cálcico tenía un área superficial especifica baja, la mezcla tuvo una adherencia baja a los rodillos. Además, el Methocel evitó que el almidón se pegara a los rodillos durante el proceso de formación de la lámina. Las temperaturas de los rodillos fueron similares a las usadas en el ejemplo 1. Las láminas de estos ejemplos tenían espesores de 0,23 mm, 0,3 mm y 0,5 mm.

Ejemplo 3

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Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin			sureño
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	1.700,00	3,000,00	7.000,00	1.200,00	200,00	13,100
Volumen del lote (cm^{3})	1.172,41	1.111,11	7.000,00	930,23	152,67	10.366
% en peso - húmedo	12,98	20,90	53,44	9,16	1,53	100
% en volumen - húmedo	11,31	10,72	67,53	8,97	1,47	100
% en peso - húmedo	2,872	49,18	- -	19,67	3,28	100
% en volumen - seco	34,83	233,01	- -	2,634	4.54	100

La composición y las láminas se prepararon de la misma manera que se expone en el ejemplo 2. Las láminas formadas en este ejemplo tenían espesores de 0,23 mm, 0,3 mm, 0.38 mm y 0,5 mm.

Ejemplo 4

Se prepararon láminas inorgánicamente cargadas con un alto contenido de almidón, partiendo de la siguiente composición:

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Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin			sureño
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	2.000,00	5.000,00	8.000,00	2.000,00	200,00	17.200
Volumen del lote (cm^{3})	1.379,31	1.851,85	8.000,00	1.550,39	152,67	12.934
% en peso - húmedo	11,63	29,07	46,51	11,63	1,16	100
% en volumen - húmedo	10,66	14,32	61,85	11,99	1,18	100
% en peso - húmedo	21,74	54,35	- -	21,74	2,17	100
% en volumen - seco	27,95	37,53	- -	31,42	3,09	100

La composición y las láminas se prepararon de la misma manera que se expone en el ejemplo 2. Las láminas formadas en este ejemplo tenían espesores de 0,23 mm, 0,3 mm, 0.38 mm y ......

Ejemplo 5

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Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de	Glicerins	Methocel	Total
	maíz \; sin			pino
	modificar			sureño
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,0	1,31	_
Peso del lote (g)	2.000,00	5.000,00	8.000,00	2.000,00	300,00	200,00	17.500
Volumen del lote (cm^{3})	1.379,31	1.851,85	8.000,00	1.550,39	300,00	152,67	13.234
% en peso – húmedo	11,43	28,57	45,71	11,43	1,71	1,14	100
% en volumen – húmedo	10,42	13,99	60,45	11,71	2,27	1,15	100
% en peso – húmedo	21,05	52,63	- -	21,05	3,16	2,11	100
% en volumen – seco	26,35	35,38	- -	29,62	5,73	2,92	100

\vskip1.000000\baselineskip

Ejemplo 6

\vskip1.000000\baselineskip

Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin			sureño
	morlflcar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	2.000,00	5.000,00	9.000,00	2.000,00	200,00	18.200
Volumen del lote (cm^{3})	1.379,31	1.851,85	9.000,00	1.550,39	152,67	13.934
% en peso - húmedo	10,99	27,47	49,45	10,99	1,10	100
% en volumen - húmedo	9,90	13,29	64,59	11,13	1,10	100
% en peso - húmedo	21,74	54,35	- -	21,74	2,17	100
% en volumen - seco	27,95	37,53	- -	31,42	3,09	100

\vskip1.000000\baselineskip

\newpage

Ejemplo 7

\vskip1.000000\baselineskip

Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin			sureño
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	2.500,00	5.000,00	9.500,00	2.000,00	200,00	19.200
Volumen del lote (cm^{3})	1.724,14	1.851,85	9.500,00	1.550,39	152,67	14.779
% en peso - húmedo	13,02	26,04	49,48	10,42	1,04	100
% en volumen - húmedo	11,67	12,53	64,28	10,49	1,03	100
% en peso - seco
% en volumen - seco	32,66	35,08	- -	29,37	2,89	100

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Ejemplo 8

\vskip1.000000\baselineskip

Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin			sureño
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	2.500,00	5.000,00	9.000,00	2.000,00	100,00	18.600
Volumen del lote (cm^{3})	1.724,14	1.851,85	9.000,00	1.550,39	76,34	14,203
% en peso - húmedo	13,44	26,88	48,39	10,75	0,54	100
% en volumen - húmedo	12,14	13,04	63,37	10,92	0,54	100
% en peso - húmedo	26,04	52,08	- -	20,83	1,04	100
% en volumen - seco	33,14	35,59	- -	29,80	1,47	100

\vskip1.000000\baselineskip

\newpage

Ejemplo 9

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Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin			sureño
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	3.000,00	4.000,00	9.000,00	2.000,00	100,00	18.100
Volumen del lote (cm^{3})	2.068,97	1.841,48	9.000,00	1.550,39	76.34	14.177
% en peso - húmedo	16,57	22,10	49,72	11,05	0,55	100
% en volumen - húmedo	14,59	10,45	63,48	10,94	0,54	100
% en peso - seco	32,97	43,96	- -	21,98	1,10	100
% en volumen - seco	27,95	37,53	- -	31,42	3,09	100

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Ejemplo 10

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Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de	Glicerins	Methocel	Total
	maíz \; sin			pino
	modificar			sureño
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,0	1,31	_
Peso del lote (g)	3.000,00	4.000,00	9.000,00	2.000,00	300,00	100,00	18.400
Volumen del lote (cm^{3})	2.068,97	1.841,48	9.000,00	1.550,39	300,00	76,34	14.477
% en peso - húmedo	16,30	21,74	48,91	10,87	1,63	0,54	100
% en volumen - húmedo	14,29	10,23	62,17	10,71	2,07	0,53	100
% en peso - húmedo	31,91	42,55	- -	21,28	3,19	1,06	100
% en volumen - seco	37,77	27,05	- -	28,31	5,48	1,39	100

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Ejemplo 11

Se prepararon láminas inorgánicamente cargadas con un alto contenido de almidón, partiendo de la siguiente composición

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Compuesto	Almidón de	CaCO_{3}	Agua	Fibra de	Glicerina	Methocel	Total
	maíz \; sin			pino
	modificar			sureño
Densidad (g/cm^{3})	1,45	2,70	1,0	1,29	1,0	1,31	_
Peso del lote (g)	2.000,00	6.000,00	9.000,00	2.000,00	300,00	100,00	19.400
Volumen del lote (cm^{3})	1.379,31	2.222,22	9.000,00	1.550,39	300,00	76,34	14.528
% en peso - húmedo	10,31	30,93	46,39	10,31	1,55	0,52	100
% en volumen - húmedo	9,49	15,30	61,95	10,67	2,06	0,53	100
% en peso - húmedo	19,23	57,69	- -	19,23	2,88	0,96	100
% en volumen - seco	24,95	40,20	- -	28,04	5,43	1,38	100

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Ejemplo 12

Se prepararon láminas inorgánicamente cargadas con un alto contenido de almidón, partiendo de una mezcla moldeable que incluía los siguientes componentes en las cantidades que se indican:

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Compuesto	Almidón de	Agua	Fibra de pino	Methocel	Total
	maíz \; sin		sureño
	modificar
Densidad (g/cm^{3})	1,45	1,0	1,29	1,31	_
Peso del lote (g)	4.000,00	8.000,00	2.000,00	100,00	14.100
Volumen del lote (cm^{3})	2.758,62	9.000,00	1.550,39	76,34	12.385
% en peso - húmedo	28,37	56,74	14,18	0,71	100
% en volumen - húmedo	22,27	64,59	12,52	0,62	100
% en peso - seco	65,57	- -	32,79	1,64	100
% en volumen - seco	62,91	- -	35,35	1,74	100

\vskip1.000000\baselineskip

El agua, el Methocel y las fibras se mezclaron primero durante 10 minutos a alto cizallamiento en una mezcladora amasadora Hobart. Después de esto el almidón se añadió a la mezcla, la cual se mezcló durante otros 4 minutos a bajo cizallamiento. Las láminas se prepararon de la misma manera que se expone en el ejemplo 2. Las láminas formadas en este ejemplo tenían espesores de 0,23 mm, 0,3 mm, 0.38 mm y 0,5 mm.

\newpage

Ejemplo 13

Se fabricaron láminas conteniendo una importante cantidad de almidón con una composición que incluyó 8.000 g de agua y los siguientes componentes:

\vskip1.000000\baselineskip

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra de coníferas	2.000		50,0%		1.550	53,5%
Almidón de maíz	1.200		43,3%		1.172	40,5%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	0		0,0%		0	0,0%
Methocel 240	230		5,9%		176	6,1%
Suma	3.930		100,0%		2.898	100,0%

\vskip1.000000\baselineskip

Las láminas se fabricaron igual que más arriba. Estas láminas tenían espesores que variaron desde 0,254 mm hasta 1,27 mm y una densidad de 1,11 g/cm^{3}.

Se fabricaron láminas con un espesor 0,254 mm en vasos que se parecieron a los vasos hechos con papel corriente. Los vasos de papel corriente costaron 0,011

\euro

por vaso sin recubrir y 0,014

\euro

por vaso recubierto con cera y pasta de papel. La composición usada para fabricar las láminas de esta invención costó 0,0127

\euro

por vaso sin recubrir y 0,1455

\euro

por vaso recubierto con cera. El coste de los vasos sin recubrir de esta invención fue el 115% del coste de los vasos de papel, mientras que el coste de los vasos recubiertos de esta invención fue solo el 103% del coste de los vasos de papel debido a la posibilidad de usar mucho menos material de recubrimiento en los vasos de esta
invención.

En la tabla que sigue se compara el coste de los diversos componentes usados para fabricar las láminas a las que se le dio la forma de vasos. En la tabla se indica en coste total, el cose unitario por vaso y el porcentaje del coste de cada ingrediente en el lote en seco (se presume que el coste del agua es imperceptible).

\vskip1.000000\baselineskip

Componente	Coste (\textdollar/0,45 kg)	Coste/vaso (cent \euro )	% coste/lote
Fibra de coníferas	0,425		0,660	52%
Almidón de maíz	0,09\hskip0,2cm		0,119	9%
Glicerina	1\hskip0,7cm		0,000	0%
CaCO_{3}	0,015		0,000	0%
Methocel 230	2,75\hskip0,2cm		0,491	39%
Suma	- -\hskip0,3cm		1,270	100%

\newpage

Ejemplo 14

Por cuestión de comparación se fabricaron láminas con la siguiente composición en la cual no se incluyó almidón pero se aumentó la celulosa de metilo. Además, la composición incluía una gran cantidad de carga inorgánica, la cual, en general, es la más económica de todos los componentes. Se incluyó con una cantidad de 11 kg.

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra de abacá	2.000		20,4%		1.550	32,9%
Almidón de maíz	0		0,0%		0	0,0%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	7.000		71,4%		2.545	54,1%
Methocel 240	800		5,9%		611	13,0%
Suma	9.800		100,0%		4.707	100,0%

A pesar de la inclusión de una gran cantidad de carga inorgánica, el uso de 800 g de Methocel 240, que representó el 70% del coste del material, el coste unitario de cada vaso sin recubrir subió a 1,500 céntimos de \textdollar y el de cada vaso recubierto a 1,694 céntimos de \textdollar. La carga inorgánica aumentó la densidad de las láminas hasta 1.70 g/cm^{3}.

Ejemplo 15

La composición moldeadora usada en este ejemplo fue idéntica en todo lo que respecta a la composición usada en el ejemplo 13, excepto que en este ejemplo se usó una mezcla, a partes iguales, de fibras de madera dura y madera de coníferas. Las láminas resultantes fueron similares a las del ejemplo 14. El coste de los materiales para fabricar los vasos con las láminas de este ejemplo fue virtualmente idéntico al coste de fabricación de los vasos con las láminas del ejemplo 13.

Ejemplo 16

La composición moldeadora usada en este ejemplo fue idéntica en todo lo que respecta a la composición usada en el ejemplo 13, excepto que en este ejemplo se usaron fibras de abacá. El coste de los materiales para fabricar los vasos con las láminas de este ejemplo fue virtualmente idéntico al coste de fabricación de los vasos con las láminas del ejemplo 13.

Ejemplo 17

La composición moldeadora usada en este ejemplo fue idéntica en todo lo que respecta a la composición usada en el ejemplo 13, excepto que en este ejemplo solo se usaron 1200 g de fibras de madera de coníferas. El coste de los materiales para fabricar los vasos con las láminas de este ejemplo fue virtualmente idéntico al coste de fabricación de los vasos con las láminas del ejemplo 13.

Ejemplo 18

Se fabricaron láminas según el procedimiento del ejemplo 13 excepto que se usó la siguiente composición conteniendo 7.000 g de agua.

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	1.200		25,0%		930	32,4%
Almidón de maíz	1.700		35,4%		0	0,0%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	1.700		35,4%		618	21,5%
Methocel 240	200		4,2%		153	5,3%
Suma	4.800		100,0%		2.873	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1.37 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,97 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,155 céntimos de \textdollar, lo cual es el 88% y el 82% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 19

Se fabricaron láminas usando una composición que fue similar a la composición del ejemplo 18, excepto que la cantidad de CaCO_{3} hasta 3.000, mientras que los demás componentes se mantuvieron constantes. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,49 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,846 céntimos de \textdollar y el de los vasos sin recubrir fue 1,031 céntimos de \textdollar, lo cual es el 72% y el 73% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 20

Se fabricaron láminas según el procedimiento del ejemplo 13 excepto que se usó la siguiente composición conteniendo 8.000 g de agua.

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra de pino	2.000		21,7%		1.550	31,6%
Almidón de maíz	2.000		21,7%		1.379	28,1%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	5.000		54,3%		1.818	37,1%
Methocel 240	200		2,2%		153	3,3%
Suma	9.500		100,0%		4.901	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 153 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,760 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,945 céntimos de \textdollar, lo cual es el 69% y el 67% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 21

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar a la composición del ejemplo 20, excepto por la inclusión adicional de 300 g de glicerina. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,49 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,846 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,031 céntimos de \textdollar, lo cual es el 77% y el 73% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 22

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 20, excepto que se aumentó la concentración de almidón de maíz a 2.500 g y la cantidad de agua se subió 9.500 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,51 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,729 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,914 céntimos de \textdollar, lo cual es el 66% y el 65% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente. El aumento de la cantidad de almidón produjo el efecto de que bajó ligeramente algo más el coste unitario de los vasos.

Ejemplo 23

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 22, excepto que se disminuyo la concentración de Methocel 240 a 100 g y la cantidad de agua se bajó a 9.000 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,52 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,620 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,850 céntimos de \textdollar, lo cual es el 56% y el 57% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente. La disminución de la cantidad de Methocel 240 .....

\newpage

Ejemplo 24

Se fabricaron láminas según el procedimiento del ejemplo 13 excepto que se usó la siguiente composición conteniendo 9.000 g de agua.

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	2.000		22,0%		1.550	30,1%
Almidón de maíz	3.000		33,0%		2.069	40,2%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	4.000		44,0%		1.455	28.2%
Methocel 240	100		1,1%		76	1,5%
Suma	9.100		100,0%		5.150	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,44 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,636 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,821 céntimos de \textdollar, lo cual es el 58% y el 58% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 25

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar a la composición del ejemplo 24, excepto que se usaron 100 g de glicerina. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,43 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,667 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,852 céntimos de \textdollar, lo cual es el 61% y el 60% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 26

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar a la composición del ejemplo 25, excepto que el contenido de glicerina se subió a 200 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,42 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,696 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,881 céntimos de \textdollar, lo cual es el 63% y el 63% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 27

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar a la composición del ejemplo 24, excepto que se el contenido de glicerina se aumento aún más a 300 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,41 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,725 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,910 céntimos de \textdollar, lo cual es el 65% y el 65% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 28

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	2.000		21,7%		1.550	31,6%
Almidón de maíz	2.000		21,7%		1.379	28,1%
Glicerina	300		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	6.000		54,3%		1.818	37,1%
Methocel 240	100		2,2%		153	3,1%
Suma	10.400		100,0%		4.901	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,55 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,695 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,880 céntimos de \textdollar, lo cual es el 63% y el 62% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 29

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 28, excepto que el contenido de glicerina se aumentó a 400 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,54 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,723 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,908 céntimos de \textdollar, lo cual es el 66% y el 64% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 30

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 28, excepto que se eliminó la glicerina. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,59 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,605 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,790 céntimos de \textdollar, lo cual es el 55% y el 56% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 31

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 30, excepto que la cantidad de Methocel 240 usada en la composición se subió a 200 g y el agua se aumentó a 10 kg. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,58 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,714 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,899 céntimos de \textdollar, lo cual es el 65% y el 64% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 32

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 31, excepto que el contenido de agua se redujo a 9.000 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,58 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,714 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,899 céntimos de \textdollar, lo cual es el 65% y el 64% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente. El contenido de agua fue óptimo basándose en las propiedades de la lámina recién formada.

Ejemplo 33

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 32, excepto que se usaron 300 de glicerina. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,54 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,797 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,982 céntimos de \textdollar, lo cual es el 72% y el 70% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 34

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 32, excepto que se usaron 400 g de glicerina. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,53 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,822 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,007 céntimos de \textdollar, lo cual es el 75% y el 71% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 35

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 32, excepto que se usaron 500 g de glicerina. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,52 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,847 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,032 céntimos de \textdollar, lo cual es el 77% y el 73% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

\newpage

Ejemplo 36

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	2.200		32,8%		1.550	35,4%
Almidón de maíz	4.000		65,6%		2.759	62,9%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	0		0,0%		0	0,0%
Methocel 240	100		1,6%		76	1,7%
Suma	6.100		100,0%		4.385	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,14 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,762 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,947 céntimos de \textdollar, lo cual es el 69% y el 67% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 37

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	1.200		12,8%		930	20,0%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	6.000		63,8%		2.182	47.0%
Methocel 240	200		2,1%		153	3,3%
Suma	9.400		100,0%		4.644	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,65 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,644 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,829 céntimos de \textdollar, lo cual es el 59% y el 59% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 38

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	2.000		31,7%		1.550	33,8%
Almidón de maíz	4.000
Glicerina	200		3,2%		200	4,4%
CaCO_{3}	0		0,0%		0	0,0%
Methocel 240	100		1,6%		76	1,7%
Suma	6.300		100,0%		4.585	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,12 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,827 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1.012 céntimos de \textdollar, lo cual es el 75% y el 72% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 39

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 38, excepto que la cantidad de glicerina que se usó se aumentó 400 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,11 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,886 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,071 céntimos de \textdollar, lo cual es el 80% y el 76% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 40

Se fabricaron láminas según el procedimiento del ejemplo 13 excepto que se usó la siguiente composición conteniendo 8.500 g de agua.

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	2.000		28,2%		1.550	32,6%
Almidón de maíz	4.000		56,3%		2.759	58,1%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	1.000		14,1%		364	7,7%
Methocel 240	100		1,4%		76	1,6%
Suma	7.100		100,0%		4.749	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,22 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,711 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,896 céntimos de \textdollar, lo cual es el 65% y el 64% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 41

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 40, excepto que la cantidad de CaCO_{3} se aumentó a ....... El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,688 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,873 céntimos de \textdollar, lo cual es el 62% y el 62% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 42

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 40, excepto que la cantidad de CaCO_{3} se aumentó a 2.000 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,29 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,667 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,852 céntimos de \textdollar, lo cual es el 61% y el 60% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 43

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 40, excepto que la cantidad de CaCO_{3} se aumentó a 2.000 g, el Methocel 240 a 150 g y el agua se aumentó a 9.500 g.. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,36 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,680 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,866 céntimos de \textdollar, lo cual es el 62% y el 61% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 44

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 43, excepto que la cantidad de agua se aumentó a 10 kg lo que pareció ser óptimo para el proceso de formación de láminas.

Ejemplo 45

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 40, excepto que la cantidad de CaCO_{3} se aumentó a 3.000 g, el Methocel 240 se subió a 200 g y el agua se aumentó a 10,5 kg. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,35 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,732 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,917 céntimos de \textdollar, lo cual es el 66% y el 65% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 46

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 43, excepto que se usaron 200 g de glicerina y la cantidad de agua en la composición moldeadora se aumentó 10 kg. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,34 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,735 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,920 céntimos de \textdollar, lo cual es el 67% y el 65% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 47

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 43, excepto que se usaron 400 g de glicerina y la cantidad de agua se aumentó a 10 kg en la composición moldeadora. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,32 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,787 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,927 céntimos de \textdollar, lo cual es el 71% y el 69% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 48

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 43, excepto que se usaron 600 g de glicerina y la cantidad de agua se aumentó a 10 kg en la composición moldeadora. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,30 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,835 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,020 céntimos de \textdollar, lo cual es el 76% y el 72% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 49

Componente	Peso del lote (g)	% en peso, húmedo	Vol. del lote (cm^{3})	% en volumen seco
Fibra	2.000		21,5%		1.550	27,5%
Almidón de maíz	4.000		43,0%		2.759	49,0%
Glicerina	0		0,0%		0	0,0%
CaCO_{3}	3.000		32,3%		1.091	19,4%
Methocel 240	300		3,2%		229	4,1%
Suma	9.300		100,0%		5.629	100,0%

Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,35 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,832 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,017 céntimos de \textdollar, lo cual es el 76% y el 72% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 50

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 49, excepto que la cantidad de Methocel 240 se redujo a 250 g y el agua se redujo a 10 kg.. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,35 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,782 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 0,967 céntimos de \textdollar, lo cual es el 71% y el 69% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

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Ejemplo 51

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 36, excepto que el Methocel 240 se aumentó a 150 g y el agua se redujo a 8.500 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,14 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,825 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,010 céntimos de \textdollar, lo cual es el 72% y el 72% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

Ejemplo 52

Se fabricaron láminas con una composición que fue similar en todos sus aspectos a la composición del ejemplo 36, excepto que la cantidad de Methocel 240 se subió a 200 g. Las láminas resultantes tenían una densidad de 1,14 g/cm^{3}. El coste unitario de los vasos sin recubrir fabricados con las láminas de este ejemplo fue 0,888 céntimos de \textdollar y el de los vasos recubiertos fue 1,073 céntimos de \textdollar, lo cual es el 81% y el 76% del coste de los vasos de papel recubierto y sin recubrir, respectivamente.

En los ejemplos que siguen se formaron láminas muy finas que tienen unas características y propiedades que les hacen muy idóneas para un uso similar al de las láminas de papel, cartón, plástico, poliestireno o de metal, de espesor y peso similares. Las propiedades deseadas se diseñan en las láminas usando un método de estudio técnico microestructural. Esto permite la fabricación de láminas con una variedad de propiedades deseadas incluyendo propiedades que, en general, no son posibles en objetos similares a láminas de producción en masa, fabricados con los anteriores materiales convencionales.

Ejemplos 53 a 58

Las láminas capaces de formarse dentro de una variedad de artículos (incluyendo envases para comida y bebidas) se fabrican según los procesos indicados en los ejemplos 1 a 52. Las láminas endurecidas se someten a acabado, opcionalmente se recubren y luego se les da la forma de un número de diferentes envases para comida y bebidas.

Por ejemplo, un "vaso frío" (tal como esos en los que se dispensan bebidas carbónicas en los restaurantes de comida rápida) se hace cortando un primordio o pieza en tosco, laminando la pieza en tosco dándole la forma de un vaso y, pegando los extremos de la pieza laminada con el uso de cola convencional basada en agua. En el fondo del vaso se coloca un disco y la parte inferior de la porción de pared laminada se pliega para sujetar el fondo del vaso en su sitio. El borde del vaso se frunce para reforzar el borde y crear una superficie para beber más lisa. Para fabricar el vaso se pueden usar láminas con un espesor de 0,3 mm.

Un envase en "concha de almeja" (tal como los que en la actualidad se usa en la industria de la comida rápida)
a ..... la pieza en tosco para formar las línea de pliegue deseadas, doblando el tosco para darle la forma de un envase de concha de almeja, y adhiriendo o enclavando los extremos del tosco plegado para preservar la integridad del envase. Para fabricar el envase de concha de almeja se pueden usar láminas con un espesor de 0,4 mm.

Un envase para patatas fritas (tal como los que se usan para servir patatas fritas en la industria de la comida rápida) se hace cortando, de una lámina, un tosco apropiado, marcando el tosco con cortes para formas las línea de plegado que se deseen, plegando el tosco para darle la forma de un envase para patatas fritas y adhiriendo los extremos del tosco plegado usando un adhesivo para preservar la integridad del envase. Para fabricar el envase para patatas fritas se pueden usar láminas con un espesor de 0,4 m.

Una caja para alimentos congelados (tal como los que se usan en los supermercados para envasar alimentos congelados) se hace cortando, de una lámina, un tosco apropiado, marcando el tosco con cortes para formar las líneas de plegado que se deseen, plegando el tosco para darle la forma de una caja para alimentos congelados y adhiriendo los extremos del tosco plegado usando un adhesivo para preservar la integridad de la caja. Para fabricar esta caja para alimentos congelados se pueden usar láminas con un espesor de 0,5 mm.

Una caja para cereales fríos, de una lámina de 3 mm de espesor, un tosco apropiado, marcando el tosco con cortes para formar las líneas de plegado que se deseen, plegando el tosco para darle la forma de una caja para cereales fríos y adhiriendo los extremos del tosco plegado usando un adhesivo para preservar la integridad de la caja para cereales.

Una pajita par beber se hace enrollando una pieza de una lámina de 0,25 mm en la forma de la pajita y pegando los extremos entre sí. Al fabricar la pajita, al igual que al hacer cada de uno los objetos indicados más arriba, es ventajoso controlar el contenido de humedad de la lámina con el fin de mantener el más alto nivel de flexibilidad de la lámina, El nivel más alto de flexibilidad minimiza el partido y el rasgado de la lámina.

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Los envases así fabricados se indican a continuación, incluyendo el espesor de la lámina usada para fabricar cada envase:

Ejemplo	Envase	Espesor de la lámina
53	vaso frío	0,3 mm
54	concha de almeja	0,4 mm
55	envase para patatas fritas	0,4 mm
56	caja para alimentos congelados	0,5 mm
57	caja para cereales en frío	0,3 mm
58	pajita para beber	0,25m

Ejemplo 59

Los vasos en frío, fabricados según el ejemplo 53 se pasan por una máquina enceradora comercial, por medio de la cual se aplica una capa uniforme de cera a la superficie. La capa de cera sella por completo la superficie del vaso a la humedad y la hace impermeable.

Ejemplo 60

Los vasos fríos fabricados según el ejemplo 53 se recubren con un recubrimiento acrílico usando una boquilla de aspersión fina. De manera similar a la cera del ejemplo 59, la capa de recubrimiento acrílico sella por completo la superficie del vaso a la humedad y le hace impermeable. El recubrimiento acrílico tiene además la ventaja de que no es visible como lo es el recubrimiento de cera. Como el recubrimiento acrílico es más fino el vaso pare como si estuviera sin recubrir. El brillo del vaso se puede controlar usando distintos tipos de recubrimientos acrílicos.

Ejemplos 61 y 62

Los envases de concha de almeja, fabricados según el ejemplo 54 se recubren, alternativamente, con los mismos materiales de recubrimiento usados para recubrir vasos fríos en los ejemplos 59 y 60. Los resultados son casi idénticos a los obtenidos con los vasos recubiertos.

Ejemplo	\hskip2cm	Material de recubrimiento
61		cera
62		acrílico

Ejemplo 63

Láminas de varios espesores entre 0,25 m y 0,5 mm se forman según los procesos de los ejemplos 1 a 52. Las láminas secas de cada espesor se cortan en formas circulares y se le da forma para platillos desechables usando una prensa mecánica convencional equipada con un troquel progresivo usado para hacer tales platillos con pasta de papel. Los platillos formados son sustancialmente similares en forma, resistencia y aspecto en comparación con los platillos de papel convencional. Sin embargo, los platillos hechos con láminas ligadas con almidón son mas rígidos que los platillos de papel convencional y, por consiguiente, poseen más integridad estructural cuando se coloque comida en o dentro de los platillos.

Ejemplo 64

Las láminas ligadas con almidón en las que use cualquiera de los tipos de mezcla indicados arriba se usan para manufacturar material de lectura imprimidos, tales como revistas o folletos. Tales revistas y folletos contienen tanto láminas finas, más flexibles, como láminas más gruesas, menos flexibles. Las láminas más finas, más flexibles, tienen espesor de aproximadamente 0,025 a 0,05 mm, mientras que las láminas más gruesas, menos flexibles tienen un espesor de aproximadamente 0,1 a 0,2 mm.

Ejemplo 65

Con el uso de cualquiera de las composiciones anteriores se forman láminas onduladas que contengan una estructura interior acanalada emparedada entre dos láminas plana. La lámina ondulada, o lámina interior acanalada (la cual es similar a la lámina interior acanalada u ondulada una caja de cartón corriente) se forma pasando una lámina plana, ligada con almidón, endurecida o rehumedecida, con el espesor apropiado a por un par de rodillos con superficies o dientes ondulados entrelazados.

Se aplica cola a las superficies de la lámina ondulada, la cual se empareda entonces entre dos láminas planas y se deja endurecer. Esta construcción de lámina ondulada emparedada tiene propiedades de resistencia, dureza y rigidez superiores en a las de las láminas de cartón ondulado convencional.

VI. Resumen

Por lo anterior se podrá apreciar que la presente invención aporta procedimientos para fabricar láminas respetuosas con el medio ambiente, a bajo coste, las cuales tienen propiedades similares a las láminas de papel, cartón, poliestireno, plástico o metal.

Además, la presente invención proporciona procedimientos para fabricar láminas a las que se puede dar la forma de una variedad de envases u otros artículos usando el equipo y las técnica se fabricación existentes que en la actualidad se usan para formar artículos con láminas de papel, cartón, poliestireno, plástico o metal.

Además, la presente invención aporta composiciones y procedimientos para fabricar láminas respetuosas con el medio ambiente que se pueden formar con composiciones moldeables las cuales contienen solo una fracción del agua contenida en las lechadas que, es típico, se usan para fabricar papel convencional, y que no requieren desaguado extenso durante el proceso de formación de la lámina.

Además, de acuerdo con la presente invención, se fabrican láminas, así como también envases y otros artículos hechos con las mismas, que son biodegradables con facilidad y/o descomponibles en sustancias, solo halladas en la tierra.

Aún más, la presente invención proporciona procedimientos que permiten la fabricación de láminas, envases y otros artículos con las mismas, a un coste que es comparable con, e incluso inferior que, el coste de los procedimientos existentes para fabricar papel, plásticos o productos metálicos.

En concreto, la presente invención reduce la demanda de energía y el coste inicia de inversión de capital para fabricar productos con las características deseables que se encuentran en el papel, plásticos o metales.

La presente invención también aporta procedimientos que permite la inclusión de cantidades relativamente altas de almidón dentro de las láminas mientras que se solucionan los problemas asociados con la adherencia del almidón, en particular almidón gelatinizado, al aparato moldeador o formador de láminas.

La presente invención aporta, además, procedimientos que permiten la inclusión opcional de importantes cantidades de cargas minerales inorgánicas naturales dentro de las láminas antes mencionadas.

Por último, la presente invención aporta procedimientos para fabricar láminas inorgánicamente cargadas que tiene mayor flexibilidad, resistencia a la tracción, dureza, moldeabilidad y productibilidad en masa en comparación las materias primas con una carga inorgánica.

Claims

1. Un procedimiento para fabricar una lámina ligada con almidón que comprende las etapas de:

(a): mezclar entre sí agua, gránulos de almidón desgelatinizado, un éter celulósico, un material fibroso y, opcionalmente, una carga de agregado inorgánico para formar una mezcla moldeable,

(b): formar la mezcla moldeable dentro en una lámina fina en caliente inicial pasando la mezcla entre, al menos, un juego de rodillos formadores (40) con una temperatura tal que una porción del éter celulósico se precipite térmicamente con el fin de reducir la adherencia de la lámina fina en caliente inicial a los rodillos formadores tras la gelatinización de los gránulos de almidón desgelatinizado en la etapa (c),

(c): pasar la lámina fina en caliente inicial entre, al menos, un juego de rodillos con una temperatura tal que, al menos, una porción de los gránulos de almidón desgelatinizado llegue a estar gelatinizada y con el fin de formar una lámina fina en caliente intermedia, y

(d): calentar la lámina fina en caliente para eliminar una poción de agua de la lámina fina en caliente intermedia con el fin de formar una lámina endurecida que tenga una matriz ligante incluyendo almidón seco y éter celulósico.

2. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que las etapas (c) y (d) se realizan por medio de sucesivos juegos de rodillos (50, 70) con temperaturas crecientes de un juego de rodillos al siguiente juego de rodillos.

3. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que las etapas (c) y (d) se realizan por medio de sucesivos juegos de rodillos (50, 70) con sustancialmente la misma temperatura de un juego de rodillos al siguiente juego de rodillos.

4. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el éter celulósico tiene una temperatura de termoprecipitación y en el que los rodillos formadores( 40) de la etapa (b) tienen una temperatura que es, al menos, tan alta como la temperatura de termoprecipitación del éter celulósico.

5. Un procedimiento según se define en la reivindicación 4, en el que los gránulos de almidón desgelatinizado tienen una temperatura de gelificación y en el que los rodillos formadores (4) de la etapa (b) tienen una temperatura tal que los gránulos de almidón desgelatinizado, dentro de la mezcla moldeable, permanecen sustancialmente desgelatinizados hasta la etapa (c).

6. Un procedimiento según se define en la reivindicación 5, en el que los rodillos formadores (40), utilizados en la etapa (b), tienen una temperatura que es más baja que la temperatura de gelificación de los gránulos de almidón desgelatinizado.

7. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que los gránulos de almidón desgelatinizado tienen una temperatura de gelificación y en el que los rodillos formadores (40) de la etapa (b) tienen una temperatura tal que, al menos, una porción de gránulos de almidón desgelatinizado, dentro de la mezcla moldeable, llegan a gelatinizarse en parte.

8. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que los gránulos de almidón desgelatinizado tienen una concentración dentro del intervalo desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 90% en peso del total de sólidos en la mezcla moldeable, siendo preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 15% hasta aproximadamente 80% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable y, en especial, dentro del intervalo desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 70% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable.

9. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que los gránulos de almidón desgelatinizado comprenden dos o más almidones distintos con temperaturas de gelificación variables.

10. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que los gránulos de almidón desgelatinizado se eligen del grupo formado por almidón de patata, almidón de maíz, almidón de maíz ceroso y mezclas de los mismos.

11. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el éter celulósico tiene una concentración dentro del intervalo desde aproximadamente 0,5% hasta aproximadamente 10% en peso del total de sólidos en la mezcla moldeable, siendo preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 1% hasta aproximadamente 5% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable y, en especial, dentro del intervalo desde aproximadamente 2% hasta aproximadamente 4% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable.

12. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el éter celulósico se elige del grupo formado por metilhidroxietilcelulosa, hidroximetiletilcelulosa, carboximetilcelulosa, metilcelulosa, etilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxietilpropilcelulosa y mezclas o derivados de las mismas.

13. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la carga de agregado inorgánico tiene una concentración dentro del intervalo desde aproximadamente 0% hasta aproximadamente 90% en peso del total de sólidos en la mezcla moldeable, siendo preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 80% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable y, en especial, dentro del intervalo desde aproximadamente 30% hasta aproximadamente 70% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable.

14. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la carga de agregado inorgánico se elige del grupo formado por arcilla, yeso, carbonato cálcico, mica, sílice, alúmina, arena, grava, arenisca, piedra caliza, perlita, vermiculita, esferas de vidrio hueco, esferas cerámicas porosas, pómez, roca, perlas de vidrio, aerogeles, xerogeles, cenizas volantes, sílice ahumado, sílice fundido, alúmina tabular, caolín, microesferas, aluminato cálcico, xonotlita, arcillas expandidas de peso ligero, partículas de cemento hidráulico hidratado, productos de residuos de hormigón, roca exfoliada, gel de sílice, gel de silicato cálcico, gel de silicato alumínico, bolas de metal, caras, pellas, polvos y mezclas de los mismos.

15. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la carga de agregados inorgánicos comprende partículas individuales cuyo tamaño está optimizado con el fin de conseguir una predeterminada densidad de empaquetado natural.

16. Un procedimiento según se define en la reivindicación 15, en el que la densidad de condensación natural de la carga de agregados inorgánicos es mayor de aproximadamente 0,65.

17. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el material fibroso tiene una concentración dentro del intervalo desde aproximadamente 3% hasta aproximadamente 40% en peso del total de sólidos en la mezcla moldeable, siendo preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 30% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable y, en especial, dentro del intervalo desde aproximadamente 7% hasta aproximadamente 20% en peso del total de sólidos dentro de la mezcla moldeable.

18. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el material fibroso comprende fibras orgánicas seleccionadas del grupo formado por fibras de cáñamo, fibras de algodón, fibras de bagazo, fibras de abacá, fibras de pino sureño, fibras de madera dura sureña y mezclas de las mismas.

19. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el material fibroso incluye fibras inorgánicas seleccionadas del grupo formado por fibras de vidrio, fibras de sílice, fibras cerámicas, fibras de carbono, fibras de metal y mezclas de las mismas.

20. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el material fibroso incluye fibras individuales con una relación entre dimensiones de, al menos, 10 a 1, siendo preferible una relación entre dimensiones de, al menos 100 a 1.

21. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la mezcla moldeable incluye además un ligante a base de proteínas seleccionado del grupo formado por prolamina, colágeno, gelatina, cola, caseína y mezclas de las mismas o derivados de los mismos.

22. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la mezcla moldeable incluye además un polisacagregado seleccionado del grupo formado por ácido algínico, picocoloides, agar, goma arábiga, goma de guar, goma de semilla de acacia, goma karaya, y goma tragacanto y mezclas o derivados de los mismos.

23. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la mezcla moldeable incluye además un ligante orgánico sintético seleccionado del grupo formado por pirrolidona polivinílica, polietilenglicol, alcohol polivinílico, éter polivinilmetílico, ácidos poliacrílicos, sales de ácidos poliacrílicos, ácidos polivinilacrílicos, sales de ácidos polivinilacrílicos, poliacrilimidas, ácido poliláctico, polímeros de óxido de etileno, látex y mezclas o derivados de los mismos.

24. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la mezcla moldeable tiene un límite elástico mayor que aproximadamente 2 kPa, siendo preferible mayor de aproximadamente 100 kPa.

25. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que los gránulos de almidón desgelatinizado tienen una temperatura de gelificación y el éter celulósico tiene una temperatura de termoprecipitación en el que la temperatura de gelificación de los gránulos de almidón desgelatinizado es más alta que la temperatura de termoprecipitación del éter celulósico.

26. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el agua tiene una concentración dentro del intervalo desde aproximadamente 5% hasta aproximadamente 80% en peso de la mezcla moldeable, siendo preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 10% hasta aproximadamente 70% en peso del total de mezcla moldeable y, en especial, dentro del intervalo desde aproximadamente 20% hasta aproximadamente 50% en peso del total de la mezcla moldeable.

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27. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la mezcla moldeable comprende además un plastificante.

28. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, incluyendo además la etapa para tratar la lámina sustancialmente endurecida con glicerina.

29. Un procedimiento según se define en la reivindicación 28, en el que la glicerina se mezcla con, al menos, uno de entre agua y un polímero orgánico.

30. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la mezcla moldeable incluye también un agregado orgánico seleccionado del grupo formado por gel de mar, arcilla sintética, corcho, semillas, polímeros de poco peso, materiales de agar, gelatinas y mezclas de los mismos.

31. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la mezcla moldeable comprende también una mezcla de reticulación, siendo preferible, al menos, una de entre dialdehidos, metilureas y resinas de melamina y formaldehido, y mezclas de las mismas.

32. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que sustancialmente la lámina endurecida tiene un espesor hasta aproximadamente 10 cm, siendo preferible menor de aproximadamente 1 cm, y más preferible menor de aproximadamente 5 mm, y lo más preferible menor de aproximadamente 3 mm, y en especial menos de aproximadamente 1 mm.

33. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que este procedimiento da láminas en las que el material fibroso incluye fibras individuales que tienen una orientación sustancialmente unidireccional dentro de la lámina.

34. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que este procedimiento da una lámina teniendo una relación entre la resistencia a la tracción y la densidad aparente dentro del intervalo desde aproximadamente 2 MPa cm^{3}/g hasta aproximadamente 500 MPa cm^{3}/g, siendo preferible dentro del intervalo desde aproximadamente 5 MPa cm^{3}/g hasta aproximadamente 150 MPa cm^{3}/g, más preferible dentro de un intervalo desde aproximadamente 0,05 MPa hasta aproximadamente 100 MPa y, especial, desde aproximadamente 5 MPa hasta aproximadamente 80 MPa.

35. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que este procedimiento da una lámina con una densidad mayor de aproximadamente 1 g/cm^{3}, siendo preferible mayor de 1,5 g/cm^{3},

36. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que este procedimiento da una lámina capaz de ser alargada dentro de un intervalo desde aproximadamente 0,5% hasta aproximadamente 12% sin fraccionarse por completo.

37. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que este procedimiento da una lámina que es biodegradable en agua.

38. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, incluyendo además una etapa en el grupo consistente en ondular la lámina sustancialmente endurecida, plisar la lámina sustancialmente endurecida, apergaminar la lámina sustancialmente endurecida, aplicar marcas a la lámina sustancialmente endurecida, formar un bisagra en la lámina sustancialmente endurecida y formar un perforación en la lámina sustancialmente endurecida, arrollando la lámina sustancialmente endurecida en una bobina, cortar la lámina sustancialmente endurecida en secciones de tamaño más pequeño, calentar la lámina sustancialmente endurecida con el fin de termoformarla a la forma que se desee, y rehumedecer la lámina sustancialmente endurecida.

39. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que la etapa (b) incluye además extruir la mezcla moldeable a través de un troquel antes de pasar la mezcla entre los rodillos formadores.

40. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que también incluye la aplicación de un revestimiento a la lámina sustancialmente endurecida, siendo preferible, al menos, uno de: aceites comestibles, melamina, cloruro de polivinilo, alcohol polivinílico, acetato polivinílico, poliacrilatos, poliamidas, hidroxipropilmetilcelulosa, polietilenglicol, acrílicos, poliuretano, polietileno, ácido poliláctico, copolímeros de polihidroxibutirato e hidroxivalerato, látex, almidones, proteína de soja, aceite de soja, éteres celulósicos, polímeros sintéticos, ceras, elastómeros, silicatos sódicos, carbonato cálcico, óxido de aluminio, óxido de silicona, caolín, arcilla, materiales cerámicos y mezclas de los mismos.

41. Un procedimiento según se define en la reivindicación 40, en el que el recubrimiento se aplica por medio de un proceso del grupo formado por recubrimiento con cuchilla, recubrimiento de pudelado, recubrimiento con rasqueta de aire, recubrimiento de impresión, recubrimiento Dahlgren, recubrimiento por grabado y recubrimiento con polvos.

42. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, incluyendo además la etapa de laminar, al menos, una lámina adicional a una lámina sustancialmente endurecida, siendo preferible, al menos, una de entre láminas ligadas con almidón, hojas poliméricas orgánicas, hojas metálicas, láminas ionoméricas, láminas elastoméricas, láminas de plástico, láminas fibrosas, esteras, hojas de papel, láminas de celofán, láminas de nilón, láminas enceradas, láminas hidráulicamente fraguables, láminas con cargas altamente inorgánicas, láminas de películas metalizadas y combinaciones de las anteriores.

43. Un procedimiento según se define en la reivindicación 42, en el que, al menos, una lámina adicional se lamina a una lámina sustancialmente endurecida por medio de un proceso seleccionado del grupo formado por laminación de unión en húmedo, laminación de unión en seco, termolaminación y laminación a presión.

44. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el las etapas (b) a (d) ocurren sustancialmente de forma simultánea.

45. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el mismo rodillo o la misma combinación de rodillos (40, 50, 70) llevan a cabo las etapas (b) y (c).

46. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, en el que el mismo rodillo o la misma combinación de rodillos (40, 50, 70) llevan a cabo las etapas (c) y (d).

47. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que además incluye la etapa de incorporar vacíos intersticiales dentro de la matriz ligante de la lámina sustancialmente endurecida.

48. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que además incluye la etapa de compactar la lámina sustancialmente endurecida pasando la lámina entre, al menos, un par de rodillos compactadores (60).

49. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que además incluye la etapa de pasar la lámina sustancialmente endurecida entre, al menos, un par de rodillos calandradores.

50. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que además incluye la etapa de pasar la lámina sustancialmente endurecida entre, al menos, un par de rodillos de acabado (80) para impactar un acabado superficial deseado.

51. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que además incluye la etapa de dar a la lámina sustancialmente endurecida la forma de un envase.

52. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que además incluye la etapa de arrollar en espiral la lámina sustancialmente endurecida para darle la forma deseada.

53. Un procedimiento según se define en la reivindicación 1, que además incluye la etapa de dar a la lámina sustancialmente endurecida la forma deseada de un artículo de fabricación.