ES2281460T3 - Metodo para reciclar materiales fibrosos aglomerados y fibras sinteticas y materiales en forma de fibras obtenidos mediante el mismo. - Google Patents

Abstract

Método para reciclar materiales fibrosos unidos, comprendiendo el método: disponer piezas de materiales fibrosos unidos, teniendo las piezas tamaños que están adaptados para su suspensión en un líquido; poner en suspensión las piezas discretas de materiales fibrosos unidos en un líquido; caracterizado porque el método comprende además: aplicar trabajo mecánico a la suspensión líquida de piezas discretas para generar condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para fragmentar hidráulicamente los materiales fibrosos unidos en fibras y componentes a modo de fibra; y separar del líquido las fibras y los componentes a modo de fibra sustancialmente individuales.

Description

Método para reciclar materiales fibrosos aglomerados y fibras sintéticas y materiales en forma de fibras obtenidos mediante el mismo.

Sector de la invención

La presente invención se refiere a técnicas de reciclado y a los materiales producidos utilizando dichas técnicas.

Antecedentes

Se reciclan frecuentemente materiales de papel y textiles hechos enteramente de fibras naturales (por ejemplo, fibras animales o vegetales) y/o fibras celulósicas (por ejemplo, fibras de pulpa). Se han desarrollado técnicas para reciclar estos materiales a fin de descomponerlos en fibras o material en forma de fibras y transformarlos, a continuación, para proporcionar productos de papel y productos en forma de papel. Los elementos textiles y/o papel de fibras naturales son dispersados en agua, en una operación de fabricación de pulpa, para crear una suspensión de fibras individuales. Las fibras se pueden limpiar y/o tratar para eliminar tinta, adhesivos u otras impurezas. Las fibras tratadas se pueden refinar y/o fraccionar además antes de ser conformadas adoptando la forma de un elemento laminar colocado en húmedo. En operaciones de reciclado convencionales, los materiales sintéticos se consideran impurezas y, típicamente, son eliminados. El material sintético puede estar presente en forma de fibras y/o filamentos sintéticos o fabricados o en forma de adhesivos, aglomerantes o similares.

Las telas tejidas y no tejidas compuestas parcial o enteramente por fibras sintéticas o fabricadas han generado problemas en los procesos convencionales dirigidos al reciclado de fibras naturales y/o celulósicas. Además, las telas de alta resistencia con base de fibras naturales y/o celulósicas que utilizan adhesivos, aglomerantes y/o entrelazamiento mecánico, tal como entrelazamiento hidráulico, causan también problemas en los procesos de reciclado convencionales.

Estos tipos de telas son, de modo general, difíciles o imposibles de dispersar en fibras individuales en un proceso en húmedo, tal como una operación de fabricación de pulpa. Esto es particularmente evidente si la tela está formada por fibras sintéticas mezcladas por unión térmica o adhesiva. En algunos casos, se pueden forman "cuerdas" de fibras o filamentos. Si el material sintético es termoplástico, el trabajo mecánico a partir de los procesos utilizados para dispersar o triturar el material puede generar suficiente calor para hacer que el material funda en glóbulos y grumos inutilizables.

En términos generales, las telas compuestas por materiales sintéticos o materiales compuestos que contienen materiales sintéticos y naturales se reciclan utilizando uno de los dos métodos. En el primer método, se limpian las telas compuestas enteramente por material termoplástico sintético, se funden y, a continuación, son extruidas o se conforman en fibras cortadas, filamentos continuos o películas. Si la tela es un material compuesto que contiene materiales termoplásticos sintéticos y materiales naturales (o material sintético no termoplástico), los materiales naturales (o material sintético no termoplástico) se deben separar, en primer lugar, de los materiales termoplásticos antes del tratamiento adicional. Habitualmente, esto no es útil, puesto que la unión térmica, mecánica y/o adhesiva entre los componentes del material compuesto hace difícil la separación. Incluso si la separación es posible, el método requiere múltiples etapas de tratamiento y energía para fundir y transformar el material. Mientras que las fibras, los filamentos o las películas resultantes pueden contener materiales reciclados, las fibras, los filamentos o las películas se pueden caracterizar por "fabricados" o "extruidos" a partir de materia prima de polímero reciclado.

El segundo método implica la dispersión mecánica de una tela en piezas más pequeñas tales como haces de fibra, hilos y/o fibras individuales. Esto se consigue normalmente desgarrando y triturando mecánicamente material seco. Por ejemplo, la solicitud internacional PCT/SE95/00938 indica que se conoce cómo triturar mecánicamente el elemento no tejido seco y los desechos textiles, y que se pueden usar los desechos mezclados secos que contienen tanto fibras sintéticas como naturales. Según el documento PCT/SE95/00938, una propiedad significativa de las técnicas de triturado y desgarro es que la operación de desgarro o triturado es, a menudo, incompleta, ya que las fibras recicladas están presentes parcialmente en forma de pedazos discretos de la tela original, que se puede caracterizar por "mechones" o haces de fibra. Estos mechones se describen como que proporcionan falta de uniformidad, lo que confiere a los elementos laminares que contienen tales mechones un aspecto similar a un textil.

Los mechones y pedazos de tela son difíciles de tratar en operaciones posteriores tales como, por ejemplo, un proceso de colocación en húmedo, un proceso de colocación por aire, un proceso de entrelazamiento hidráulico u otros procesos de formación de elementos laminares. La presencia de esta falta de uniformidad puede reducir el valor de las fibras recicladas, así como degradar el aspecto, la resistencia, la uniformidad y otras propiedades deseables de un elemento laminar o tela hecho con las fibras recicladas. La eliminación de la falta de uniformidad por cribado u otras técnicas reduce el rendimiento de la recuperación de fibras. Puede que no sean útiles las operaciones mecánicas en seco adicionales de recortado, triturado, desgarro, deshilachado o picado para reducir los haces de fibra o mechones a fibras o material en forma de fibra con una longitud menor que 5 milímetros. Además, el trabajo mecánico adicional puede transferir tanta energía en forma de calor que el material seco se puede fundir en grumos inutilizables, y puede disminuir o eliminar cualquier ventaja medioambiental o económica que se presenta inicialmente por el reciclado del material.

El documento US-A-4.735.682 describe un método para recuperar fibras celulósicas a partir de desperdicios de fabricación de papel unidos con látex o de papel que contiene látex.

Aunque algunas técnicas anteriores pueden ser de interés para los que buscan cómo reciclar material termoplástico en materia prima polímera que se pueda volver a tratar, así como los que buscan cómo desgarrar o triturar mecánicamente telas de desecho secas en piezas más pequeñas, no logran satisfacer muchas necesidades existentes. Por ejemplo, las técnicas anteriores no logran satisfacer la necesidad de un proceso en húmedo para aislar o individualizar sustancialmente fibras y/o filamentos frente a un textil o una tela no tejida. Como otro ejemplo, las técnicas anteriores no logran satisfacer la necesidad de un proceso en húmedo para producir fibras y material a modo de fibra utilizables a partir de telas unidas térmicamente, unidas de manera adhesiva y/o entrelazadas mecánicamente, tales como textiles y elementos laminares no tejidos.

Las técnicas anteriores no logran satisfacer la necesidad de un proceso en húmedo para convertir telas en fibras y/o filamentos individualizados con dimensiones similares a pulpas celulósicas y fibras naturales cortas tales como, por ejemplo, con longitudes menores que cinco milímetros. Por ejemplo, las técnicas anteriores no logran satisfacer la necesidad de un proceso para convertir telas en fibras y/o filamentos individualizados con dimensiones similares a pulpas celulósicas y fibras naturales cortas convencionales tales como, por ejemplo, con longitudes menores que cinco milímetros.

Todavía existe la necesidad de una fibra o un material a modo de fibra reciclado económico que se pueda tratar fácilmente en forma de hoja o elemento laminar uniforme. Por ejemplo, existe la necesidad de una fibra o un material a modo de fibra reciclado, económico, que se pueda tratar en una hoja o elemento laminar uniforme utilizando técnicas de formación en húmedo o formación en seco convencionales. También existe la necesidad de una hoja o elemento laminar uniforme que pueda incluir al menos una parte de una fibra o un material a modo de fibra reciclado, económico.

También existe la necesidad de una hoja o un paño de limpieza de alta resistencia que sea capaz de absorber rápidamente varias veces su peso en agua, líquido acuoso o aceite. Existe la necesidad de una hoja o un paño de limpieza que contenga una fibra o un material a modo de fibra reciclado, económico y que sea capaz de absorber rápidamente varias veces su peso en agua, líquido acuoso o aceite. Existe la necesidad de una hoja o un paño de limpieza que contenga una fibra o un material a modo de fibra reciclado, económico y que se pueda usar como un paño de limpieza o como una capa de distribución de fluido y/o un componente absorbente de un producto absorbente. Es importante satisfacer esta necesidad, ya que es deseable económica y medioambientalmente el sustituir fibras o materiales a modo de fibra reciclados por pulpas fibrosas de madera virgen de alta calidad y/o nuevas fibras o filamentos sintéticos, y seguir proporcionando un producto que se pueda usar como un paño de limpieza o como una capa de distribución de fluido y/o un componente absorbente de un producto absorbente.

Características de la invención

Los problemas identificados anteriormente son abordados por la presente invención, que está dirigida a un método para reciclar materiales fibrosos unidos. El método incluye las etapas de: (a) disponer piezas de materiales fibrosos unidos, teniendo las piezas tamaños que están adaptados para su suspensión en un líquido; (b) poner en suspensión las piezas discretas de materiales fibrosos unidos en un líquido; (c) aplicar trabajo mecánico a la suspensión líquida de piezas discretas para generar condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para fragmentar hidráulicamente los materiales fibrosos unidos en fibras y componentes a modo de fibra; y (d) separar del líquido las fibras y los componentes a modo de fibras sustancialmente individuales.

En términos generales, las piezas de material fibroso unido pueden tener una longitud que varía desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 350 milímetros y una anchura que varía desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 70 milímetros. De modo más deseable, las piezas pueden tener una longitud que varía desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 100 milímetros y una anchura que varía desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 20 milímetros. De modo importante, las piezas deberían tener un tamaño tal que pudieran ser puestas en suspensión en un líquido tal como agua. Se contempla que se pueden usar también soluciones acuosas, disolventes, emulsiones y similares.

En un aspecto de la invención, la etapa de disponer piezas discretas de materiales fibrosos unidos incluye una operación del proceso para reducir el tamaño de los materiales fibrosos unidos unitarios tales como grandes telas, elementos textiles, elementos laminares y similares, o grandes segmentos o trozos de dichas telas, elementos textiles, elementos laminares, etc., a piezas discretas que están adaptadas para su suspensión en un líquido. La operación puede ser una operación convencional tal como, por ejemplo, desfibrado mecánico, corte mecánico, desgarro mecánico, triturado mecánico, corte por chorro de agua, corte por láser, deshilachado y combinaciones de los mismos.

En otro aspecto de la invención, el trabajo mecánico se puede aplicar a la suspensión líquida utilizando una combinación de cuchillas montadas en un rodillo rotativo y cuchillas montadas en una placa fija para generar áreas de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica muy altos. Dicha combinación se puede encontrar en el equipo para tratar suspensiones de fibras, tales como, por ejemplo, batidoras y refinadoras, que pueden suministrar suficiente energía a la suspensión como para controlar la longitud de fibra, bajo condiciones que proporcionan un alto nivel de interacción de fibra con metal.

Las cuchillas pueden estar montadas en la placa fija, que puede estar alineada con un ángulo, al menos en una dimensión, con respecto a la dirección o el plano de rotación de las cuchillas rotativas. Por ejemplo, las cuchillas fijas pueden estar montadas de manera que tengan un ángulo de entre aproximadamente 5 grados y 70 grados respecto a la dirección o el plano de rotación de las cuchillas rotativas. De modo deseable, las cuchillas fijas pueden estar montadas de manera que tengan un ángulo de entre aproximadamente 15 grados y 55 grados. De modo más deseable, las cuchillas fijas pueden estar montadas de manera que tengan un ángulo de entre aproximadamente 40 grados y 50 grados. Incluso de modo más deseable, las cuchillas pueden estar montadas de manera que tengan un ángulo de aproximadamente 45 grados.

Según la presente invención, el proceso se puede fijar de manera que el trabajo mecánico se aplique a la suspensión en múltiples etapas. Por ejemplo, el trabajo mecánico se puede aplicar a la suspensión utilizando una primera etapa, bajo condiciones que generan presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para humedecer las piezas de materiales fibrosos unidos y separar de los materiales unidos al menos algunas partes de fibras y componentes a modo de fibra. A continuación, se puede aplicar trabajo mecánico adicional utilizando una segunda etapa, bajo condiciones que generan situaciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para romper los materiales fibrosos unidos, las fibras y los componentes a modo de fibra en fibras y componentes a modo de fibra sustancialmente individuales.

En un aspecto de la invención, el juego entre las cuchillas rotativas y las cuchillas fijas en el punto más próximo durante la primera etapa es entre aproximadamente 20 milímetros y aproximadamente 100 milímetros. El juego es entre aproximadamente 1 milímetro (o tan próximo como sea posible sin contacto de metal con metal) y aproximadamente 20 milímetros durante la segunda etapa. De modo deseable, el juego entre las cuchillas rotativas y las cuchillas fijas en el punto más próximo durante la primera etapa es entre aproximadamente 20 milímetros y aproximadamente 50 milímetros, y entre aproximadamente 1 milímetro y aproximadamente 10 milímetros durante la segunda etapa.

La consistencia de la suspensión, la velocidad de rotación de las cuchillas y el rodillo rotativos, las dimensiones de las cuchillas, el peso y/o la carga de presión contra el rodillo rotativo son variables que se pueden ajustar a fin de controlar el juego.

Según la invención, la cantidad aproximada de trabajo mecánico aplicada a la suspensión líquida puede ser mayor que aproximadamente 3 caballos de vapor-día (24 horas) por tonelada en seco de material fibroso unido (tal como se determina midiendo la corriente eléctrica extraída por el motor que proporciona movimiento a los componentes que generan las condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura.) Este número puede ser mayor que 4 caballos de vapor-día por tonelada, y puede ser incluso mayor que 6 o más. Se contempla que, en algunas situaciones o bajo algunas condiciones, la cantidad aproximada de trabajo mecánico puede ser menor que 3 caballos de vapor-día por tonelada en seco de material fibroso unido.

El proceso de la presente invención se pone en práctica usando materiales fibrosos unidos que se seleccionan a partir de telas tejidas, géneros de punto, elementos laminares no tejidos y combinaciones de los mismos. En términos generales, estos elementos laminares no tejidos son elementos laminares que están unidos térmicamente, unidos de manera adhesiva, entrelazados mecánicamente, unidos en disolventes, entrelazados hidráulicamente y combinaciones de los mismos.

Los materiales fibrosos unidos pueden estar compuestos por materiales fibrosos sintéticos, materiales fibrosos naturales y combinaciones de los mismos. El material fibroso sintético puede incluir fibras y filamentos termoplásticos.

Según un aspecto de la invención, los materiales fibrosos unidos se pueden reciclar en fibras y componentes a modo de fibra sustancialmente individuales que tienen una distribución longitudinal relativamente uniforme. Por ejemplo, la fibra y el material a modo de fibra pueden tener una distribución longitudinal que está separada aproximadamente 7 milímetros. De modo deseable, la fibra y el material a modo de fibra pueden tener una distribución longitudinal que está separada aproximadamente 5 milímetros. Se contempla que la fibra y el material a modo de fibra pueden tener una distribución longitudinal que está separada menos de 5 milímetros, por ejemplo, de 2 a 4 milímetros.

La presente invención comprende fibras y materiales en forma de fibras, sintéticos, reciclados, que tienen al menos un elemento de hilo compuesto por material sintético al menos con una distorsión irregular generada por fractura hidráulica del elemento de hilo para separarlo de un material fibroso unido, mientras este último está en suspensión en un líquido.

El elemento de hilo puede tener una longitud que varía desde aproximadamente 1 milímetro hasta aproximadamente 15 milímetros. Por ejemplo, el elemento de hilo puede tener una longitud que varía desde aproximadamente 1,5 hasta aproximadamente 10 milímetros. Como otro ejemplo, el elemento de hilo puede tener una longitud que varía desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 5 milímetros. El elemento de hilo puede tener un diámetro menor que 100 micrómetros. Por ejemplo, el elemento de hilo puede tener un diámetro menor que 30 micrómetros.

Según un aspecto de la invención, las distorsiones irregulares pueden tener la forma de curvas en el elemento de hilo, segmentos aplanados del elemento de hilo, segmentos expandidos del elemento de hilo y combinaciones de los mismos.

En términos generales, las distorsiones irregulares hacen que los elementos de hilo de los materiales reciclados tengan un área superficial mayor que la de los elementos de hilo en el material fibroso unido, antes de la fractura hidráulica del elemento de hilo, para separarlo del material fibroso unido. Por ejemplo, las áreas superficiales de los elementos de hilo reciclados son al menos aproximadamente el 5 por ciento más grandes.

En una realización de la invención, las fibras y los materiales a modo de fibra sintéticos reciclados pueden ser un material sintético, es decir, un material termoplástico sintético. Por ejemplo, el material termoplástico sintético puede ser una poliolefina tal como polipropileno, polietileno y combinaciones de las mismas. El material termoplástico sintético puede tener la forma de fibras, filamentos, hebras multicomponentes o similares, y puede incluir fibras y/o filamentos con diversas formas en sección transversal, lóbulos u otras configuraciones.

La presente invención comprende un elemento laminar fibroso no tejido que consiste en las fibras y los materiales a modo de fibras, sintéticos, reciclados, descritos anteriormente. El elemento laminar se puede formar utilizando diversos procesos de formación de elementos laminares, tales como formación en húmedo, colocación en húmedo, formación en seco, colocación por aire, formación de espuma y combinaciones de los mismos.

El elemento laminar no tejido puede incluir además materiales fibrosos naturales no reciclados, materiales sintéticos naturales no reciclados, materiales fibrosos naturales reciclados, materiales en partículas y combinaciones de los mismos.

Definiciones

La expresión "dirección de la máquina", tal como se usa en la presente memoria, hace referencia a la dirección de desplazamiento de la superficie de formación sobre la que se depositan fibras durante la formación de un elemento laminar no tejido que incluye, pero no está limitado a, elementos laminares de unión por hilatura, elementos laminares de fibras de soplado en fusión y papel.

La expresión "dirección transversal de la máquina", tal como se usa en la presente memoria, hace referencia a la dirección que es perpendicular a la dirección de la máquina definida anteriormente.

El término "pulpa", tal como se usa en la presente memoria, hace referencia a fibras de fuentes naturales tales como plantas madereras y no madereras. Las plantas madereras incluyen, por ejemplo, árboles de hoja caduca y coníferas. Las plantas no madereras incluyen, por ejemplo, algodón, lino, hierba de esparto, algodoncillo, paja, yute y bagazo.

La expresión "longitud media de fibra", tal como se usa en la presente memoria, hace referencia a una longitud media de las fibras, los haces de fibra y/o los materiales a modo de fibra, determinada por medición utilizando técnicas microscópicas. Una muestra al menos de 20 fibras seleccionadas de manera aleatoria se separa de una suspensión líquida de fibras. Las fibras se fijan sobre un portaobjetos de microscopio, preparado para poner en suspensión las fibras en agua. Se añade un tinte colorante a las fibras en suspensión para colorear las fibras que contienen celulosa, de manera que se puedan distinguir o separar de las fibras sintéticas. El portaobjetos se coloca bajo un microscopio Fisher Stereomaster II, serie S19642/S19643. Se realizan mediciones de 20 fibras en la muestra con un aumento lineal de 20X utilizando una escala de 0-20 mil y se calculan una longitud media, unas longitudes mínima y máxima, y una desviación o un coeficiente de variación. En algunos casos, la longitud media de fibra será la longitud media ponderada de las fibras (por ejemplo, fibras, haces de fibra, materiales a modo de fibra) determinada por un equipo tal como, por ejemplo, un analizador Kajaani de fibras modelo número FS-200, disponible por la firma Kajaani Oy Electronics, de Kajaani, Finlandia. Según un procedimiento de ensayo estándar, se trata una muestra con un líquido de maceración para asegurar que no estén presentes haces o restos de fibra. Cada muestra se desintegra en agua caliente y se diluye hasta una solución de aproximadamente el 0,001%. Se extraen muestras de ensayo individuales en partes de aproximadamente 50 a 100 ml de la solución diluida, cuando se ensayan usando el procedimiento de ensayo Kajaani estándar de análisis de fibras. La longitud media ponderada de fibra es una media aritmética, una media ponderada de longitudes o una media ponderada de pesos, y se puede expresar por la siguiente ecuación:

1

en la que

k = longitud máxima de fibra

x_{i} = longitud de fibra

n_{i} = número de fibras que tienen longitud x_{i}

n = número total de fibras medidas.

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Una característica de los datos de la longitud media de fibra medidos por el analizador Kajaani de fibras es que no discrimina entre tipos diferentes de fibra. De esta manera, la longitud media representa una media aritmética, basándose en longitudes de todos los tipos diferentes de fibra, si los hay, en la muestra.

Tal como se usa en la presente memoria, la expresión "filamentos unidos por hilatura" o "filamentos de fibras extrusionadas" ("spunbonded") hace referencia a los filamentos sustancialmente continuos de pequeño diámetro que se forman extruyendo un material termoplástico fundido como filamentos a partir de una pluralidad de capilares finos, usualmente circulares, de un conjunto de toberas diminutas para hilar ("spinnerette"), siendo rápidamente reducido entonces el diámetro de los filamentos extruidos como, por ejemplo, mediante mecanismos de estirado por arrastre ("eductive drawing") y/o mediante otros bien conocidos mecanismos de unión por hilatura. La producción de elementos laminares no tejidos unidos por hilatura se ilustra en las patentes tales como, por ejemplo, la patente de U.S.A. Nº 4.340.563 a nombre de Appel y otros, la patente de U.S.A. Nº 3.692.618 a nombre de Dorschner y otros.

Tal como se usa en la presente memoria, la expresión "fibras de soplado en fusión" significa fibras que se forman extruyendo un material termoplástico fundido a través de una pluralidad de finos capilares de matriz, usualmente circulares, como hilos o filamentos fundidos hacia adentro de corrientes de gas (por ejemplo, aire) a alta velocidad, lo que atenúa que los filamentos del material termoplástico fundido reduzcan su diámetro, que puede ser hasta diámetro de microfibra. Después de ello, las fibras de soplado en fusión son transportadas por la corriente de gas a alta velocidad y son depositadas en una superficie de recogida para formar un elemento laminar de fibras sopladas en fusión distribuidas de manera aleatoria. Dicho proceso se describe, por ejemplo, en la patente de U.S.A. Nº 3.849.241, a nombre de Butin.

Tal como se usa en la presente memoria, el término "microfibras" significa fibras de pequeño diámetro, con un diámetro medio no mayor que aproximadamente 100 micrómetros, por ejemplo, con un diámetro desde aproximadamente 0,5 micrómetros hasta aproximadamente 50 micrómetros, más particularmente, microfibras que pueden tener un diámetro medio desde aproximadamente 4 micrómetros hasta aproximadamente 40 micrómetros.

Tal como se usa en la presente memoria, la expresión "material termoplástico" hace referencia a un polímero alto que reblandece cuando se expone a calor y vuelve, de modo general, a su estado sin reblandecer cuando se enfría hasta temperatura ambiente. Sustancias naturales que presentan este comportamiento son caucho en bruto y varias ceras. Otros materiales termoplásticos a título de ejemplo incluyen, sin limitación, poli(cloruros de vinilo), algunos poliésteres, poliamidas, polifluorocarbonos, poliolefinas, algunos poliuretanos, poliestirenos, alcoholes de polivinilo, caprolactamas, copolímeros de etileno y al menos un monómero de vinilo (por ejemplo, poli(etileno-acetatos de vinilo), copolímeros de etileno y n-butil acrilato (por ejemplo, etileno n-butil acrilatos), y resinas acrílicas.

Tal como se usa en la presente memoria, la expresión "material no termoplástico" hace referencia a cualquier material que no cae dentro de la definición anterior de "material termoplástico".

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Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una representación esquemática de un proceso, a título de ejemplo, para triturar un material fibroso unido.

La figura 2 es una representación esquemática de un proceso, a título de ejemplo, para fragmentar hidráulicamente piezas trituradas de un material fibroso unido.

La figura 2A es un detalle del proceso, a título de ejemplo mostrado, en la figura 2.

La figura 3 es una microfotografía de un detalle de una fibra sintética reciclada, a título de ejemplo.

La figura 4 es una microfotografía de un detalle de una fibra cortada sintética virgen, a título de ejemplo.

La figura 5 es una microfotografía de un detalle de una fibra sintética reciclada, a título de ejemplo.

La figura 6 es una microfotografía de un detalle de una fibra sintética reciclada, a título de ejemplo.

La figura 7 es una microfotografía de un detalle de una fibra sintética reciclada, a título de ejemplo.

La figura 8 es una microfotografía de un detalle de una fibra sintética reciclada, a título de ejemplo.

La figura 9 es una microfotografía de un detalle de una fibra cortada sintética virgen, a título de ejemplo.

La figura 10 es una microfotografía de un detalle de múltiples fibras sintéticas recicladas, a título de ejemplo.

La figura 11 es una microfotografía de un detalle de una fibra sintética reciclada, a título de ejemplo.

La figura 12 es una microfotografía que muestra detalles de fibras sintéticas recicladas, a título de ejemplo.

La figura 13 es una microfotografía que muestra detalles de fibras sintéticas recicladas, a título de ejemplo.

La figura 14 es una microfotografía que muestra detalles de fibras sintéticas recicladas, a título de ejemplo.

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Descripción de la invención

La presente invención da a conocer un método para reciclar materiales fibrosos unidos de acuerdo con la reivindicación 1, y fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados de acuerdo con la reivindicación 16.

La presente invención está dirigida a un método para reciclar materiales fibrosos unidos en fibras y materiales a modo de fibra sustancialmente individuales. El método de la presente invención se puede poner en práctica utilizando materiales fibrosos unidos que incluyen fibras sintéticas. El proceso de la presente invención se puede poner en práctica usando materiales fibrosos unidos tales como, por ejemplo, telas tejidas, géneros de punto, elementos laminares no tejidos y combinaciones de los mismos. En términos generales, materiales fibrosos unidos en forma de elementos laminares no tejidos son elementos laminares que están unidos térmicamente, unidos de manera adhesiva, entrelazados mecánicamente, unidos en disolventes, entrelazados hidráulicamente y/o combinaciones de tales técnicas.

Los materiales fibrosos unidos pueden estar compuestos por materiales fibrosos sintéticos, materiales fibrosos naturales y combinaciones de los mismos. El material fibroso sintético puede incluir fibras y filamentos termoplásticos.

El método incluye las etapas de: (a) disponer piezas de materiales fibrosos unidos, teniendo las piezas tamaños que están adaptados para su suspensión en un líquido; (b) poner en suspensión las piezas discretas de materiales fibrosos unidos en un líquido; (c) aplicar trabajo mecánico a la suspensión líquida de piezas discretas para generar condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para fragmentar hidráulicamente los materiales fibrosos unidos en fibras y componentes a modo de fibra; y (d) separar del líquido las fibras y los componentes a modo de fibra sustancialmente individuales.

Según la invención, la etapa de disponer piezas discretas de materiales fibrosos unidos puede tener la forma de una operación convencional tal como, por ejemplo, troceado mecánico, corte mecánico, desgarro mecánico, trituración mecánica, corte por chorros de agua, corte por láser, deshilachado y combinaciones de los mismos.

Haciendo referencia a continuación a la figura 1, se muestra una operación de triturado mecánico (10) a título de ejemplo. La trituradora incluye un rodillo (12) con cuchillas, que tiene una serie de cuchillas (14). El rodillo (12) gira, de modo general, en la dirección de la flecha asociada con el mismo. Las cuchillas (14) están montadas, de modo deseable, con un ángulo o inclinación respecto a la línea central del rodillo, a fin de crear una acción "de corte de tijera" cuando las cuchillas (14) entran en contacto con una cuchilla fija (16). Se puede usar un rodillo de compresión (18), en combinación con un transportador (20) de cinta transportadora, para alimentar material. Las velocidades del transportador (20) y el rodillo (12) con cuchillas se pueden ajustar independientemente para controlar el tamaño de las piezas producidas por la operación. Por supuesto, se pueden usar otros tipos de equipos de triturado. Por ejemplo, son satisfactorias las trituradoras de tipo "garra de oso" que utilizan dientes o puntas que rasgan y desgarran el material fibroso unido.

En términos generales, las piezas de material fibroso unido pueden tener una longitud que varía desde aproximadamente 10 hasta aproximadamente 350 milímetros y una anchura que varía desde aproximadamente 3 hasta aproximadamente 70 milímetros. De modo importante, las piezas deberían tener un tamaño tal que pudieran ser puestas en suspensión en un líquido tal como agua. Se contempla que el líquido puede ser, en algunos casos, una disolución acuosa, y puede incluir aditivos tales como agentes tensoactivos, tratamiento, tintes, productos cáusticos, disolventes, emulsiones y similares.

Según la invención, se aplica trabajo mecánico a la suspensión líquida con niveles que generen condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura suficientes para fragmentar, romper, hacer estallar o desintegrar piezas de materiales fibrosos unidos en fibras libres y haces de fibra o materiales a modo de fibra útiles. En términos generales, las condiciones de tratamiento usadas para convertir el material triturado en fibras recicladas son más agresivas y rigurosas que las utilizadas en las operaciones de fabricación de pulpa convencionales. Estas condiciones incluyen hacer pasar las piezas trituradas a través de una zona de alta presión hidráulica creciente y alto esfuerzo de cizalladura mecánica.

Como un ejemplo, las operaciones de fabricación de pulpa normales usan, típicamente, menos de aproximadamente 3 caballos de vapor-día (24 horas) por tonelada en seco de material. Las realizaciones de la presente invención pueden utilizar entradas de energía mucho más grandes. Por ejemplo, el método de la invención se puede poner en práctica utilizando un 35% más de energía; un 50% más de energía, o incluso más, para separar del material fibroso unido fibras libres y haces de fibra útiles.

Aunque los inventores no se deberían limitar a una teoría particular de funcionamiento, se considera que la combinación de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura dispersa el material en fibras libres y haces de fibra. Se piensa también que el contenido de fibras libres y el tamaño medio de los haces se puede controlar variando la presión y el esfuerzo mecánico. De modo general, se piensa que este alto nivel de acción mecánica o trabajo mecánico es posible sin ocasionar una degradación significativa de los componentes sintéticos de los materiales fibrosos unidos (por ejemplo, sin fundir el material termoplástico sintético), puesto que el agua/líquido en el proceso absorbe el calor generado a medida que las fibras libres y los materiales a modo de fibra son separados del material fibroso unido.

En términos generales, se usa un equipo convencional de batido y/o refino para modificar las fibras de celulosa a fin de desarrollar las propiedades de hidratación y fibrilación en la fabricación de papel. Según la presente invención, las batidoras y/o refinadoras convencionales pueden estar configuradas o ser accionadas de manera no convencional para proporcionar las condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura suficientes para fragmentar y fracturar el material fibroso unido en fibras libres, haces de fibra y materiales a modo de fibra.

Los dispositivos batidores a título de ejemplo están disponibles por fabricantes tales como Beloit Jones, E. D. Jones, Valley, y Noble & Wood. Haciendo referencia a continuación a las figuras 2 y 2A de los dibujos, se muestra un dispositivo batidor (30) de tipo Hollander, a título de ejemplo, que se puede usar en la puesta en práctica de la presente invención. La batidora incluye una cuba ovalada (32) con una pared central (34) y un rodillo (36) cilíndrico equipado con unas cuchillas o aletas (38) que se mueven hasta más allá de un segundo conjunto de cuchillas (40) montadas en una platina o placa fija (42). Las cuchillas (40) pueden estar montadas en la placa fija de manera que pueden estar alineadas con un ángulo, al menos en una dimensión, con respecto a la dirección o el plano de rotación "R" de las cuchillas rotativas (38). Por ejemplo, las cuchillas fijas (40) pueden estar montadas de manera que estén con un ángulo entre aproximadamente 5 grados y 70 grados respecto a la dirección o el plano de rotación "R" de las cuchillas rotativas (38). Como otro ejemplo, las cuchillas fijas pueden estar montadas de manera que estén con un ángulo entre aproximadamente 15 y 55 grados, entre aproximadamente 40 y 50 grados, o incluso aproximadamente 45 grados.

Se introduce una suspensión líquida de piezas de material fibroso unido en el dispositivo batidor. Alternativa y/o adicionalmente, se pueden introducir piezas de material fibroso unido directamente en el líquido de la cuba de batidora. Se pueden usar diversas proporciones de materiales fibrosos unidos y agua, y un experto en la técnica puede determinar las proporciones apropiadas.

Durante el funcionamiento, el rodillo cilíndrico (36) se hace girar de manera que se produzca presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura suficientes entre las cuchillas o aletas (38) y las cuchillas (40) montadas en la placa fija. Un rodillo cilíndrico a título de ejemplo tenía un diámetro de 183 cm (72 pulgadas), una anchura de 183 cm (72 pulgadas) y 192 cuchillas, cada una con una longitud de 183 cm (72 pulgadas) y separadas media pulgada. Dicho rodillo pesaba aproximadamente 16 toneladas. En términos generales, la velocidad de rotación es constante y la variable que se modifica es la presión o carga sobre el rodillo. El rodillo está montado de manera que una lectura de la presión manométrica de 0 Pa (0 psi) corresponda a una parte muy pequeña, o a ninguna, del peso del rodillo (\sim0 toneladas), que contrarresta la presión generada por las fibras y las piezas de material fibroso unido, cuando son exprimidas a través del espacio que existe entre las cuchillas en la parte inferior del rodillo rotativo y las cuchillas fijas montadas por debajo del mismo. Una lectura de la presión manométrica de 345 kPa (50 psi) corresponde aproximadamente a la mitad del peso del rodillo (\sim8 toneladas), que contrarresta la presión generada por las fibras y las piezas de material fibroso unido, cuando son exprimidas a través del espacio entre las cuchillas en la parte inferior del rodillo rotativo y las cuchillas fijas montadas por debajo del mismo. Una lectura de la presión manométrica de 689 kPa (100 psi) corresponde aproximadamente al peso completo del rodillo (\sim16 toneladas), que contrarresta la presión generada por las fibras y las piezas de material fibroso unido, cuando son exprimidas a través del espacio que existe entre las cuchillas en la parte inferior del rodillo rotativo y las cuchillas fijas montadas por debajo del mismo.

Se ajustan también la velocidad de rotación, la consistencia de la suspensión en la cuba y el juego entre las cuchillas o aletas rotativas (38) y las cuchillas fijas (40) hasta condiciones que mejoran la interacción de "metal con fibra" que corta o controla la longitud de las fibras libres, los haces de fibra y las partículas a modo de fibra. La expresión interacción de "metal con fibra" se usa para describir el contacto entre el material fibroso unido y las cuchillas fijas y/o rotativas, que se puede presentar bajo condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para separar, cortar o romper fibras largas. Según la invención, esta interacción se debería controlar para cortar fibras largas sin afectar o rebajar materialmente la longitud y/o el índice de refino ("freeness") de la pulpa o las fibras cortas que pueden estar presentes en la suspensión. Por ejemplo, un equipo de funcionamiento que utilice unas consistencias menores que las convencionales, unas dimensiones de cuchilla más grandes, unas tolerancias más pequeñas entre las cuchillas rotativas y las cuchillas fijas y/o unas velocidades rotatorias superiores puede mejorar la interacción de "metal con fibra". En términos generales, la presente invención utiliza condiciones y/o equipo de funcionamiento que proporcionan gran número de bordes de trabajo para actuar sobre las fibras en suspensión, en vez de utilizar principalmente la interacción de "fibra con fibra".

El método de la presente invención da a conocer una técnica para reciclar materiales fibrosos unidos en fibras y componentes a modo de fibra sustancialmente individuales con una longitud media relativamente baja y una distribución de longitudes medias relativamente uniforme.

Aunque el método de la presente invención se puede poner en práctica para proporcionar fibras, haces de fibra y materiales a modo de fibra con una amplia gama de longitudes, se puede usar también para generar fibra y material a modo de fibra con una distribución de longitudes medias que esté separada aproximadamente 7 milímetros o menos.

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Además de controlar la longitud, alguna interacción de "metal con fibra" puede generar deformaciones y distorsiones de los componentes sintéticos del material fibroso unido. Aunque se pueden generar algunas deformaciones y distorsiones por fragmentación hidráulica del material fibroso unido, se pueden generar otras por desgarro, rebanado y rotura de las fibras y/o los filamentos.

Haciendo referencia a continuación a las figuras 3, 5-8 y 10-14, se muestran diversas fibras sintéticas, haces de fibra y/o materiales a modo de fibra reciclados, a título de ejemplo, que tienen al menos un elemento de hilo compuesto por material sintético, con al menos una distorsión irregular generada por fractura hidráulica del elemento de hilo para separarlo de un material fibroso unido, mientras este último está en suspensión en un líquido.

El elemento de hilo puede tener una longitud que varía desde aproximadamente 1 milímetro hasta aproximadamente 15 milímetros. Por ejemplo, el elemento de hilo puede tener una longitud que varía desde aproximadamente 1,5 hasta aproximadamente 10 milímetros. Como otro ejemplo, el elemento de hilo puede tener una longitud que varía desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 5 milímetros. El elemento de hilo puede tener un diámetro menor que 100 micrómetros. Por ejemplo, el elemento de hilo puede tener un diámetro menor que 30 micrómetros. En términos generales, estas dimensiones son similares a las de ciertas variedades de pulpas disponibles comercialmente, y se pueden mezclar fácilmente con pulpas comerciales. En algunas realizaciones de la invención, los elementos de hilo pueden tener un diámetro menor que 10 micrómetros y puede ser incluso menor que 1 micrómetro.

Según un aspecto de la invención, las distorsiones irregulares pueden tener la forma de curvas en el elemento de hilo, segmentos aplanados del elemento de hilo, segmentos expandidos del elemento de hilo y combinaciones de los mismos.

En términos generales, las distorsiones irregulares hacen que los elementos de hilo de los materiales reciclados tengan un área superficial mayor que la de los elementos de hilo en el material fibroso unido, antes de la fractura hidráulica del elemento de hilo, para separarlo del material fibroso unido. Por ejemplo, las áreas superficiales de los elementos de hilo reciclados pueden ser al menos aproximadamente el 5 por ciento más grandes.

La figura 3 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra un detalle de una fibra sintética reciclada a título de ejemplo. La fibra reciclada se recuperó de una estructura compuesta que contenía un elemento laminar de filamentos de polipropileno continuos, unidos térmicamente por puntos, y unas fibras de pulpa entrelazadas hidráulicamente con el elemento laminar de filamentos continuos. La fibra visible en el centro de la microfotografía es un elemento de hilo de polipropileno que tiene curvas en los filamentos y un segmento relativamente aplanado. Al menos una parte de estas distorsiones se generan o se exponen por fractura hidráulica del elemento de hilo a partir del material fibroso unido (es decir, la estructura compuesta). El material que rodea el elemento de hilo es pulpa de celulosa.

La figura 4 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra fibras cortadas de polipropileno convencionales que aparecen en una estructura convencional de elementos laminares unidos y cardados. En contraste a los elementos de hilo de la figura 3, estas fibras aparecen relativamente libres de distorsiones irregulares. Las fibras tienen superficies relativamente lisas, diámetros regulares o uniformes, y carecen de zonas torcidas, curvas y otras distorsiones irregulares que son evidentes en el elemento de hilo mostrado en la
figura 3.

La figura 5 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 120X) que muestra un detalle de una fibra sintética reciclada a título de ejemplo, recuperada del mismo tipo de estructura compuesta que el elemento de hilo mostrado en la figura 3. La fibra visible por la región central de la microfotografía es un elemento de hilo de polipropileno que presenta un bucle y unas curvas, así como segmentos relativamente aplanados. Al menos una parte de estas distorsiones se generan o se exponen por fractura hidráulica del elemento de hilo a partir del material fibroso unido (es decir, la estructura compuesta). El material que rodea el elemento de hilo es pulpa de celulosa.

La figura 6 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 120X) que muestra un detalle de una fibra sintética reciclada a título de ejemplo, recuperada del mismo tipo de estructura compuesta que el elemento de hilo mostrado en la figura 3. La fibra visible en el centro de la microfotografía es un elemento de hilo de polipropileno. La flecha en la microfotografía apunta hacia una curva pronunciada en el elemento de hilo.

La figura 7 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra un detalle de una fibra sintética reciclada a título de ejemplo, recuperada del mismo tipo de estructura compuesta que el elemento de hilo mostrado en la figura 3. La fibra visible en el centro de la microfotografía es un elemento de hilo de polipropileno que presenta curvas, así como un segmento rugoso.

La figura 8 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra un detalle de una fibra sintética reciclada a título de ejemplo, recuperada del mismo tipo de estructura compuesta que el elemento de hilo mostrado en la figura 3. La fibra visible por el centro de la microfotografía es un elemento de hilo de polipropileno que muestra un extremo cortado de la fibra, que está aplanada y expandida.

La figura 9 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra un detalle de una fibra cortada convencional de polipropileno. En contraste al elemento de hilo de la figura 8, la fibra aparece relativamente libre de distorsiones irregulares y tiene un extremo que parece haber sido cortado limpiamente, sin prueba de expansión u otra distorsión.

La figura 10 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 250X) que muestra un detalle de dos fibras sintéticas recicladas a título de ejemplo, recuperadas del mismo tipo de estructura compuesta que el elemento de hilo mostrado en la figura 3. Las fibras visibles por el centro y cerca de la parte inferior de la microfotografía son elementos de hilo de polipropileno que presentan curvas, así como segmentos rugosos.

La figura 11 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra un detalle de fibras sintéticas recicladas a título de ejemplo. Las fibras recicladas se recuperaron del paño de limpieza marca Kimtex®, que contenía un elemento laminar unido térmicamente por puntos, de fibras de polipropileno mediante soplado en fusión. Las fibras de soplado en fusión relativamente finas, visibles en el centro de la microfotografía, son elementos de hilo de polipropileno con curvas, zonas torcidas, entrelazamientos y segmentos relativamente aplanados. Al menos una parte de estas distorsiones se generan o se exponen por fractura hidráulica de los elementos de hilo a partir del material fibroso unido (es decir, el paño de limpieza Kimtex®). El material que rodea los elementos de hilo es pulpa de celulosa.

La figura 12 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 100X) que muestra un detalle de fibras sintéticas recicladas a título de ejemplo, recuperadas del mismo tipo de material que los elementos de hilo mostrados en la figura 11. Un punto de unión, aproximadamente con 500 micrómetros de longitud, es visible en el centro de la microfotografía. Las fibras radian hacia afuera de los bordes del punto de unión en forma de elementos de hilo de polipropileno con curvas, zonas torcidas, entrelazamientos y segmentos relativamente aplanados. Al menos una parte de estas distorsiones se generan o se exponen por fractura hidráulica de los elementos de hilo a partir del material fibroso unido. Una parte del material en el fondo de los elementos de hilo es pulpa de celulosa.

La figura 13 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra un detalle de fibras sintéticas recicladas a título de ejemplo, recuperadas del mismo tipo de material que los elementos de hilo mostrados en la figura 11. Un material a modo de fibra o un haz de fibra más grande, aproximadamente con 40 micrómetros de anchura, es visible en el centro de la microfotografía. Las fibras rodean y radian hacia afuera desde los bordes del material a modo de fibra o del haz de fibra en forma de elementos de hilo de polipropileno con curvas, zonas torcidas, entrelazamientos y segmentos relativamente aplanados. Al menos una parte de estas distorsiones se generan o se exponen por fractura hidráulica de los elementos de hilo a partir del material fibroso unido. Los materiales fibrosos más grandes cerca de los elementos de hilo son fibras de pulpa de celulosa.

La figura 14 es una microfotografía (aproximadamente con un aumento lineal de 500X) que muestra un detalle de fibras sintéticas recicladas a título de ejemplo, recuperadas del mismo tipo de material que los elementos de hilo mostrados en la figura 11. Se muestra una mezcla de pulpa de celulosa y fibras recicladas en forma de elementos de hilo de polipropileno con curvas, zonas torcidas, entrelazamientos y segmentos relativamente aplanados.

En una realización del método de la presente invención, se puede aplicar trabajo mecánico a una suspensión de piezas cortadas o trituradas de material fibroso unido en múltiples etapas. Como un ejemplo, se puede aplicar trabajo mecánico a una suspensión de piezas de material fibroso unido utilizando una batidora de tipo Hollander o un dispositivo similar, bajo condiciones para humedecer las piezas de materiales fibrosos unidos y separar de los materiales unidos al menos algunas partes de fibras y componentes a modo de fibra. En algunas situaciones, pueden ser parcial o sustancialmente separados los materiales fibrosos unidos que contienen una mezcla de fibras naturales y sintéticas y/o fibras muy cortas y muy largas (por ejemplo, fibras de pulpa y filamentos sintéticos continuos) en una o más etapas de tratamiento iniciales.

Después de dicho tratamiento, pueden ser separadas las corrientes de fibras/filamentos más cortas y más largas. Si se usa una batidora de tipo Hollander para llevar a cabo la primera etapa o las primeras etapas de tratamiento, el espacio o el juego entre las cuchillas rotativas y las cuchillas fijas puede ser suficientemente grande para mejorar la interacción de "fibra con fibra" o de "material fibroso con material fibroso", en lugar de la interacción de "metal con fibra". Como un ejemplo, bajo condiciones convencionales, el juego entre las cuchillas rotativas y las cuchillas fijas puede ser entre aproximadamente 20 milímetros y aproximadamente 100 milímetros. Se contempla que otras variables tales como la consistencia de la suspensión, la velocidad de rotación de los rodillos de batidora y/o la carga de presión aplicada al rodillo de batidora, se pueden ajustar también para mejorar el tratamiento en la primera etapa (o las primeras etapas).

En una segunda etapa, se puede aplicar trabajo mecánico adicional, bajo condiciones que generen situaciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para romper los materiales fibrosos unidos, las fibras y los componentes a modo de fibra en fibras y componentes a modo de fibra sustancialmente individuales. Si se usa una batidora de tipo Hollander para llevar a cabo la segunda etapa (o las segundas etapas) del tratamiento, el espacio o el juego entre las cuchillas rotativas y las cuchillas fijas será, de modo deseable, suficientemente pequeño para mejorar la interacción de "metal con fibra" o de "metal con material fibroso" que se puede presentar bajo condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica para separar, cortar o romper fibras largas (es decir, fibras sintéticas largas) sin afectar o rebajar materialmente la longitud y/o el índice de refino de la pulpa o las fibras cortas que pueden estar presentes en la suspensión. Como un ejemplo, el juego puede ser entre aproximadamente 1 milímetro (o tan próximo como sea posible sin contacto de "metal con metal") y aproximadamente 20 milímetros. Se contempla que otras variables tales como la consistencia de la suspensión, la velocidad de rotación de los rodillos de batidora y/o la carga de presión aplicada al rodillo de batidora, se pueden ajustar también para mejorar el tratamiento en la segunda etapa (o las segundas etapas).

Según la invención, la cantidad de trabajo mecánico aplicada a la suspensión líquida es mayor que aproximadamente 3 caballos de vapor-día (24 horas) por tonelada en seco de material fibroso unido. Este número puede ser, de modo deseable, mayor que 6 caballos de vapor-día por tonelada y puede estar en el intervalo de 10 a aproximadamente 15 para muchos materiales a título de ejemplo.

Después de tratar la suspensión líquida y de fragmentar hidráulicamente el material fibroso unido en fibras libres, haces de fibra y materiales en forma de fibras, estos materiales se pueden introducir entonces en la corriente de pasta de papel de un proceso de formación en húmedo, o se pueden enrollar en húmedo para uso posterior, o se pueden secar para procesos de formación en seco. Se contempla que la corriente de fibras se puede cribar para retirar piezas, trozos, mechones y similares.

En términos generales, los materiales de trozos o desechos unidos que contienen fibras sintéticas se pueden reciclar en fibras libres y materiales a modo de fibra, que pueden tener un área superficial aumentada y se pueden tratar para que tengan una longitud de fibra controlada. Se piensa que las fibras recicladas, según la presente invención, proporcionan mejor retención en procesos de formación en húmedo y, con suficiente cantidad, pueden mejorar las propiedades mecánicas y absorbentes, cuando se incorporan en elementos laminares fibrosos. Además, las fibras recicladas de gran área superficial ofrecen una ventaja de costes significativa frente a las fibras cortadas sintéticas vírgenes. El uso de materiales que han tomado previamente la forma de redes de fibras, separándolos, a continuación, por estallido, tal como se ha descrito anteriormente, da como resultado fibras y materiales a modo de fibra que han aumentado, de modo general, el área superficial. Este área superficial resulta de la rotura de las redes en pequeños segmentos, que siguen teniendo puntos de unión, curvas, zonas torcidas, rizos, capas abiertas de fibras y áreas planas, tal como se muestra en las diversas microfotografías descritas anteriormente.

Además, la longitud de fibra está controlada por el mismo trabajo mecánico creado durante el proceso de estallido. El control de la longitud de las fibras permitirá que se utilicen en varios procesos de formación de elementos laminares tales como formación en húmedo, formación en seco y formación de espuma. Por ejemplo, controlando la longitud de las fibras sintéticas hasta la de las fibras de pulpa de madera, se puede volver a introducir material reciclado en pastas de papel de pulpa de madera virgen sin afectar a las propiedades de manipulación o tratamiento de la pasta de
papel.

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Ejemplo 1

Este ejemplo se refiere al reciclado de un material compuesto unido y entrelazado que contiene fibras naturales y filamentos sintéticos. Un material compuesto entrelazado hidráulicamente que contenía pulpa de madera virgen y un elemento laminar continuo de filamentos de polipropileno sintético unidos (aproximadamente el 20 por ciento, en peso) (es decir, un elemento laminar de filamentos continuos de unión por hilatura) (disponibles de la firma Kimberly-Clark Corporation, Roswell, en Georgia, bajo las marcas registradas materiales de absorción rápida Workhorse® e Hydroknit®) se troceó en piezas que variaban desde aproximadamente 10-350 mm de longitud y 3-70 mm de anchura. El material compuesto contenía aproximadamente el 80%, en peso, y aproximadamente el 20 por ciento, en peso, de filamentos de polipropileno. El material se troceó utilizando una trituradora, disponible de la firma East Chicago Machine Tool Company de East Chicago, IN. Las piezas se transfirieron a una batidora industrial de tipo Hollander convencional, fabricada por la firma E. D. Jones & Sons, Pittsfield, MA. La batidora era una ("Number 3 Jones Beating Unit")(Unidad de batido Jones número 3) equipada con una bancada diagonal a 45 grados. La batidora tenía un rodillo rotativo con cuchillas o aletas alineadas, de modo general, sobre el mismo, tal como se muestra en la figura 2A. Las cuchillas o aletas tenían aproximadamente 1/4 de pulgada (\sim6 mm) de ancho y aproximadamente 1/2 pulgada (\sim12 a 13 mm) de alto. Las mismas estaban separadas aproximadamente 1/2 pulgada (\sim12 a 13 mm) en el exterior del rodillo, perpendiculares a la dirección o el plano de rotación. Una placa fija estaba montada justamente por debajo del rodillo rotativo y estaba equipada con cuchillas o "cuchillos" que tenían aproximadamente 1/8 de pulgada (\sim3 mm) de ancho, 1/4 de pulgada (\sim6 mm) de alto y estaban separadas aproximadamente 3/8 de pulgada (\sim9 a 10 mm). Las mismas estaban alineadas con un ángulo de 45 grados respecto a la dirección o el plano de rotación, tal como se muestra, de modo general, en la figura 2A.

Se añadió agua al material triturado y se aplicaron presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura al material en la batidora de tipo Hollander en dos etapas. Se controlaron la presión hidráulica y el esfuerzo de cizalladura, ajustando la carga sobre el rodillo mientras giraba. En esta disposición particular, la presión hidráulica y el esfuerzo de cizalladura se generaron por una acción de bombeo de tipo "rueda con paletas", producida cuando el rodillo de batidora gira y sus cuchillas o aletas fijadas empujan el líquido y el material húmedo contra una placa fija con cuchillas montadas diagonalmente a la dirección o el plano de rotación. En términos generales, una carga más grande aplicada al rodillo rotativo produce menos juego entre el mismo y la placa fija. Esto corresponde a mayores niveles de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura.

Durante la primera etapa, la presión o carga contra el rodillo rotativo fue 0 libras por pulgada cuadrada (psi) durante 10 minutos. Esencialmente, no se aplicó ninguna carga, y la acción de "rueda con paletas" del rodillo rotativo exprimió las piezas en la suspensión a través de un espacio de aproximadamente 1 cm o más entre las cuchillas del rodillo rotativo y las cuchillas montadas en la placa fija. En términos generales, la primera etapa se usó para humedecer el material triturado y separar las fibras naturales de las fibras sintéticas. La consistencia se ajustó para que fuera aproximadamente el 3,3 por ciento (el porcentaje, en peso, de aire o de material fibroso seco de horno en la suspensión).

Durante la segunda etapa, se ajustaron las condiciones para establecer pequeñas zonas de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura muy altos entre las cuchillas móviles sobre el rodillo rotativo y las cuchillas fijas cerca o en su punto de contacto más próximo. Se piensa que estas pequeñas zonas generan una acción de microestallido en el material fibroso unido y triturado para fragmentar hidráulicamente y/o separar por soplado y reducir la longitud de las fibras sintéticas resultantes. Además, la fragmentación hidráulica y el contacto de "metal con fibra" o de "metal con material fibroso unido" altera la longitud de los filamentos sintéticos más largos, de manera que tienen la misma longitud que las fibras naturales (es decir, la pulpa), variando desde aproximadamente 0,8 hasta aproximadamente 3,5 mm, sin rebajar materialmente la longitud o el índice de refino de las fibras de pulpa que pueden estar presentes en la suspensión.

En la segunda etapa, se aumentó la presión sobre el calibre para el rodillo rotativo hasta 50 psi y se disminuyó el juego entre las cuchillas del rodillo rotativo y las placa fijas desde 1 a 10 mm, y se puso a disposición aproximadamente la mitad del peso del rodillo de 16 toneladas (\sim8 toneladas) para contrarrestar la presión generada por las piezas mientras eran exprimidas a través del espacio entre el rodillo y la placa fija. Estas condiciones se mantuvieron durante 50 minutos.

Después del tratamiento, las fibras libres, los haces de fibra y los materiales a modo de fibra fueron separados de la suspensión. Se examinaron microscópicamente las muestras y fueron separadas y medidas las fibras naturales o de pulpa, independientemente de las fibras sintéticas. En este ejemplo, se determinó la longitud media de fibra tal como se ha descrito previamente (separando manualmente una muestra aleatoria de 20 fibras sintéticas y 20 fibras de pulpa, midiendo la longitud de las fibras individuales mediante un microscopio y calculando, a continuación, una longitud media). Las fibras y los materiales a modo de fibra reciclados resultantes tenían las siguientes características:

* La longitud media de las fibras sintéticas fue aproximadamente la misma longitud que la de las fibras de pulpa de madera. La longitud media de las fibras sintéticas fue 3,78 mm. La longitud de las fibras individuales en la muestra variaba desde 1,65 hasta 5,33 mm. Se debe hacer notar que, antes del tratamiento, las fibras sintéticas eran inicialmente filamentos de polipropileno sustancialmente continuos con longitudes indeterminadas o longitudes que excedían, al menos notablemente, 5,33 mm. La longitud media de fibra para el componente de pulpa fue 2,7 mm. La longitud de las fibras de pulpa individuales en la muestra variaba desde 1,35 hasta 3,81 mm. Las mediciones tomadas con un analizador de fibras Kajaani FS-200 indicaron una longitud media aritmética de 0,76 mm; una longitud media ponderada de longitudes de 1,72 mm; y una longitud media ponderada de pesos de 2,40 mm.

* El índice de refino de las fibras de pulpa de madera mostró una ligera reducción (aproximadamente el 10 por ciento, desde aproximadamente 860 mL hasta aproximadamente 760 mL), indicando que se desarrolló algo de área superficial adicional sobre el componente de las fibras de pulpa de madera del material compuesto. Sin embargo, no se vio afectada la longitud de fibra.

* Las fibras sintéticas habían aumentado hasta un área superficial más grande como consecuencia de las restantes áreas de unión de fibras, entrecruzamientos y áreas planas.

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Ejemplo 2

En este ejemplo, se prepararon fibras recicladas a partir del mismo material compuesto entrelazado hidráulicamente, que contenía pulpa de madera virgen y un elemento laminar continuo de filamentos de polipropileno sintético unidos (es decir, materiales de absorción rápida Workhorse® e Hydroknit®), utilizando el método expuesto en el ejemplo 1. Las longitudes de fibra se controlaron para que fueran entre 1 y 5 mm. Se mezcló una suspensión de las fibras recicladas en línea con una mezcla del 60 por ciento, en peso, de pulpa kraft de madera dura (eucalipto) y del 40 por ciento, en peso, de pulpa kraft de madera blanda (pino radiata) con un nivel del 5% de peso en seco.

A la pasta de papel se la hizo tomar la forma de una hoja húmeda con un peso base de 160 gramos por metro cuadrado (gsm), usando un proceso convencional de fabricación de papel de escritura y se secó, a continuación, hasta un producto final. El producto resultante se comparó con un material de control preparado bajo las mismas condiciones, usando los mismos materiales de pulpa virgen, pero sin materiales reciclados añadidos. Estos resultados se muestran en la Tabla 1 siguiente:

TABLA 1

2

Es evidente, a partir de estos resultados, que una hoja de papel que contiene el 5 por ciento, en peso, del material reciclado y que incluye fibras sintéticas tiene propiedades físicas esencialmente similares a la hoja de pulpa virgen. De modo importante, las fibras recicladas añadidas no afectaron perjudicialmente a la estabilidad y el rendimiento del proceso de fabricación de papel.

Ejemplo 3

En este ejemplo, el material de partida fue un elemento laminar unido de fibras de polipropileno de soplado en fusión, disponible de la firma Kimberly Clark-Corporation, bajo la denominación comercial paño de limpieza Kimtex®. Este material contenía el 100 por cien de fibras de polipropileno de soplado en fusión y se troceó en piezas que variaban desde 10-30 mm de longitud y 5-20 mm de anchura. Estas piezas se transfirieron a un proceso de fabricación de pulpa en una batidora de laboratorio de tipo Hollander (Ross Paper Machinery Company, Newark, NJ - Modelo RPM 15). Se aplicaron presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica en dos etapas.

Se produjeron presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura por la acción de bombeo creada por el rotor, que empujaba el material húmedo contra las cuchillas fijas. El rodillo del rotor tenía aproximadamente 7 ^{5}/_{8} pulgadas (\sim19,4 cm) de diámetro. La superficie de trabajo del rodillo tenía 6 pulgadas (\sim15,4 cm) de anchura con treinta y dos barras de 3/16 de pulgada (\sim4,8 mm) de grosor. La bancada contenía siete barras de 1/8 de pulgada (\sim3,2 mm) de grosor, separadas 3/32 de pulgada (\sim2,4 mm) para formar una "V" a 5 grados en el centro de la bancada.

En la etapa uno, el peso o la carga aplicada al rotor se ajustó a 0 kg durante 12 minutos, la consistencia se ajustó al 1% y se añadió un agente antiespumante para controlar la generación de espuma. Durante la primera etapa, el material triturado se humedeció para conseguir un flujo libre del material a través del rodillo rotativo y la bancada. Durante la segunda etapa, el peso o la carga sobre el rodillo rotativo se aumentó, en primer lugar, hasta 5,2 kg durante 23 minutos y, a continuación, hasta 2,8 kg durante 85 minutos. Las condiciones durante la segunda etapa produjeron pequeñas zonas de presión muy alta entre las cuchillas sobre el rodillo rotativo y la bancada para crear una acción de microestallido en los haces de fibras sintéticas trituradas, a fin de separar por soplado y reducir la longitud de las fibras sintéticas resultantes. Con estas condiciones de tratamiento, las fibras resultantes tuvieron las siguientes características:

* Las fibras obtenidas consistían en una mezcla de algunas fibras individuales, haces de fibra, pequeños segmentos que seguían teniendo puntos de unión, rizos, capas abiertas de fibras y áreas planas.

* La longitud media de las fibras sintéticas y los haces de fibra fue 2,84 mm. Las longitudes variaban desde 0,6 hasta 6,1 mm.

Las fibras de soplado en fusión recicladas fueron mezcladas con una mezcla del 60 por ciento, en peso, de pulpa kraft de madera dura (eucalipto) y del 40 por ciento, en peso, de pulpa kraft de madera blanda (pino radiata) con un nivel del 5% de peso en seco. A esta pasta de papel se la hizo tomar la forma de una hoja húmeda con un peso base de 90 gsm en un conformador de laboratorio de hojas hechas a mano convencional, se prensó, a continuación, en una prensa de laboratorio y, finalmente, se secó. El producto resultante se comparó con un material de control preparado bajo las mismas condiciones, usando los mismos materiales de pulpa virgen, pero sin materiales reciclados añadidos. Estos resultados se muestran en la Tabla 2 siguiente:

TABLA 2

4

Incluso aunque la hoja de papel que incorpora fibras de soplado en fusión recicladas presenta niveles inferiores de algunas propiedades mecánicas en comparación con el material de control, la hoja de papel que contiene fibras recicladas se sigue considerando que tiene características físicas generalmente satisfactorias y es adecuada para papeles de escritura y otros tipos de papel.

Claims (26)

1. Método para reciclar materiales fibrosos unidos, comprendiendo el método:

disponer piezas de materiales fibrosos unidos, teniendo las piezas tamaños que están adaptados para su suspensión en un líquido;

poner en suspensión las piezas discretas de materiales fibrosos unidos en un líquido;

caracterizado porque el método comprende además:

aplicar trabajo mecánico a la suspensión líquida de piezas discretas para generar condiciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para fragmentar hidráulicamente los materiales fibrosos unidos en fibras y componentes a modo de fibra; y

separar del líquido las fibras y los componentes a modo de fibra sustancialmente individuales.

2. Proceso, según la reivindicación 1, en el que la etapa de disponer piezas discretas de materiales fibrosos unidos comprende una operación para reducir el tamaño de los materiales fibrosos unidos unitarios a piezas discretas que están adaptadas para su suspensión en un líquido, siendo seleccionada la operación a partir del troceado mecánico, corte mecánico, desgarro mecánico, trituración mecánica, corte por chorros de agua, corte por láser, deshilachado y combinaciones de los mismos.

3. Proceso, según la reivindicación 1 ó 2, en el que el trabajo mecánico se aplica a la suspensión líquida utilizando una combinación de cuchillas (38) montadas en un rodillo rotativo (36) y cuchillas (40) montadas en una placa fija (42) para generar áreas de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica muy altos.

4. Proceso, según la reivindicación 3, en el que las cuchillas (40) montadas en la placa fija (42) están alineadas con un ángulo, al menos en una dimensión, con respecto a la dirección de rotación de las cuchillas rotativas (38).

5. Proceso, según la reivindicación 4, en el que el ángulo está comprendido entre 20 grados y 70 grados.

6. Proceso, según la reivindicación 1, en el que el trabajo mecánico se aplica a la suspensión en múltiples etapas.

7. Proceso, según la reivindicación 6, en el que el trabajo mecánico se aplica a la suspensión utilizando una primera etapa, bajo condiciones para generar presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para humedecer las piezas de materiales fibrosos unidos y separar de los materiales unidos al menos algunas partes de fibras y componentes a modo de fibra, y utilizar una segunda etapa, bajo condiciones que generan situaciones de presión hidráulica y esfuerzo de cizalladura mecánica suficientes para romper los materiales fibrosos unidos, las fibras y los componentes a modo de fibra en fibras y componentes a modo de fibra sustancialmente individuales.

8. Proceso, según la reivindicación 6, en el que el juego entre las cuchillas rotativas (38) y las cuchillas fijas (40) en el punto más próximo durante la primera etapa está comprendida entre aproximadamente 20 milímetros y aproximadamente 100 milímetros, y entre aproximadamente 1 milímetro y aproximadamente 20 milímetros durante la segunda etapa.

9. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la cantidad de trabajo mecánico aplicada a la suspensión líquida es mayor que aproximadamente 6 caballos de vapor - 24 horas por tonelada en seco de material fibroso unido.

10. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los materiales fibrosos unidos se seleccionan a partir de telas tejidas, géneros de punto, elementos laminares no tejidos y combinaciones de los mismos.

11. Proceso, según la reivindicación 10, en el que los elementos laminares no tejidos son elementos laminares que están unidos térmicamente, unidos de manera adhesiva, entrelazados mecánicamente, unidos en disolventes, entrelazados hidráulicamente y combinaciones de los mismos.

12. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que los materiales fibrosos unidos están compuestos por materiales fibrosos sintéticos, materiales fibrosos naturales y combinaciones de los mismos.

13. Proceso, según la reivindicación 12, en el que el material fibroso unido incluye fibras y filamentos termoplásticos.

14. Proceso, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las fibras y los componentes a modo de fibra sustancialmente individuales tienen una distribución longitudinal relativamente uniforme.

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15. Proceso, según la reivindicación 14, en el que la fibra y el material a modo de fibra tienen una distribución de longitudes que está separada aproximadamente 7 milímetros.

16. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, caracterizados porque las fibras y los materiales a modo de fibra sintéticos reciclados comprenden:

al menos un elemento de hilo compuesto por material sintético que tiene al menos una distorsión irregular generada por fractura hidráulica del elemento de hilo para separarlo de un material fibroso unido, mientras este último está en suspensión en un líquido.

17. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, según la reivindicación 16, en los que el elemento de hilo tiene una longitud que varía desde aproximadamente 1 milímetro hasta aproximadamente 15 milímetros.

18. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, según la reivindicación 17, en los que el elemento de hilo tiene una longitud que varía desde aproximadamente 1,5 hasta aproximadamente 10 milímetros.

19. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, según la reivindicación 17, en los que el elemento de hilo tiene una longitud que varía desde aproximadamente 2 hasta aproximadamente 5 milímetros.

20. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 19, en los que las distorsiones irregulares tienen la forma de curvas en el elemento de hilo, segmentos aplanados del elemento de hilo, segmentos expandidos del elemento de hilo y combinaciones de las mismas.

21. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 20, en el que los elementos de hilo de los materiales reciclados tienen áreas superficiales que son mayores que la de los elementos de hilo comparables en el material fibroso unido, antes de la fractura hidráulica del elemento de hilo para separarlo del material fibroso unido.

22. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, según la reivindicación 21, en los que las áreas superficiales de los elementos de hilo reciclados son al menos aproximadamente el 5 por ciento más grandes.

23. Fibras y materiales a modo de fibra sintéticos reciclados, según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 22, en los que el material sintético es un material termoplástico sintético.

24. Elemento laminar fibroso no tejido, que comprende las fibras y los materiales a modo de fibra sintéticos reciclados según cualquiera de las reivindicaciones 16 a 23.

25. Elemento laminar fibroso no tejido, según la reivindicación 24, en el que el elemento laminar está formado utilizando un proceso de formación de elementos laminares, seleccionado a partir de formación en húmedo, formación en seco, formación de espuma y combinaciones de los mismos.

26. Elemento laminar fibroso no tejido, según la reivindicación 24 ó 25, en el que el elemento laminar incluye además materiales fibrosos naturales no reciclados, materiales sintéticos naturales no reciclados, materiales fibrosos naturales reciclados, materiales en partículas y combinaciones de los mismos.