ES2554827T3 - Método para densificar material fibroso - Google Patents

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Abstract

Un método para densificar un material fibroso, que comprende: añadir, a un material fibroso, un aglutinante seleccionado del grupo que consiste en aglutinantes solubles en agua, aglutinantes hinchables con el agua, y aglutinantes que tienen una temperatura de transición vítrea menor que 25ºC, para proporcionar una combinación material fibroso-aglutinante; y comprimir la combinación material fibroso-aglutinante para proporcionar un material fibroso densificado que tiene una densidad aparente que es al menos aproximadamente dos veces mayor que la densidad aparente del material fibroso, en donde el material fibroso ha sido preparado cizallando una fuente de fibra - y comprende fibras sueltas, discretas y separables, y el material fibroso antes de la densificación tiene una densidad aparente menor que 0,15 g/cm3, en donde la densidad aparente se determina según ASTM D1895B.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para densificar material fibroso Campo tecnico
Esta invencion se refiere a materiales fibrosos y materiales compuestos, y a metodos para preparar los mismos. Antecedentes
Los materiales fibrosos, p.ej., materiales celulosicos y lignocelulosicos, se producen, procesan y usan en grandes cantidades en varias aplicaciones. A menudo tales materiales fibrosos se usan una vez, y despues se descartan como desecho.
El documento EP 1457184 A1 describe laminas de pulpa de celulosa tratadas con un sacarido que da menos que 20% en peso de nudos cuando es fibrizada bajo condiciones Kamas estandar.
El documento EP 1457184 A1 describe un metodo para densificar una lamina de pulpa, que comprende: anadir, a una lamina de pulpa, un aglutinante seleccionado del grupo que consiste en aglutinantes solubles en agua, aglutinantes hinchables con el agua, y aglutinantes que tienen una temperatura de transicion vftrea menor que 25°C, para proporcionar una combinacion lamina de pulpa-aglutinante; y comprimir la combinacion lamina de pulpa- aglutinante para proporcionar una lamina de pulpa densificada que tiene una densidad aparente que es al menos aproximadamente dos veces mayor que la densidad aparente de la lamina de pulpa, en donde la lamina de pulpa antes de la densificacion tiene una densidad aparente menor que 0,15 g/cm3
La patente de EE.UU. 4.236.897 describe un granulo combustible, de alto valor de calentamiento, que comprende de aproximadamente 50 a aproximadamente 99% en peso de material celulosico natural y de aproximadamente 1 a aproximadamente 50% en peso de material termoplastico polimerico sintetico.
El documento US 2003/0186052 A1 describe granulos de fibra de celulosa procesados de baja humedad especificada y procedimientos para formar granulos de fibra.
La solicitud de patente internacional WO 03/035740 describe una resina basada en sacarido especificada para aglutinar materiales compuestos lignocelulosicos, celulosicos y no celulosicos.
El documento US 2003/0228454 describe materiales compuestos especificados preparados mezclando en estado fundido composiciones que incluyen generalmente fibras de pulpa celulosica que tienen una pureza de alfa-celulosa mayor que 80% en peso, al menos un aglutinante soluble en agua, al menos un lubricante, al menos un compatibilizador, y al menos un poftmero matriz.
Compendio
La invencion se refiere al tema de las reivindicaciones adjuntas.
Se describen metodos para densificar materiales fibrosos que incluyen anadir, a un material fibroso, un aglutinante soluble en agua, un aglutinante hinchable con el agua, y/o un aglutinante que tiene una temperatura de transicion vftrea menor que aproximadamente 25 °C, para proporcionar una combinacion material fibroso-aglutinante. La combinacion material fibroso-aglutinante es densificada para proporcionar un material fibroso densificado que tiene una densidad aparente que es al menos aproximadamente dos veces mayor que la densidad aparente del material fibroso, p.ej., tres veces, cuatro veces, cinco veces, seis veces, ocho veces, diez veces, doce veces, veinte veces o mas, p.ej., cuarenta veces mayor. Preferiblemente, la densidad aparente del material densificado es al menos aproximadamente tres veces o aproximadamente cuatro veces mayor que la densidad aparente del material fibroso.
Se describen metodos para densificar materiales fibrosos que incluyen hacer pasar un material fibroso por un area de aplicacion de aglutinante en la que se aplica un aglutinante para proporcionar una combinacion material fibroso- aglutinante. La combinacion material fibroso-aglutinante es densificada para proporcionar un material fibroso densificado que tiene una densidad aparente de al menos aproximadamente dos veces la densidad aparente del material fibroso, p.ej., tres veces, cuatro veces, cinco veces, seis veces, ocho veces, diez veces, doce veces, veinte veces o mas, p.ej., cuarenta veces mayor.
Tambien se describen metodos para densificar materiales fibrosos que incluyen anadir, a un material fibroso, un aglutinante soluble en agua, un aglutinante hinchable con el agua, y/o un aglutinante que tiene una temperatura de transicion vftrea menor que aproximadamente 25 °C, para proporcionar una combinacion material fibroso- aglutinante. La combinacion material fibroso-aglutinante incluye menos que aproximadamente 25 por ciento en peso de aglutinante, p.ej., 15 por ciento en peso, 10 por ciento en peso, 5 por ciento en peso o menos que aproximadamente 1 por ciento en peso. la combinacion material fibroso-aglutinante es densificada para proporcionar un material fibroso densificado que tiene una densidad aparente que es al menos aproximadamente dos veces mayor que la densidad aparente del material fibroso, p.ej., tres veces, cuatro veces, cinco veces, seis veces, ocho veces, diez veces, doce veces, veinte veces o mas, p.ej., cuarenta veces mayor.
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Se puede usar cualquier material fibroso densificado para formar cualquier artmulo descrito en la presente memoria. Los materiales fibrosos densificados pueden incluir un perfume o una fragancia.
Los materiales fibrosos densificados se pueden usar, p.ej., para preparar materiales compuestos, o se pueden usar en sf mismos o junto con aditivos, p.ej., como matrices de liberacion controlada.
La invencion puede tener una cualquiera de, o combinaciones de, las siguientes ventajas. Los materiales fibrosos densificados, p.ej., en forma de granulo o astilla, son mas faciles de manejar, alimentar a maquinaria, transportar y mezclar con otros materiales, p.ej., resinas, p.ej., resina termoplastica.
El termino “material fibroso”, como se emplea en la presente memoria, es un material que incluye numerosas fibras sueltas, discretas y separables. Por ejemplo, se puede preparar un material fibroso a partir de una fuente de fibra de papel polirrevestido o un papel Kraft blanqueado por cizallamiento, p.ej., con una cortadora de cuchillas rotatorias.
El termino “criba”, como se emplea en la presente memoria, significa un miembro capaz de tamizar material segun el tamano, p.ej., una placa perforada, cilindro o similar, o una malla de alambre o tela.
Descripcion de los dibujos
La Fig. 1 es un diagrama de bloques que ilustra la conversion de una fuente de fibra en un primer y segundo material fibroso.
La Fig. 2 es una vista en seccion transversal de una cortadora de cuchillas rotatorias.
Las Figs. 3-8 son vistas desde arriba de diversas cribas preparadas a partir de monofilamentos.
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que ilustra la conversion de una fuente de fibra en un primer, segundo y tercer material fibroso.
Las Figs. 10A y 10B son fotograffas de fuentes de fibra; siendo la Fig. 10A una fotograffa de un recipiente de papel polirrevestido, y siendo la Fig. 10B una fotograffa de rollos de papel Kraft no blanqueado.
Las Figs. 11 y 12 son micrograffas electronicas de barrido de un material fibroso producido a partir de papel polirrevestido a un aumento de 25 X y 1000 X, respectivamente. El material fibroso fue producido en una cortadora de cuchillas rotatorias utilizando una criba con aberturas de 3,175 mm (1/8 de pulgada).
Las Figs. 13 y 14 son micrograffas electronicas de barrido de un material fibroso producido a partir de carton Kraft blanqueado a un aumento de 25 X y 1000 X, respectivamente. El material fibroso fue producido en una cortadora de cuchillas rotatorias utilizando una criba con aberturas de 3,175 mm (1/8 de pulgada).
Las Figs. 15 y 16 son micrograffas electronicas de barrido de un material fibroso producido a partir de carton Kraft blanqueado a un aumento de 25 X y 1000 X, respectivamente. El material fibroso fue cizallado dos veces en una cortadora de cuchillas rotatorias utilizando una criba con aberturas de 1,59 mm (1/16 de pulgada) durante cada cizallamiento.
Las Figs. 17 y 18 son micrograffas electronicas de barrido de un material fibroso producido a partir de carton Kraft blanqueado a un aumento de 25 X y 1000 X, respectivamente. El material fibroso fue cizallado tres veces en una cortadora de cuchillas rotatorias. Durante el primer cizallamiento, se uso una criba de 3,175 mm (1/8 de pulgada); durante el segundo cizallamiento, se uso una criba de 1,59 mm (1/16 de pulgada), y durante el tercer cizallamiento se uso una criba de 0,79 mm (1/32 de pulgada).
La Fig. 19 es un diagrama de bloques que ilustra la conversion de una fuente de fibra en un material fibroso, y despues densificacion del material fibroso.
La Fig. 20 es un material fibroso densificado en forma de granulo.
La Fig. 20A es una seccion transversal de un granulo hueco en el que un centro del hueco esta en lmea con un centro del granulo.
La Fig. 20B es una seccion transversal de un granulo hueco en el que un centro del hueco esta fuera de lmea con un centro del granulo.
La Fig. 20C es una seccion transversal de un granulo trilobal.
La Fig. 21 es un diagrama de bloques que ilustra la densificacion masiva reversible.
La Fig. 22 es una vista lateral esquematica de un procedimiento para revestir un material fibroso con un aglutinante y/o anadir aditivos al material fibroso.
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La Fig. 23 es una vista lateral esquematica de un procedimiento para formar un material fibroso densificado.
La Fig. 24 es una vista en perspectiva en corte de una granuladora.
La Fig. 25 es una vista lateral esquematica de un procedimiento para fabricar un material fibroso densificado.
La Fig. 25A es una vista agrandada del area 25A de la Fig. 25.
La Fig. 26 es un diagrama de bloques que ilustra la conversion de una combinacion material fibroso/resina reticulable en una forma deseada, e irradiacioOn de la forma deseada para formar un material compuesto reticulado.
La Fig. 27 es una vista de corte, en perspectiva, de un irradiador gamma.
La Fig. 28 es una vista en perspectiva agrandada de la region 28 de la Fig. 27.
La Fig. 29 es una fotograffa de un material compuesto resina/material fibroso en la forma de un taburete bajo en el que algo del material fibroso del material compuesto es visible.
La Fig. 30 es una vista alargada de la region encuadrada de la Fig. 29.
Las Figs. 31A, 31B y 31C ilustran esquematicamente la preparacion de un material compuesto a partir de un molde que tiene una superficie de molde.
La Fig. 32 es una vista en seccion transversal de un material compuesto resina/material fibroso que tiene una porcion interior que no tiene sustancialmente material fibroso y una porcion exterior que rodea a la porcion interior que incluye material fibroso.
La Fig. 33 es una vista en seccion transversal de un material compuesto transparente de resina/material fibroso que tiene una porcion interior que tiene sustancialmente todo el material fibroso y una porcion exterior que no tiene sustancialmente material fibroso rodeando a la porcion interior.
Descripcion detallada
De manera general, se describen materiales fibrosos, materiales fibrosos densificados y materiales compuestos preparados a partir de estos materiales y combinaciones de estos materiales.
Algunos de los materiales fibrosos descritos en la presente memoria son faciles de dispersar en una resina, tal como una resina termoplastica, y pueden modificar ventajosamente la reologfa de la resina de una manera conveniente y predecible, dando como resultado combinaciones de resina/material fibroso que pueden ser, p.ej., mas faciles de moldear y extruir. Muchos de los materiales fibrosos densificados descritos en la presente memoria, tales como aquellos en forma de granulo o astilla, pueden ser mas faciles de manejar, alimentar a maquinaria, transportar y mezclar con otros materiales. Muchos de los materiales compuestos descritos en la presente memoria tienen excelentes propiedades mecanicas, tales como resistencia a la abrasion, resistencia a la compresion, resistencia a la fractura, resistencia al impacto, resistencia a la torsion, modulo de traccion, modulo de flexion y alargamiento a la rotura. Muchos de los materiales compuestos, y especialmente muchos de los materiales compuestos reticulados, tienen una tendencia reducida a romperse y/o agrietarse a bajas temperaturas, y tienen una estabilidad a alta temperatura y resistencia qmmica mejoradas. Algunos de los materiales compuestos perfumados, tales como materiales compuestos sustitutos de la madera, pueden suscitar interes en un punto de venta, y pueden permitir oportunidades de etiquetado y comercializacion inusuales. Muchos materiales compuestos descritos tienen propiedades visuales unicas, agradables o incluso sorprendentes.
Materiales fibrosos
Los materiales fibrosos se derivan de una o mas fuentes de fibra cizallando una fuente de fibra para liberar material fibroso.
Haciendo referencia a la Fig. 1, una fuente 10 de fibra es cizallada, p.ej., por una cortadora de cuchillas rotatorias, para proporcionar un primer material 12 fibroso. Este material fibroso se puede usar como se proporciona, p.ej., para preparar materiales fibrosos densificados, o el primer material 12 fibroso se puede hacer pasar a traves de una primera criba 16 que tiene un tamano de abertura medio de 1,59 mm o menos (1/16 de pulgada, 0,0625 pulgadas) para proporcionar un segundo material 14 fibroso. Si se desea, la fuente 10 de fibra puede ser cortada antes del cizallamiento, p.ej., con una trituradora. Por ejemplo, cuando se usa un papel como fuente 10 de fibra, el papel puede ser cortado primero en tiras que son, p.ej., de 6,35 mm a 12,7 mm (1/4 a 1/2 de pulgada) de ancho, usando una trituradora, p.ej., una trituradora de tornillo contrarrotatorio, tal como las fabricadas por Munson (Utica, N.Y.).
En algunas realizaciones, el cizallamiento de la fuente 10 de fibra y el paso del primer material 12 fibroso resultante a traves de la primera criba 16 se realizan al mismo tiempo. El cizallamiento y el paso tambien se pueden realizar en un procedimiento de tipo discontinuo.
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Por ejemplo, se puede usar una cortadora de cuchillas rotatorias para triturar al mismo tiempo la fuente 10 de fibra y cribar el primer material 12 fibroso. Haciendo referencia a la Fig. 2, una cortadora 20 de cuchillas rotatorias incluye una tolva 22 que puede ser cargada con una fuente 10' de fibra triturada preparada triturando la fuente 10 de fibra. La fuente 10' de fibra triturada es cizallada entre cuchillas 24 estacionarias y cuchillas 26 rotatorias para proporcionar un primer material 12 fibroso. El primer material 12 fibroso pasa a traves de la criba 16 que tiene las dimensiones descritas anteriormente, y el segundo material 14 fibroso resultante es capturado en el contenedor 30. Para ayudar a la recogida del segundo material 14 fibroso, el contenedor 30 puede tener una presion por debajo de la presion atmosferica nominal, p.ej., al menos 10 por ciento por debajo de la presion atmosferica nominal, p.ej., al menos 25 por ciento por debajo de la presion atmosferica nominal, p.ej., al menos 50 por ciento por debajo de la presion atmosferica nominal, o al menos 75 por ciento por debajo de la presion atmosferica nominal. En algunas realizaciones, se utiliza una fuente 50 de vado para mantener el contenedor por debajo de la presion atmosferica nominal.
Haciendo referencia a las Figs. 3-8, en algunas realizaciones, el tamano de abertura medio de la primera criba 16 es menos que 0,79 mm (1/32 de pulgada, 0,03125 pulgadas), p.ej., menos que 0,51 mm (1/50 de pulgada, 0,02000 pulgadas), menos que 0,40 mm (1/64 de pulgada, 0,015625 pulgadas), menos que 0,23 mm (0,009 pulgadas), menos que 0,20 mm (1/128 de pulgada, 0,0078125 pulgadas), menos que 0,18 mm (0,007 pulgadas), menos que 0,13 mm (0,005 pulgadas), o incluso menos que 0,10 mm (1/256 de pulgada, 0,00390625 pulgadas). La criba 16 se prepara entretejiendo monofilamentos 52 que tienen un diametro apropiado para dar el tamano de abertura deseado. Por ejemplo, los monofilamentos pueden estar hechos de un metal, p.ej., acero inoxidable. Segun se hacen mas pequenos los tamanos de abertura, las exigencias estructurales de los monofilamentos pueden aumentar. Por ejemplo, para tamanos de abertura menores que 0,40 mm, puede ser ventajoso preparar las cribas a partir de monofilamentos hechos de un material distinto al acero inoxidable, p.ej., titanio, aleaciones de titanio, metales amorfos, mquel, wolframio, rodio, renio, ceramica o vidrio. En algunas realizaciones, la criba se prepara a partir de una placa, p.ej., una placa metalica, que tiene aberturas, p.ej., cortadas en la placa usando un laser.
En algunas realizaciones, el segundo material 14 fibroso es triturado y hecho pasar a traves de la primera criba 16, o una criba de tamano diferente. En algunas realizaciones, el segundo material 14 fibroso es hecho pasar a traves de una segunda criba que tiene un tamano de abertura medio igual a o menor que el de la primera criba 16.
Haciendo referencia a la Fig. 9, se puede preparar un tercer material 62 fibroso a partir del segundo material 14 fibroso cizallando el segundo material 14 fibroso y haciendo pasar el material resultante a traves de una segunda criba 60 que tiene un tamano de abertura medio menor que la primera criba 16.
Las fuentes de fibra incluyen fuentes de fibra celulosicas, que incluyen papel y productos de papel como los mostrados en las Figs. 10a (papel polirrevestido) y 10B (papel Kraft), y fuentes de fibra lignocelulosicas, que incluyen madera y materiales relacionados con la madera, p.ej., tabla de aglomerado. Otras fuentes de fibra adecuadas incluyen fuentes de fibra naturales, p.ej., hierbas, cascaras de arroz, bagazo, algodon, yute, heno, lino, bambu, sisal, abaca, paja, mazorcas de mafz, cascaras de arroz, fibra de coco; fuentes de fibra de alto contenido en a-celulosa, p.ej., algodon; fuentes de fibra sinteticas, p.ej., hilo extruido (hilo orientado o hilo no orientado) o fuentes de fibra de carbono; fuentes de fibra inorganicas; y fuentes de fibra metalicas. Las fuentes de fibra naturales o sinteticas se pueden obtener a partir de materiales textiles de desecho vfrgenes, p.ej., retales, o pueden ser desechos post-consumidor, p.ej., trapos. Cuando se usan productos de papel como fuentes de fibra, pueden ser materiales vfrgenes, p.ej., materiales de desecho vfrgenes, o pueden ser desechos post-consumidor. Aparte de materias primas vfrgenes, tambien se pueden usar como fuentes de fibra desechos post-consumidor, industriales (p.ej., vfsceras), y de procesamiento (p.ej., efluente del procesamiento de papel). Tambien, la fuente de fibra puede obtenerse o derivarse de desechos humanos (p.ej., aguas residuales), animales o vegetales. Se han descrito fuentes de fibra adicionales en las patentes de EE.UU. Nos. 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 y 5.952.105.
En realizaciones espedficas, la fuente de fibra incluye aserrm, p.ej., de moler, maquinizar o lijar maderas duras o blandas. Ejemplos de maderas duras incluyen roble, arce, cerezo (p.ej., cerezo brasileno), nogal, caoba, cipres o palisandro. Ejemplos de maderas blandas incluyen cedro (p.ej., cedro rojo y blanco), pino, pfcea, abeto (p.ej., abeto Douglas), y secuoya. En algunas realizaciones es ventajoso usar una madera fragante, tal como cedro o secuoya, porque puede comunicar una fragancia al material compuesto. En algunas realizaciones, se anade fragancia al aserrm. En algunas realizaciones, es ventajoso cizallar el aserrm, p.ej., usando una cortadora de cuchillas rotatorias, para desaglomerar el aserrm.
Se pueden utilizar mezclas de cualquiera de las fuentes de fibra o materiales fibrosos anteriores, p.ej., para preparar materiales compuestos o materiales fibrosos densificados.
De manera general, las fibras de los materiales fibrosos pueden tener una relacion longitud a diametro media relativamente grande (p.ej., mayor que 20 a 1), incluso si han sido cizalladas mas de una vez. Ademas, las fibras de los materiales fibrosos descritos en la presente memoria pueden tener una distribucion de longitudes y/o relaciones longitud a diametro relativamente estrecha. Sin desear estar atado por ninguna teona particular, se cree actualmente que la relacion longitud a diametro media relativamente grande y la distribucion de longitudes y/o relaciones longitud a diametro relativamente estrecha son, al menos en parte, responsables de la facilidad a la que se dispersan los
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materiales fibrosos en una resina, p.ej., una resina termoplastica fundida. Se cree tambien que la relacion longitud a diametro media relativamente grande y la distribucion de longitudes y/o relaciones longitud a diametro relativamente estrecha son, al menos en parte, responsables de las consistentes propiedades de los materiales fibrosos, la predecible modificacion de la reologfa que comunican los materiales fibrosos a una resina, la facilidad a la que son coladas, extruidas y moldeadas por inyeccion las combinaciones de los materiales fibrosos y las resinas, la facilidad con la que los materiales fibrosos pasan a traves de canales y aberturas pequenos, a menudo tortuosos, y los excelentes acabados superficiales posibles con las piezas moldeadas, p.ej., acabados brillantes y/o acabados sustancialmente desprovistos de motitas visibles.
Como se emplea en la presente memoria, las anchuras de fibra medias (es decir, diametros) son las determinadas opticamente seleccionando al azar aproximadamente 5.000 fibras. Las longitudes de fibra medias son longitudes ponderadas en longitud corregida. Las areas superficiales BET (Brunauer, Emmet y Teller) son areas superficiales de multipunto, y las porosidades son las determinadas por porosimetna de mercurio.
La relacion longitud a diametro media del segundo material 14 fibroso puede ser, p.ej., p.ej., mayor que 10/1, mayor que 25/1, o mayor que 50/1. Una longitud media del segundo material 14 fibroso puede estar, p.ej., entre aproximadamente 0,5 mm y 2,5 mm, p.ej., entre aproximadamente 0,75 mm y 1,0 mm, y una anchura (es decir, diametro) media del segundo material 14 fibroso puede estar, p.ej., entre aproximadamente 5 pm y 50 pm, p.ej., entre aproximadamente 10 pm y 30 pm.
En algunas realizaciones, una desviacion estandar de la longitud del segundo material 14 fibroso es menos que 60 por ciento de una longitud media del segundo material 14 fibroso, p.ej., menos que 50 por ciento de la longitud media, menos que 40 por ciento de la longitud media, menos que 25 por ciento de la longitud media, menos que 10 por ciento de la longitud media, menos que 5 por ciento de la longitud media, o incluso menos que 1 por ciento de la longitud media.
En algunas realizaciones, un area superficial BET del segundo material 14 fibroso esmayor que 0,5 m2/g, mayor que 1,0 m2/g, mayor que 1,5 m2/g, mayor que 1,75 m2/g, o incluso mayor que 5,0 m2/g. Una porosidad del segundo material 14 fibroso puede ser, p.ej., mayor que 70 por ciento, p.ej., mayor que 80 por ciento, mayor que 85 por ciento o mayor que 90 por ciento.
En algunas realizaciones, una relacion de la relacion longitud a diametro media del primer material 12 fibroso a la relacion longitud a diametro media del segundo material 14 fibroso es, p.ej., menos que 1,5, p.ej., menos que 1,4, menos que 1,25, o incluso menos que 1,1.
En realizaciones particulares, el segundo material 14 fibroso es cizallado de nuevo y el material fibroso resultante es hecho pasar a traves de una segunda criba que tiene un tamano de abertura medio menor que la primera criba para proporcionar un tercer material 62 fibroso. En tales casos, una relacion de la relacion longitud a diametro del segundo material 14 fibroso a la relacion longitud a diametro del tercer material 62 fibroso puede ser, p.ej., menos que 1,5, p.ej., menos que 1,4, menos que 1,25, o incluso menos que 1,1.
En algunas realizaciones, el tercer material 62 fibroso es hecho pasar a traves de una tercera criba para producir un cuarto material fibroso. El cuarto material fibroso puede ser, p.ej., hecho pasar a traves de una cuarta criba para producir un quinto material. Se pueden repetir procedimientos de cribado similares tantas veces como se desee para producir el material fibroso deseado que tenga las propiedades deseadas.
En algunas realizaciones, el material fibroso deseado incluye fibras que tienen una relacion longitud a diametro media mayor que 5 y que tienen una desviacion estandar de la longitud de fibra que es menos que sesenta por ciento de la longitud media. Por ejemplo, la relacion longitud a diametro media puede ser mayor que 10/1, p.ej., mayor que 25/1, o mayor que 50/1, y la longitud media puede estar entre aproximadamente 0,5 mm y 2,5 mm, p.ej., entre aproximadamente 0,75 mm y 1,0 mm. Una anchura media del material fibroso puede estar entre aproximadamente 5 pm y 50 pm, p.ej., entre aproximadamente 10 pm y 30 pm. Por ejemplo, la desviacion estandar puede ser menos que 50 por ciento de la longitud media, p.ej., menos que 40 por ciento, menos que 30 por ciento, menos que 25 por ciento, menos que 20 por ciento, menos que 10 por ciento, menos que 5 por ciento, o incluso menos que 1 por ciento de la longitud media. Un material fibroso deseable puede tener, p.ej., un area superficial BET mayor que 0,5 m2/g, p.ej. mayor que 1,0 m2/g, mayor que 1,5 m2/g, mayor que 1,75 m2/g, mayor que 5 m2/g, o incluso mayor que 10,0 m2/g. Un material deseado puede tener, p.ej., una porosidad mayor que 70 por ciento, p.ej., mayor que 80 por ciento, mayor que 87,5 por ciento, mayor que 90 por ciento, o incluso mayor que 95 por ciento.
Aunque se han descrito algunas realizaciones que usan cribas para proporcionar un material fibroso deseado, en otras realizaciones, no se usan cribas para preparar el material fibroso deseado. Por ejemplo, se puede cizallar una fuente de fibra entre un primer par de cuchillas que define un primer espacio, dando como resultado un material fibroso. Despues el primer material fibroso puede ser cizallado entre un segundo par de cuchillas que definen un segundo espacio que es mas pequeno que el primer espacio, dando como resultado un segundo material fibroso.
Ejemplos de materiales fibrosos
Las micrograffas electronicas de barrido se obtuvieron en un microscopio electronico de barrido de emision de
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campo JEOL 65000. Las longitudes y anchuras (es dedr, diametros) de fibra fueron determinadas por Integrated Paper Services, Inc., Appleton, WI, usando un analizador automatizado (TAPPI T271). El area superficial BET fue determinada por Micrometrics Analytical Services, como lo fueron la porosidad y densidad aparente.
Ejemplos
Ejemplo comparativo 1 - Preparacion de material fibroso a partir de papel polirrevestido
Se obtuvo de International Paper un pale de 680 kg (1.500 libras) de cartones de zumo de 1,89 l (medio galon) vfrgenes, hechos de carton Kraft blanco polirrevestido no impreso que teman una densidad aparente de 0,32 g/cm3 (20 lb/ft3). Cada carton fue aplanado, y alimentado despues a una trituradora Flinch Baugh de 3 CV a una velocidad de aproximadamente 6,8 a 9,1 kg (15 a 20 libras) por hora. La trituradora estaba equipada con dos cuchillas rotatorias de 304,8 mm (12 pulgadas), dos cuchillas fijas y una criba de descarga de 7,62 mm (0,30 pulgadas). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a 2,54 mm (0,10 pulgadas). La salida de la trituradora se parecfa a confeti que tema una anchura de entre 2,54 mm (0,1 pulgadas) y 12,7 mm (0,5 pulgadas), una longitud de entre 6,35 mm (0,25 pulgadas) y 25,4 mm (1 pulgada) y un grosor equivalente al del material de partida (aproximadamente 1,5 mm (0,075 pulgadas). El material parecido a confeti fue alimentado a una cortadora de cuchillas rotatorias Munson, Modelo SC30. El Modelo SC30 esta equipado con cuatro cuchillas rotatorias, cuatro cuchillas fijas, y una criba de descarga que tiene aberturas de 3,175 mm (1/8 de pulgada). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). La cortadora de cuchillas rotatorias cizallo los trozos parecidos a confeti a traves de los bordes de las cuchillas, desgarrando los trozos y liberando un material fibroso a una velocidad de aproximadamente 0,453 kg (una libra) por hora. El material fibroso tuvo un area superficial BET de 0,9748 m2/g +/- 0,0167 m2/g, una porosidad de 89,0437 por ciento y una densidad aparente (a 3,65 kPa (@0,53 psia)) de 0,1260 g/ml. Una longitud media de las fibras fue 1,141 mm y una anchura media de las fibras fue 0,027 mm, dando una L/D media de 42:1. Las micrograffas electronicas de barrido del material fibroso se muestran en las Figs. 11 y 12 a un aumento de 25 X y un aumento de 1.000 X, respectivamente.
Ejemplo comparativo 2 - Preparacion de material fibroso a partir de carton Kraft blanqueado
Se obtuvo de International Paper un pale de 680 kg (1.500 libras) de carton Kraft blanqueado virgen que tema una densidad aparente de 0,48 g/cm3 (30 lb/ft3). El material fue aplanado, y alimentado despues a una trituradora Flinch Baugh de 3 CV a una velocidad de aproximadamente 6,8 a 9,1 kg (15 a 20 libras) por hora. La trituradora estaba equipada con dos cuchillas rotatorias de 304,8 mm (12 pulgadas), dos cuchillas fijas y una criba de descarga de 7,62 mm (0,30 pulgadas). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a 2,54 mm (0,10 pulgadas). La salida de la trituradora se parecfa a confeti que tema una anchura de entre 2,54 mm (0,1 pulgadas) y 12,7 mm (0,5 pulgadas), una longitud de entre 6,35 mm (0,25 pulgadas) y 25,4 mm (1 pulgada) y un grosor equivalente al del material de partida (aproximadamente 1,9 mm (0,075 pulgadas). El material parecido a confeti fue alimentado a una cortadora de cuchillas rotatorias Munson, Modelo SC30. La criba de descarga tema aberturas de 3,175 mm (1/8 de pulgada). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). La cortadora de cuchillas rotatorias cizallo los trozos parecidos a confeti, liberando un material fibroso a una velocidad de aproximadamente 0,453 kg (una libra) por hora. El material fibroso tuvo un area superficial BET de 1,1316 m2/g +/- 0,0103 m2/g, una porosidad de 88,3285 por ciento y una densidad aparente (a 3,65 kPa (@0,53 psia)) de 0,1497 g/ml. Una longitud media de las fibras fue 1,063 mm y una anchura media de las fibras fue 0,0245 mm, dando una L/D media de 43:1. Las micrograffas electronicas de barrido del material fibroso se muestran en las Figs. 13 y 14 a un aumento de 25 X y un aumento de 1.000 X, respectivamente.
Ejemplo comparativo 3 - Preparacion de material fibroso cizallado dos veces a partir de carton Kraft blanqueado
Se obtuvo de International Paper un pale de 680 kg (1.500 libras) de carton Kraft blanqueado virgen que tema una densidad aparente de 0,48 g/cm3 (30 lb/ft3). El material fue aplanado, y alimentado despues a una trituradora Flinch Baugh de 3 CV a una velocidad de aproximadamente 6,8 a 9,1 kg (15 a 20 libras) por hora. La trituradora estaba equipada con dos cuchillas rotatorias de 304,8 mm (12 pulgadas), dos cuchillas fijas y una criba de descarga de 7,62 mm (0,30 pulgadas). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a 2,54 mm (0,10 pulgadas). La salida de la trituradora se parecfa a confeti (como anteriormente). El material parecido a confeti fue alimentado a una cortadora de cuchillas rotatorias Munson, Modelo SC30. La criba de descarga tema aberturas de 1,59 mm (1/16 de pulgada). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). La cortadora de cuchillas rotatorias cizallo los trozos parecidos a confeti, liberando un material fibroso a una velocidad de aproximadamente 0,453 kg (una libra) por hora. El material resultante del primer cizallamiento fue alimentado de vuelta a la misma configuracion descrita anteriormente y cizallado de nuevo. El material fibroso resultante tuvo un area superficial BET de 1,4408 m2/g +/- 0,0156 m2/g, una porosidad de 90,8998 por ciento y una densidad aparente (a 3,65 kPa (@0,53 psia)) de 0,1298 g/ml. Una longitud media de las fibras fue 0,891 mm y una anchura media de las fibras fue 0,026 mm, dando una L/D media de 34:1. Las micrograffas electronicas de barrido del material fibroso se muestran en las Figs. 15 y 16 a un aumento de 25 X y un aumento de 1.000 X, respectivamente.
Ejemplo comparativo 4 - Preparacion de material fibroso cizallado tres veces a partir de carton Kraft blanqueado
Se obtuvo de International Paper un pale de 680 kg (1.500 libras) de carton Kraft blanqueado virgen que tema una
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densidad aparente de 0,48 g/cm3 (30 lb/ft3). El material fue aplanado, y alimentado despues a una trituradora Flinch Baugh de 3 CV a una velocidad de aproximadamente 6,8 a 9,1 kg (15 a 20 libras) por hora. La trituradora estaba equipada con dos cuchillas rotatorias de 304,8 mm (12 pulgadas), dos cuchillas fijas y una criba de descarga de 1,62 mm (0,30 pulgadas). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a 2,54 mm (0,10 pulgadas). La salida de la trituradora se pareda a confeti (como anteriormente). El material parecido a confeti fue alimentado a una cortadora de cuchillas rotatorias Munson, Modelo SC30. La criba de descarga tema aberturas de 3,175 mm (1/8 de pulgada). El espacio entre las cuchillas rotatorias y fijas se ajusto a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). La cortadora de cuchillas rotatorias cizallo los trozos parecidos a confeti a traves de los bordes de las cuchillas. El material resultante del primer cizallamiento fue alimentado de vuelta a la misma configuracion descrita anteriormente y la criba fue reemplazada por una criba de 1,59 mm (1/16 de pulgada). Este material se cizallo. El material resultante del segundo cizallamiento fue alimentado de vuelta a la misma configuracion y la criba fue reemplazada por una criba de 0,79 mm (1/32 de pulgada). Este material se cizallo. El material fibroso resultante tuvo un area superficial BET de 1,6897 m2/g +/- 0,0155 m2/g, una porosidad de 87,7163 por ciento y una densidad aparente (a 3,65 kPa (0,53 psia)) de 0,1448 g/ml. Una longitud media de las fibras fue 0,824 mm y una anchura media de las fibras fue 0,0262 mm, dando una L/D media de 32:1. Las micrograffas electronicas de barrido del material fibroso se muestran en las Figs. 17 y 18a un aumento de 25 X y un aumento de 1.000 X, respectivamente.
Densificacion de materiales fibrosos
Haciendo referencia a la Fig. 19, una fuente de fibra es convertida en un material fibroso. El material fibroso es densificado posteriormente. Se anaden al material fibroso un aglutinante y, opcionalmente, otros aditivos, tales como cargas y materiales antiestaticos, antes de la densificacion. El material fibroso con aglutinante y cualesquiera aditivos o cargas deseados puede ser densificado por aplicacion de presion, p.ej., haciendo pasar el material fibroso a traves de un espacio definido entre rodillos de presion contrarrotatorios o haciendo pasar el material fibroso a traves de una granuladora, o combinando el material fibroso y el aglutinante en un extrusor (p.ej., un extrusor de husillo unico o de doble husillo). Durante la aplicacion de presion, se puede aplicar opcionalmente calor para ayudar a la densificacion del material fibroso.
La fuente de fibra es convertida en el material fibroso cizallando la fuente de fibra, como se discutio anteriormente.
Cualquiera de los materiales fibrosos discutidos anteriormente y otros pueden ser densificados. Por ejemplo, las fibras del material fibroso pueden tener, p.ej., una relacion longitud a diametro media (L/D) mayor que 3, p.ej., 5, 6, 7, 8, 10, 25, 50 o mas, p.ej., 100. En algunas realizaciones, las fibras del material fibroso tienen una longitud media de, p.ej., 0,25 mm o mas, p.ej., 0,3 mm, 0,5 mm, 0,75 mm, 1 mm, 2 mm, 3 mm, 4 mm, 5 mm o mas, p.ej., 10 mm, y una dimension transversal maxima mayor que 0,05 mm, p.ej., 0,075 mm, 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm o mas, p.ej., 1 mm. Si se desea, las fibras del material fibroso pueden ser separadas, p.ej., por cribado, en fracciones que tienen diferentes relaciones L/D.
El material fibroso antes de la densificacion tiene una densidad aparente menor que 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 o menos, p.ej., 0,025 g/cm3. La densidad aparente se determina usando ASTM D1895B. Brevemente, el metodo implica llenar un cilindro de medida de volumen conocido con una muestra y obtener un peso de la muestra. La densidad aparente se calcula dividiendo el peso de la muestra en gramos por el volumen conocido del cilindro en centimetros cubicos.
El material fibroso puede ser tratado opcionalmente, p.ej., tratado qmmicamente o tratado por vapor, para hacer a las fibras del material fibroso lipofilas, lipofobas, mas adherentes, y/o mas dispersables o procesables. Por ejemplo, el material fibroso puede ser tratado con plasma o tratado qmmicamente con, p.ej., silanos.
Los aglutinantes son aglutinantes que son solubles en agua, son hinchados por el agua, o que tienen una temperatura de transicion vftrea menor que 25°C, determinada por calorimetna de barrido diferencial. Por aglutinantes solubles en agua, los autores de la invencion quieren decir aglutinantes que tienen una solubilidad de al menos aproximadamente 0,05 por ciento en peso en agua. Por aglutinantes hinchables en agua, los autores de la invencion quieren decir aglutinantes que aumentan en volumen en mas que 0,5 por ciento tras la exposicion a agua.
En algunas realizaciones, los aglutinantes que son solubles o hinchados por el agua incluyen un grupo funcional que es capaz de formar un enlace, p.ej., un enlace de hidrogeno, con las fibras del material fibroso, p.ej., material fibroso celulosico. Por ejemplo, el grupo funcional puede ser un grupo acido carboxflico, un grupo carbonilo, p.ej., de un aldehfdo o una cetona, un grupo acido sulfonico, un grupo sulfonato, un grupo acido fosforico, un grupo fosfato, un grupo amida, un grupo amina, un grupo hidroxilo, p.ej., de un alcohol, y combinaciones de estos grupos, p.ej., un grupo acido carboxflico y un grupo hidroxilo. Ejemplos monomericos espedficos incluyen glicerina, glioxal, acido ascorbico, urea, glicina, pentaeritritol, un monosacarido o un disacarido, acido dtrico y acido tartarico. Los sacaridos adecuados incluyen glucosa, sacarosa, lactosa, ribosa, fructosa, manosa, arabinosa y eritrosa. Ejemplos polimericos espedficos incluyen poliglicoles, poli(oxido de etileno), acidos policarboxflicos, poliamidas, poliaminas y polisulfonatos de acidos polisulfonicos. Ejemplos polimericos espedficos incluyen polipropilenglicol (PPG), polietilenglicol (PEG), poli(oxido de etileno), p.ej., POLYOX®, copolfmeros de oxido de etileno y oxido de propileno, poli(acido acnlico) (PAA), poliacrilamida, polipeptidos, polietilenimina, polivinilpiridina, poli(4-estirenosulfonato de sodio) y poli(acido 2-acrilamido-metil-1-propanosulfonico).
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En algunas realizaciones, el aglutinante incluye un poftmero que tiene una temperatura de transicion vftrea menor que 25 °C. Ejemplos de tales poftmeros incluyen elastomeros termoplasticos (TPEs). Ejemplos de TPEs incluyen amidas con bloques de polieter, tales como las disponibles bajo el nombre comercial PEBAX®, elastomeros de poliester, tales como las disponibles bajo el nombre comercial HYTREL®, y copoftmeros de bloques estirenicos, tales como las disponibles bajo el nombre comercial KRATON®. Otros poftmeros adecuados que tienen una temperatura de transicion vftrea menor que 25 °C incluyen copoftmero de etileno acetato de vinilo (EVA), poliolefinas, p.ej., polietileno, polipropileno, copoftmeros de etileno-propileno, y copoftmeros de etileno y alfa-olefinas, p.ej., 1-octeno, tales como los disponibles bajo el nombre comercial ENGAGE®. En algunas realizaciones, por ejemplo cuando la fuente de fibra usada para preparar el material fibroso incluye papel polirrevestido, el material fibroso es densificado sin la adicion de un poftmero de baja temperatura de transicion vftrea independiente. Por ejemplo, el material fibroso preparado a partir de papel polirrevestido puede ser densificado calentando hasta por encima de aproximadamente 50 °C, p.ej., 75 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C o mas, p.ej., 125 °C, y aplicando presion durante el calentamiento, p.ej., presion mayor que aproximadamente 345 kPa (50 lb/pulg2), p.ej., 689 kPa (100 lb/pulg2), 1.724 kPa (250 lb/pulg2), 3.447 kPa (500 lb/pulg2), 6.895 kPa (1.000 lb/pulg2) o mas, p.ej., 17.237 kPa (2.500 lb/pulg2).
En una realizacion particular, el aglutinante es una lignina, p.ej., una lignina natural o modificada sinteticamente.
El aglutinante puede servir a otras funciones ademas de aglutinar el material fibroso. Por ejemplo, cuando el material fibroso densificado se usa para preparar materiales compuestos, el aglutinante puede actuar como un auxiliar de compatibilidad o acoplamiento, ayudando a compatibilizar la resina del material compuesto y el material fibroso. Ejemplos espedficos de tales aglutinantes incluyen poftmeros modificados que han sido funcionalizados, p.ej., con anhftdrido maleico. Estan disponibles en DuPont™ poftmeros injertados con antftdrido maleico bajo el nombre comercial FUSABOND®. Otros ejemplos espedficos incluyen terpoftmeros de etileno acrilato y monoxido de carbono modificados y acetatos de vinilo etileno (EVAs), disponibles tambien en DuPont™. Si se desea, el aglutinante puede incluir una fragancia o un perfume.
Una cantidad adecuada de aglutinante anadido al material fibroso, calculada en una base de peso seco, es, p.ej., de aproximadamente 0,01 por ciento a aproximadamente 50 por ciento, p.ej., 0,03 por ciento, 0,05 por ciento, 0,1 por ciento, 0,25 por ciento, 0,5 por ciento, 1,0 por ciento, 5 por ciento, 10 por ciento o mas, p.ej., 25 por ciento, en base a un peso total de3l material fibroso densificado. El aglutinante puede ser anadido al material fibroso como un ftquido puro, como un ftquido que tiene el aglutinante disuelto en el mismo, como un polvo seco del aglutinante, o como granulos del aglutinante.
En otras realizaciones, la cantidad de aglutinante anadido al material fibroso es mayor que 50 por ciento (calculada en una base de peso seco), p.ej., mayor que 55 por ciento, mayor que 60 por ciento, mayor que 65 por ciento, mayor que 75 por ciento, o incluso mayor que 85 por ciento. Estas realizaciones pueden tener, p.ej., menos que 90 por ciento de poftmero (p.ej., un poftmero termoplastico).
El material fibroso, despues de la densificacion, puede estar en la forma de granulos (Fig. 20) o astillas que tienen diversas formas, la forma deseada es, en parte, dependiente de la aplicacion. Por ejemplo, cuando los granulos o astillas son para ser mezclados en seco con una resina, y despues la mezcla es plastificada y moldeada para formas piezas compuestas, es conveniente a menudo que los granulos o astillas sean de forma ciftndrica, p.ej., que tengan una dimension transversal maxima de, p.ej., 1 mm o mas, p.ej., 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm, 15 mm o mas, p.ej., 25 mm. Otra forma conveniente para preparar materiales compuestos incluye granulos o astillas que sean de forma similar a placas, p.ej., que tengan un grosor de 1 mm o mas, p.ej., 2 mm, 3 mm, 5 mm, 8 mm, 10 mm o mas, p.ej., 25 mm; una anchura de, p.ej., 5 mm o mas, p.ej., 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm o mas, p.ej., 50 mm; y una longitud de 5 mm o mas, p.ej., 10 mm, 15 mm, 25 mm, 30 mm o mas, p.ej. 50 mm.
Haciendo referencia ahora a las Figs. 20A y 20B, los granulos se pueden preparar por extrusion a traves de una boquilla que tiene una porcion central solida de tal modo que el granulo correspondiente tiene un hueco dentro. Como se muestra, el hueco puede estar generalmente en ftnea con el centro del granulo (Fig. 20A), o fuera de ftnea con el centro del granulo (Fig. 20B). Hacer el granulo hueco por dentro puede disminuir el tiempo de enfriamiento necesitado para configurar totalmente el granulo, y puede, por lo tanto, aumentar la velocidad de formacion del granulo. Cada granulo puede ser de la misma o diferente seccion transversal.
Haciendo referencia ahora a la Fig. 20C, el granulo puede tener, p.ej., una forma transversal que es multilobal, p.ej., trilobal como se muestra, o tetralobal, pentalobal, hexalobal o decalobal. Hacer los granulos en tales formas transversales puede disminuir el tiempo de enfriamiento.
Como se discutio anteriormente, los granulos se pueden usar, p.ej., para formar materiales compuestos. Los granulos o astillas tambien se pueden usar como sf mismos, p.ej., como absorbentes o matrices de liberacion controlada. Como matrices de liberacion controlada, los granulos o astillas se pueden usar, p.ej., para fertilizar cesped, liberar farmacos o biocidas, o liberar fragancias. Como absorbentes, los granulos o astillas se pueden usar, p.ej., como lecho para mascotas, material de envasado o en siste3mas de control de la polucion. En realizaciones donde los granulos o astillas se usan como matrices de liberacion controlada, los granulos o astillas pueden incluir un poftmero, p.ej., un material degradable. Poftmeros degradables representativos incluyen acidos polihidroxilados, p.ej., polilactidas, poliglicolidas y copoftmeros de acido lactico y acido glicolico, poli(acido hidroxibutftico), poli(acido
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hidroxivalerico), poli[lactida-co-(£-caprolactona)], poli[glicolida-co-(£-caprolactona)], policarbonatos, poli(aminoacidos), poli(hidroxialcanoato)s, polianhndridos, poliortoesteres y mezclas de estos poUmeros.
El material fibroso densificado, junto con una resina, se puede usar para formar artfculos tales como tubenas, paneles, materiales de cubiertas, tableros, carcasas, laminas, bloques, ladrillos, postes, vallas, miembros, puertas, persianas, marquesinas, toldos, senales, armazones, marcos de ventanas, tableros, solados, tejas, traviesas de ferrocarril, bandejas, asas de herramientas, casetas, pelfculas, envoltorios, cintas, cajas, cestas, estantes, cubiertas, juntas, mamparas, paredes, alfombrillas, armazones, estantenas, esculturas, sillas, mesas, escritorios, juguetes, juegos, pales, embarcaderos, muelles, embarcaciones, mastiles, tanques septicos, paneles para automoviles, carcasas de ordenadores, cuadros electricos sobre y bajo tierra, muebles, mesas de picnic, bancos, refugios, bandejas, perchas, fuentes, feretros, sobrecubiertas de libros, bastones y muletas.
Los granulos o astillas tienen diversas densidades, dependiendo la densidad deseada, en parte, de la aplicacion. Por ejemplo, cuando los granulos o astillas son para ser usados en la preparacion de materiales compuestos, los granulos o astillas pueden tener, p.ej una densidad de aproximadamente 0,11 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,20 g/cm3, 0,25 g/cm3, 0,3 g/cm3, 0,4 g/cm3, 0,5 g/cm3, 0,6 g/cm3 o mas, p.ej., 0,8 g/cm3. Cuando se usan para preparar materiales compuestos, es ventajoso a menudo seleccionar una densidad tal que los granulos se separen bajo cizallamiento y/o calor para liberar el material fibroso del que esta formado el granulo o astilla. Para muchas aplicaciones, el material fibroso densificado puede ser sustituido por material fibroso, dado que el material fibroso densificado es convertido de nuevo en un material fibroso dentro de un dispositivo de procesamiento, p.ej., un extrusor o una maquina de moldeo por inyeccion.
La Fig. 22 explica el funcionamiento de un dispositivo 70 generador y tratador de un material fibroso. La lamina 73 de papel, p.ej., lamina de papel Kraft blanqueado de desecho, es suministrada desde un rodillo 72 y entregada a un aparato 74 de fibrizacion, tal como un cizallador rotatorio. La lamina 73 es convertida en el material 12' fibroso y es entregada a una zona 80 de carga de fibra por el transportador 78. Si se desea, las fibras del material fibroso pueden ser separadas, p.ej., por cribado, en fracciones que tienen diferentes relaciones L/D. En algunas realizaciones, el material fibroso 12' es entregado continuamente a la zona 80, y en otras realizaciones, el material fibroso es entregado en lotes. Esta posicionado un ventilador 82 en el bucle 84 adyacente a la zona 80 de carga de fibra, y es capaz de mover un medio gaseoso, p.ej., aire, a una velocidad y volumen suficiente para circular el material 12' fibroso en una direccion indicada por la flecha 88 a traves del bucle 84.
En algunas realizaciones, la velocidad del aire que viaja en el bucle es suficiente para dispersar uniformemente y transportar el material fibroso alrededor del bucle 84 entero. En algunas realizaciones, la velocidad del flujo es mayor que 12,7 m/s (2.500 pies/minuto), p.ej., 25,4 m/s (5.000 pies/minuto), 30,5 m/s (6.000 pies/minuto) o mas, p.ej., 38,1 m/s (7.500 pies/minuto).
El material 12' fibroso arrastrado que atraviesa el bucle pasa a una zona 90 de aplicacion de aglutinante, que forma parte del bucle 84, donde se aplica aglutinante. En funcionamiento, la zona 90 de aplicacion de aglutinante aplica una disolucion 96 lfquida de aglutinante al material fibroso circulante por medio de las toberas 98, 99 y 100. Las toberas producen una pulverizacion o niebla atomizada de material aglutinante, que impacta con y reviste las fibras segun pasan las fibras en la vecindad de las toberas. La valvula 102 funciona para controlar el flujo de material aglutinante lfquido a las toberas 98, 99 y 100 respectivas. Despues de que se ha aplicado una cantidad deseada de material aglutinante, la valvula 102 se cierra.
En algunas realizaciones, la zona 90 de aplicacion de aglutinante es de 0,61 m a 30,5 m (dos a cien pies) de largo o mas, p.ej., 38,1 m (125 pies), 45,8 m (150 pies), 76,2 m (250 pies) de largo o mas, p.ej., 152,4 m (500 pies) de largo. Zonas de aplicacion de aglutinante mas largas permiten la aplicacion de aglutinante durante un periodo de tiempo mas largo, durante el paso del material 12' fibroso a traves de la zona 90 de aplicacion. En algunas realizaciones, las toberas estan espaciadas de aproximadamente 0,91 metros (tres pies) a aproximadamente 1,22 metros (cuatro pies) a lo largo de la longitud del bucle 84.
En algunas realizaciones, el aglutinante proporciona un revestimiento sobre una mayona sustancial del area superficial de cada fibra del material 12' fibroso, p.ej., cincuenta por ciento o mas, p.ej., sesenta por ciento, setenta por ciento, setenta y cinco por ciento o mas, p.ej., ochenta por ciento. En algunas realizaciones, el aglutinante forma un revestimiento que es aproximadamente de 1 micrometro de grosor o menos, p.ej., 0,5, 0,3 micrometros o menos, p.ej., 0,1 micrometros.
Cualquiera de los aditivos y/o cargas descritas en la presente memoria puede ser anadido opcionalmente al bucle 84 desde un suministro 106 durante la circulacion del material 12' fibroso para formar una mezcla de fibras y aditivos.
En algunas realizaciones, despues de la aplicacion del material aglutinante lfquido al material 12' fibroso, el material 110 fibroso revestido es retirado del bucle 84 por medio de un separador 112, que esta conectado selectivamente al bucle 84 por medio de la seccion 114 y la valvula de compuerta 116. Cuando se abre la valvula 116, se abre tambien otra valvula 120 para dejar que entre aire en el bucle 84 para compensar el aire que sale a traves del separador 112. Con el separador 112 en el bucle, el material fibroso revestido es recogido en el separador 112, y retirado despues del separador por la salida 122.
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En algunas realizaciones, el material fibroso se seca con un calentador 130 opcional antes de que se retire el material del bucle 84. Por ejemplo, se puede mezclar aire calentado con el aire que fluye a traves del conducto para acelerar el secado del lfquido, p.ej., agua, en el que esta incorporado el aglutinante.
El material fibroso revestido es transferido desde la salida 122 de manera suelta hasta un transportador 132, donde es transferido a la estacion 150 de densificacion mostrada en la Fig. 23 o la estacion 200 de densificacion mostrada en la Fig. 24.
Haciendo referencia a la Fig. 23, el material 110 fibroso revestido anterior es entregado desde una caja de cabeza 152 a traves de una ranura 154 y sobre una criba 156, p.ej., una criba Fourdrinier. El exceso de agua es extrafdo del material 110 fibroso revestido depositado en la criba 156 mediante un sistema de vado convencional bajo la criba (no mostrado), dejando un material 160 fibroso no densificado depositado que incluye el aglutinante. El material 160 fibroso no densificado es transferido despues a dos juegos de rodillos 162, 164 calandradores, que definen cada uno un espacio respectivo a traves del que pasa el material fibroso. Despues de pasar por los espacios, el material 170 densificado no secado entra en una seccion 180 de secado donde es secado, y despues es cortado en forma de granulo o astilla.
En una realizacion alternativa, el material fibroso densificado puede ser preparado en una granuladora. Haciendo referencia a la Fig. 24, un molino 200 de granulos tiene una tolva 201 para contener el material 110 fibroso no densificado. La tolva 201 se comunica con una barrena 204 que es dirigida por el motor 206 de velocidad variable de tal modo que el material 110 fibroso no densificado pueda ser transportado a un acondicionador 210 que agita el material 110 no densificado con palas 212 que son rotadas por el motor 214 del acondicionador. Se pueden anadir otros ingredientes, p.ej., cualquiera de los aditivos y/o cargas descritos en la presente memoria, en la entrada 220. Si se desea, se puede anadir calor mientras el material fibroso esta en el acondicionador 210.
Despues de que esta acondicionado, el material fibroso pasa del acondicionador 210 a traves de un conducto 222 de descarga, y a otra barrena 224. El conducto 222 de descarga, controlado por el actuador 223, permite el paso no obstruido del material fibroso desde el acondicionador 210 hasta la barrena 224. La barrena 224 es rotada por el motor 230, y controla la alimentacion del material fibroso al montaje de boquilla y rodillo 232. Espedficamente, el material fibroso es introducido en una boquilla 240 hueca, cilmdrica, que rota alrededor de un eje horizontal y que tiene agujeros 250 de boquilla que se extienden radialmente. La boquilla 240 es rotada alrededor del eje por el motor 242, que incluye un calibrador de caballos de vapor, que indica la energfa total consumida por el motor 242.
Un juego de rodillos 256 ruedan alrededor de la circunferencia interior de la boquilla 240, alrededor de los ejes paralelos al de la boquilla 240, para prensar el material fibroso a traves de los agujeros 250 de la boquilla, formando los granulos 300, que caen desde el conducto 301 y que son capturados y recogidos.
El material fibroso discutido anteriormente puede ser densificado usando otros metodos. Por ejemplo, haciendo referencia a las Figs. 25 y 25A, se puede usar un aparato 310 para formar un material 311 fibroso densificado, p.ej., un material compuesto, p.ej., un tablero prensado. Como se muestra, el material 311 fibroso densificado se forma a partir de una combinacion 313 material fibroso-aglutinante laminando la combinacion 313 material fibroso-aglutinante entre miembros 312 y 314. La laminacion se lleva a cabo, p.ej., aplicando presion sola o aplicando calor y presion a un material 322 compuesto no comprimido. La combinacion 313 material fibroso-aglutinante puede incluir cualquiera de los aditivos discutidos anteriormente.
El aparato 310 incluye un primer y segundo miembros 312 y 314 provistos de los rodillos 321 y 323, respectivamente, y una tolva 320 para contener el material fibroso, aglutinante y cualesquiera aditivos. El material fibroso, aglutinante y cualesquiera aditivos son entregados entre los miembros 312 y 314 para formar un material 322 compuesto no comprimido. El material 322 compuesto no comprimido es hecho pasar despues a traves de una serie de rodillos 330, 332, 334, 336, 338, 340 y 342 que definen una via de serpentina, y luego a traves de rodillos de presion 350, 352, y 354, 356 para producir el material compuesto 311. Se pueden proporcionar agitadores dentro de la tolva 320 para asegurar que el material fibroso, el aglutinante y eventuales aditivos no obstruyen o ensucian la operacion de alimentacion. El material compuesto no comprimido 322 es parcialmente densificado despues de haber pasado traves de la via de serpentina definida por rodillos calentados 330, 332, 334, 336, 338 y 340, y luego es totalmente densificado para formar material compuesto 311 haciendolo pasar a traves de rodillos de presion 350, 352 y 354, 356.
Los rodillos de presion 354, 356 pueden ser rotados para que cada uno tenga una velocidad superficial mayor que cada rodillo de presion 350, 352. En tal configuracion, el material fibroso densificado es estirado entre los rodillos de presion 350, 352 y los rodillos de presion 354, 356. En algunas implementaciones, estirar el material fibroso densificado es deseable porque el estiramiento puede mejorar muchas propiedades mecanicas del material compuesto, p.ej., modulo a la flexion, resistencia a la torsion y resistencia a la traccion.
Los miembros, p.ej., hojas, pueden estar hechos de, p.ej., papel polirrevestido, pelfcula de plastico, material plastico o un material textil de gasa, p.ej., un material textil de gasa tejido o no tejido. Cuando es deseable minimizar la cantidad de material miembro en el material fibroso densificado, un grosor T1 y T2 de los miembros 312 y 314, respectivamente, puede ser, p.ej., menos que 1,27 mm (0,050 pulgadas), p.ej., 1,01 mm (0,040 pulgadas), 0,64 mm
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(0,025 pulgadas), 0,51 mm (0,020 pulgadas), 0,254 mm (0,010 pulgadas), 0,127 mm (0,005 pulgadas) o menos, p.ej., 0,064 mm (0.0025 pulgadas). Cuando es deseable maximizar las propiedades mecanicas del material fibroso densificado, el grosor T1 y T2 de los miembros 312 y 314, respectivamente, puede ser mayor que 1,27 mm (0,050 pulgadas), p.ej., 1,52 mm (0,060 pulgadas), 1,65 mm (0,065 pulgadas), 1,90 mm (0,075 pulgadas), 2,16 mm (0,085 pulgadas), 2,54 mm (0,100 pulgadas), 3,81 mm (0,150 pulgadas), 6,35 mm (0,250 pulgadas), 19,05 mm (0,75 pulgadas) o mas, p.ej., 50,8 mm (2,00 pulgadas).
En algunas implementaciones, los rodillos 330, 332, 334, 336, 338 y 340 son calentados hasta entre 149 °C (300 °F) y aproximadamente 260 °C (500 °F). En realizaciones en las que se usa pelfcula de plastico como material de los miembros, estas temperaturas actuan para ablandar rapidamente el material polimerico de la pelfcula.
En algunas implementaciones, los rodillos calentados 330, 332, 334, 336, 338 y 340 son de entre aproximadamente 127 mm (5 pulgadas) de diametro y aproximadamente 1.067 mm (42 pulgadas) de diametro, p.ej., 254 mm (10 pulgadas), 381 mm (15 pulgadas), 508 mm (20 pulgadas), 635 mm (25 pulgadas) o mayores, p.ej., 914,4 mm (36 pulgadas).
La velocidad de alimentacion del miembro puede estar, p.ej., entre aproximadamente 0,018 m/s (3,5 pies por minuto) y aproximadamente 1.27 m/s (250 pies por minuto), p.ej., 0,13 m/s (25 pies por minuto), 0,25 m/s (50 pies por minuto), 0,51 m/s (100 pies por minuto) o mas alta, p.ej., 0,89 m/s (175 pies por minuto).
Los rodillos de presion 350, 352 y 354, 356 pueden ser calentados o no calentados. Cuando son calentados, son calentados tipicamente hasta una temperatura menor que los rodillos calentados 330, 332, 334, 336, 338 y 340 para permitir que los materiales que formaran el material fibroso densificado empiecen a enfriarse y endurecerse. Por ejemplo, los rodillos de presion 350, 352 y 354, 356 son calentados hasta entre 38 °C (100 °F) y aproximadamente 149 °C (300 °F). La presion entre los rodillos de presion es, p.ej., al menos aproximadamente 8.930 kg/m (500 libras por pulgada lineal), p.ej., 17.860 kg/m (1.000 libras por pulgada lineal), 44.650 kg/m (2.500 libras por pulgada lineal), 89.300 kg/m (5.000 libras por pulgada lineal) o mas, p.ej., 446.500 kg/m (25.000 libras por pulgada lineal).
En algunas implementaciones, un grosor T' del material 311 fibroso densificado es al menos aproximadamente dos veces menor que un grosor T del material 322 compuesto no comprimido, p.ej., tres veces, cuatro veces, cinco veces o mas, p.ej., diez veces menor. Por consiguiente, la densidad aparente del material fibroso densificado es mayor que la del material compuesto no comprimido.
El material 311 fibroso densificado enfriado puede ser enrollado o cortado en laminas. Densificar un material fibroso entre miembros puede ser ventajoso cuando es deseable transportar el material fibroso a otra ubicacion, p.ej., una planta de fabricacion remota. Despues de llegar a la otra ubicacion, el material fibroso densificado puede ser reconvertido en un material fibroso por cualquiera de los metodos discutidos en la presente memoria.
Alternativamente, el material fibroso densificado enfriado puede ser usado en diversas aplicaciones. Por ejemplo, puede ser usado para proteccion acustica, aislamiento, miembros estructurales, cajas de alta resistencia, y muros de separacion.
Aunque se han descrito realizaciones en las que se aplica un aglutinante a un material fibroso rociando una disolucion de aglutinante, p.ej., una disolucion de aglutinante que contiene el aglutinante disuelto en agua, sobre el material fibroso, en algunas realizaciones, el aglutinante se aplica al material fibroso como lfquido puro del aglutinante o como un polvo seco. El aglutinante tambien puede ser aplicado como un material gaseoso.
Aunque se han mostrado realizaciones en las que un material fibroso es convertido en una hoja fibrosa densificada, y despues el material fibroso densificado es cortado inmediatamente en granulos o astillas, en algunas realizaciones, el material fibroso densificado es recogido primero en un rodillo. La hoja fibrosa densificada puede ser usada, p.ej., como un material absorbente para alfombrillas, o puede ser transportado a un lugar de fabricacion remoto donde es convertido en granulos o astillas. El material de la hoja fibrosa densificada puede ser una forma conveniente en la que transportar el material fibroso, debido a su densidad aparente mas alta.
Aunque se han descrito realizaciones en las que se usan miembros 312 y 314 de capa unica para formar un material 311 fibroso densificado, p.ej., un material compuesto, en algunas realizaciones, se usan miembros multicapas. Por ejemplo, los miembros pueden tener cada uno, p.ej., dos capas, tres capas, cinco capas o mas, p.ej., siete capas. Ademas, aunque se han descrito materiales fibrosos densificados en los que el material fibroso esta intercalado entre dos miembros, en algunas realizaciones, un material fibroso densificado se prepara comprimiendo un material fibroso que esta bajo un unico miembro.
Ejemplos de materiales fibrosos densificados
Ejemplo comparativo 5 - Preparacion de material fibroso densificado a partir de carton Kraft blanqueado sin aglutinante anadido
Se preparo un material fibroso segun el Ejemplo 2. Se rociaron aproximadamente 0,45 kg (1 lb) de agua sobre cada 4,5 kg (10 lb) de material fibroso. El material fibroso fue densificado usando una granuladora California 1100 que
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funciono a 75 °C. Se obtuvieron granulos que teman una densidad aparente que oscilo de aproximadamente 0,11 g/cm3 (7 lb/ft3) a aproximadamente 0,24 g/cm3 (15 lb/ft3).
Ejemplo comparativo 6 - Preparacion de material fibroso densificado a partir de carton Kraft blanqueado con aglutinante
Se preparo un material fibroso segun el Ejemplo 2.
Se preparo en agua una disolucion madre de 2 por ciento en peso de POLYOX™ WSR N10 (poli(oxido de etileno)).
Se rocio aproximadamente 0,45 kg (1 lb) de la disolucion madre sobre cada 4,5 kg (10 lb) de material fibroso. El material fibroso fue densificado usando una granuladora California 1100 que funciono a 75 °C. Se obtuvieron granulos que teman una densidad aparente que oscilo de aproximadamente 0,24 g/cm3 (15 lb/ft3) a aproximadamente 0,64 g/cm3 (40 lb/ft3).
Materiales compuestos de material fibroso/resina comparativos
Materiales compuestos que incluyen cualquiera de los materiales fibrosos discutidos anteriormente (incluyendo los materiales fibrosos densificados) o mezclas de cualquiera de los materiales fibrosos anteriores, p.ej., el primer 12 o segundo 14 material fibroso, y una resina, p.ej., una resina termoplastica o una resina termoendurecible, se pueden preparar combinando el material fibroso deseado y la resina deseada. El material fibroso deseado puede ser combinado con la resina deseada, p.ej., mezclando el material fibroso y la resina en un extrusor u otro mezclador. Para formar el material compuesto, el material fibroso puede ser combinado con la resina como el material fibroso en sf o como un material fibroso densificado que puede ser reabierto durante la combinacion.
Ejemplos de resinas termoplasticas incluyen termoplasticos ngidos y elastomericos. Los termoplasticos ngidos incluyen poliolefinas (p.ej., polietileno, polipropileno, o copolfmeros de poliolefinas), poliesteres (p.ej., poli(tereftalato de etileno)), poliamidas (p.ej., nylon 6, 6/12 o 6/10), y polietileniminas. Ejemplos de resinas termoplasticas elastomericas incluyen copolfmeros estirenicos elastomericos (p.ej., copolfmeros de estireno-etileno-butileno- estireno), elastomeros de poliamida (p.ej., copolfmeros de polieter-poliamida) y copolfmero de etileno-acetato de vinilo.
En algunas realizaciones, la resina termoplastica tiene una velocidad de flujo en fusion de entre 10 g/10 minutos y 60 g/10 minutos, p.ej., entre 20 g/10 minutos y 50 g/10 minutos, o entre 30 g/10 minutos y 45 g/10 minutos, medida usando ASTM 1238.
En algunas realizaciones, se pueden usar mezclas compatibles de cualquiera de las resinas termoplasticas anteriores.
En algunas realizaciones, la resina termoplastica tiene un mdice de polidispersidad (PDI), es decir, una relacion del peso molecular medio ponderal al peso molecular medio numerico, mayor que 1,5, p.ej., mayor que 2,0, mayor que 2,5, mayor que 5,0, mayor que 7,5 o incluso mayor que 10,0.
En realizaciones espedficas, se utilizan poliolefinas o mezclas de poliolefinas como resina termoplastica.
Ejemplos de resinas termoendurecibles incluyen caucho natural, caucho de butadieno y poliuretanos.
De manera general, las fibras de los materiales fibrosos pueden tener una relacion longitud a diametro media relativamente grande (p.ej., mayor que 20 a 1), incluso si han sido cizalladas mas de una vez. Ademas, las fibras de los materiales fibrosos descritos en la presente memoria pueden tener una distribucion de longitudes y/o relaciones longitud a diametro relativamente estrecha. Sin desear estar atado por ninguna teona particular, se cree actualmente que la relacion longitud a diametro media relativamente grande y la distribucion de longitudes y/o relaciones longitud a diametro relativamente estrecha son, al menos en parte, responsables de la facilidad a la que se dispersan los materiales fibrosos en una resina, p.ej., una resina termoplastica fundida. Se cree tambien que la relacion longitud a diametro media relativamente grande y la distribucion de longitudes y/o relaciones longitud a diametro relativamente estrecha son, al menos en parte, responsables de las consistentes propiedades de los materiales fibrosos, la predecible modificacion de la reologfa que comunican los materiales fibrosos a una resina, la facilidad a la que son coladas, extruidas y moldeadas por inyeccion las combinaciones de los materiales fibrosos y las resinas, la facilidad con la que los materiales fibrosos pasan a traves de canales y aberturas pequenos, a menudo tortuosos, y los excelentes acabados superficiales posibles con las piezas moldeadas, p.ej., acabados brillantes y/o acabados sustancialmente desprovistos de motitas visibles, cuando esto se desea.
Durante la formacion del material compuesto, se puede usar un agente qrnmico de espumacion, p.ej., un agente de espumacion endotermico o exotermico, y/o se puede inyectar un gas, p.ej., nitrogeno o dioxido de carbono, en la mezcla. Esto puede ser ventajoso cuando se forman artfculos de seccion transversal grande, p.ej., para impedir el hundimiento, para reducir la densidad de la pieza y/o para reducir el tiempo de enfriamiento. Esta disponible un agente qrnmico de espumacion en Clariant Corporation, p.ej., bajo el nombre comercial HYDROCEROL®.
Aditivos
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Se puede anadir cualquiera de los siguientes aditivos a los materiales fibrosos, materiales fibrosos densificados y materiales compuestos descritos en la presente memoria. Se pueden anadir aditivos, p.ej., en la forma de un solido, un lfquido o un gas, p.ej., a la combinacion de un material fibroso y una resina. Los aditivos incluyen cargas tales como carbonato de calcio, grafito, wollastonita, mica, vidrio, fibras de vidrio, sflice y talco; retardantes de llama inorganicos tales como alumina trihidrato o hidroxido de magnesio; retardantes de llama organicos tales como compuestos organicos clorados o bromados; desechos de construccion molidos; caucho de neumatico molido; fibras de carbono; o fibras o polvos metalicos (p.ej., aluminio, acero inoxidable). Estos aditivos pueden reforzar, extender o cambiar propiedades electricas, mecanicas o de compatibilidad. Otros aditivos incluyen lignina, fragancias, agentes de acoplamiento, compatibilizadores, p.ej., polipropileno maleado, auxiliares de procesamiento, lubricantes, p.ej., polietileno fluorado, plastificantes, antioxidantes, opacificantes, estabilizantes al calor, colorantes, agentes de espumacion, modificadores del impacto, polfmeros, p.ej., polfmeros degradables, fotoestabilizantes, biocidas, agentes antiestaticos, p.ej., estearatos o aminas de acidos grasos etoxilados. Los compuestos antiestaticos adecuados incluyen negros de humo conductores, fibras de carbono, cargas metalicas, compuestos cationicos, p.ej., compuestos de amonio cuaternario, p.ej., cloruro de N-(3-cloro-2-hidroxipropil)-trimetilamonio, alcanolamidas, y aminas. Los polfmeros degradables representativos incluyen acidos polihidroxilados, p.ej., polilactidas, poliglicolidas y copolfmeros de acido lactico y acido glicolico, poli(acido hidroxibutrnco), poli(acido hidroxivalerico), poli[lactida-co- (e-caprolactona)], poli[glicolida-co-(e-caprolactona)], policarbonatos, poli(aminoacidos), poli(hidroxialcanoato)s, polianlddridos, poliortoesteres y mezclas de estos polfmeros.
Cuando se incluyen los aditivos descritos, pueden estar presentes en cantidades, calculadas en base a peso seco, desde por debajo de 1 por ciento hasta tanto como 80 por ciento, en base al peso total del material fibroso. Mas tfpicamente, las cantidades oscilan de entre aproximadamente 0,5 por ciento y aproximadamente 50 por ciento en peso, p.ej., 5 por ciento, 10 por ciento, 20 por ciento, 30 por ciento o mas, p.ej., 40 por ciento.
Cualesquiera aditivos descritos en la presente memoria pueden estar encapsulados, p.ej., secados por rociado o microencapsulados, p.ej., para proteger los aditivos del calor o la humedad durante su manejo.
Los materiales fibrosos, materiales fibrosos densificados, resinas o aditivos pueden ser tenidos. Por ejemplo, el material fibroso puede ser tenido antes de la combinacion con la resina y la composicion para formar materiales compuestos. En algunas realizaciones, esta tincion puede ser util para enmascarar u ocultar el material fibroso, especialmente aglomeraciones grandes del material fibroso, en piezas moldeadas o extruidas, cuando esto se desee. Tales aglomeraciones grandes, cuando estan presentes en concentraciones relativamente altas, pueden aparecer como motitas en las superficies de las piezas moldeadas o extruidas.
Por ejemplo, el material fibroso deseado puede ser tenido usando un tinte acido, tinte directo o un tinte reactivo. Tales tintes estan disponibles en Spectra Dyes, Kearny, NJ, o Keystone Aniline Corporation, Chicago, IL. Ejemplos espedficos de tintes incluyen SPECTRA™ LIGHT YELLOW 2G, SPECTRACID™ YELLOW 4GL CONC 200, SPECTRANYL™ RHODAMINE 8, SPECTRANYL™ NEUTRAL RED B, SPECTRAMINE™ BENZOPERPURINE, SPECTRADIAZO™ BLACK OB, SPECTRAMINE™ TURQUOISE G, y SPECTRAMINE™ GREY LVL 200%, estando cada uno disponible en Spectra Dyes.
En algunas realizaciones, concentrados de color resinosos que contienen pigmentos se mezclan con tintes. Cuando tales mezclas son compuestas despues con el material fibroso deseado, el material fibroso puede ser tenido in situ durante la composicion. estan disponibles concentrados de color en Clariant.
Puede ser ventajoso anadir un perfume o fragancia a los materiales fibrosos, fibrosos densificados o materiales compuestos. Por ejemplo, puede ser ventajoso que los materiales compuestos huelan a y/o parezcan madera natural, p.ej., madera de cedro. Por ejemplo, la fragancia, p.ej., fragancia de madera natural, puede ser combinada en la resina usada para preparar el material compuesto. En algunas implementaciones, la fragancia es combinada directamente en la resina como un aceite. Por ejemplo, el aceite puede ser combinado en la resina usando un molino de rodillos, p.ej., un mezclador Banbury® o un extrusor, p.ej., un extrusor de doble husillo con husillos contrarrotatorios. Un ejemplo de un mezclador Banbury® es el mezclador Banbury® F-Series, fabricado por Farrel. Un ejemplo de un extrusor de doble husillo es el WP ZSK 50 MEGAcompounder™, fabricado por Krupp Werner & Pfleiderer. Despues de la combinacion, la resina perfumada puede ser anadida al material fibroso y extruida o moldeada. Alternativamente, estan disponibles en el mercado lotes maestros de resinas cargadas con fragancia en International Flavors and Fragrances, bajo el nombre comercial PolyIff™ o en la RTP Company. En algunas realizaciones, la cantidad de fragancia en el material compuesto esta entre aproximadamente 0,005% en peso y aproximadamente 10% en peso, p.ej., entre aproximadamente 0,1% y aproximadamente 5% o 0,25% y aproximadamente 2,5%.
Otras fragancias de madera naturales incluyen encina o secuoya. Otras fragancias incluyen menta, cereza, fresa, melocoton, lima, hierbabuena, canela, ams, albahaca, bergamota, pimienta negra, alcanfor, camomila, citronella, eucalipto, pino, abeto, geranio, jengibre, uva, jazmm, galbulo, lavanda, limon, mandarina, oregano, almizcle, mirra, naranja, pachulf, rosa, romero, salvia, sandalo, arbol de te, tomillo, gaulteria, ylang ylang, vainilla, coche nuevo o mezclas de estas fragancias. En algunas realizaciones, la cantidad de fragancia en la combinacion material fibroso- fragancia esta entre aproximadamente 0,005% en peso y aproximadamente 20% en peso, p.ej. entre aproximadamente 0,1% y aproximadamente 5% o 0,25% y aproximadamente 2,5%.
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Aunque se han descrito materiales fibrosos, tales como materiales fibrosos celulosicos y lignocelulosicos, se pueden usar otras cargas para preparar los materiales compuestos. Por ejemplo, se pueden usar cargas inorganicas tales como carbonato de calcio (p.ej., carbonato de calcio precipitado o carbonato de calcio natural), arcilla de aragonito, arcillas ortorrombicas, arcilla de bentonita, fosfato de dicalcio, fosfato de tricalcio, pirofosfato de calcio, metafosfato de sodio insoluble, carbonato de calcio precipitado, ortofosfato de magnesio, fosfato de trimagnesio, hidroxiapatitas, apatitas sinteticas, alumina, xerogel de s^lice, complejos de aluminosilicato metalico, silicatos de aluminio y sodio, silicato de circonio, dioxido de silicio o combinaciones de los aditivos inorganicos. Las cargas pueden tener, p.ej., un tamano de partfcula mayor que 1 micrometro, p.ej., mayor que 2 micrometros, 5 micrometros, 10 micrometros, 25 micrometros o incluso mayor que 35 micrometros.
Tambien se pueden usar cargas a escala de nanometros solas o en combinacion con materiales fibrosos. Las cargas pueden estar en la forma de, p.ej., una partfcula, una placa o una fibra. Por ejemplo, se pueden usar arcillas con tamano de nanometros, nanotubos de silicio y carbono, y nannoalambres de silicio y carbono. La carga puede tener una dimension transversal menor que 1.000 nm, p.ej., menor que 900 nm, 800 nm, 750 nm, 600 nm, 500 nm, 350 nm, 300 nm, 250 nm, 200 nm, menor que 100 nm, o incluso menor que 50 nm.
En algunas realizaciones, la nanoarcilla es una montmorillonita. Tales arcillas estan disponibles en Nanocor, Inc., y Southern Clay Products, y han sido descritas en las patentes de EE.UU. Nos. 6.849.680 y 6.737.464. Las arcillas pueden ser tratadas en superficie antes de mezclarlas en, p.ej., una resina o un material fibroso. Por ejemplo, la arcilla puede ser tratada en superficie para que su superficie sea de naturaleza ionica, p.ej., cationica o anionica.
Tambien se pueden usar cargas a escala de nanometros agregadas o aglomeradas, o cargas a escala de nanometros que esten ensambladas en estructuras supramoleculares, p.ej., estructuras supramoleculares autoensambladas. Las cargas agregadas o supramoleculares pueden ser de estructura abierta o cerrada, y pueden tener diversas formas, p.ej., jaula, tubo o esferica.
Estructuras
Cualquier material compuesto descrito en la presente memoria puede estar en la forma de artfculos tales como tubenas, paneles, materiales de cubiertas, tableros, carcasas, laminas, bloques, ladrillos, postes, vallas, miembros, puertas, persianas, marquesinas, toldos, senales, armazones, marcos de ventanas, tableros, solados, tejas, traviesas de ferrocarril, bandejas, asas de herramientas, casetas, pelfculas, envoltorios, cintas, cajas, cestas, estantes, cubiertas, juntas, mamparas, paredes, alfombrillas, armazones, estantenas, esculturas, sillas, mesas, escritorios, juguetes, juegos, pales, embarcaderos, muelles, embarcaciones, mastiles, tanques septicos, paneles para automoviles, carcasas de ordenadores, cuadros electricos sobre y bajo tierra, muebles, mesas de picnic, bancos, refugios, bandejas, perchas, fuentes, feretros, sobrecubiertas de libros, bastones y muletas., artfculos del hogar y estructuras.
Materiales compuestos reticulados por radiacion comparativos
Haciendo referencia a la Fig. 26, se pueden preparar materiales compuestos reticulados por radiacion, p.ej., combinando un material fibroso que incluye fibras discretas con una resina reticulable por radiacion, p.ej., una resina termoplastica (p.ej., un polipropileno de alta velocidad de flujo en fusion) para proporcionar una combinacion material fibroso/resina reticulable. El material fibroso puede tener, p.ej., una relacion longitud a diametro media mayor que 5, y una desviacion estandar de una longitud de fibra que es, p.ej., menos que ochenta y cinco por ciento de una longitud de fibra media. El material fibroso/resina reticulable se forma, p.ej., usando extrusion o moldeo por inyeccion, hasta una forma deseada, p.ej., una tabla para cubiertas, y es irradiado, p.ej., con una radiacion ionizante (p.ej., un haz de electrones, radiacion de rayos X o radiacion gamma) para reticular al menos parcialmente la resina reticulable.
En realizaciones espedficas, se emplea radiacion gamma para reticular la resina reticulable. Haciendo referencia a las Figs. 27 y 28, un irradiador 400 gamma incluye fuentes 408 de irradiacion gamma, p.ej., granulos de 60Co, una mesa 410 de trabajo para sostener el material compuesto a ser irradiado y un contenedor 412, p.ej., hecho de una pluralidad de placas de hierro, todas las cuales estan alojadas en una camara 402 de contencion de cemento que incluye una entrada labermtica 404 detras de una puerta 406 forrada de plomo. El contenedor 412 incluye una pluralidad de canales 420, p.ej., dieciseis o mas canales, que permiten a las fuentes 408 de radiacion gamma pasar a traves del contenedor 412 en su camino proximo a la mesa 410 de trabajo.
En funcionamiento, el material compuesto a ser irradiado se coloca en la mesa 410 de trabajo. El irradiador se configura para entregar la tasa de dosis deseada y el equipo de monitorizacion esta conectado al bloque 440 experimental. Despues el operador abandona la camara 402 de contencion, pasando a traves de la entrada labermtica 404 y a traves de la puerta 406 forrada de plomo. El operador maneja un panel 442 de control, que instruye a un ordenador a elevar las fuentes 408 de radiacion a la posicion de trabajo usando el cilindro 441 unido a una bomba 444 hidraulica.
En realizaciones donde la irradiacion se realiza con radiacion electromagnetica (p.ej., como anteriormente), la radiacion electromagnetica puede tener, p.ej., una energfa por foton (en electronvoltios) mayor que 102 eV, p.ej., mayor que 103, 104, 105, 106, o incluso mayor que 107 eV. En algunas realizaciones, la radiacion electromagnetica
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tiene una ene^a por foton de entre 104 y 107, p.ej., 105 y 106 eV. La radiacion electromagnetica puede tener una frecuencia de, p.ej., mayor que 1016 Hz, mayor que 1017 Hz, 1018, 1019, 1020, o incluso mayor que 1021 Hz. En algunas realizaciones, la radiacion electromagnetica tiene una frecuencia de entre 1018 y 1022 Hz, p.ej., entre 1019 y 1021 Hz.
En algunas realizaciones, se usa un haz de electrones como fuente de radiacion. Los haces de electrones pueden ser generados, p.ej., por generadores electrostaticos, generadores de cascada, generadores transformadores, aceleradores de baja energfa con un sistema de barrido, aceleradores de baja energfa con un catodo lineal, aceleradores lineales, y aceleradores pulsados.
Los electrones como radiacion ionizante pueden ser utiles, p.ej., para materiales compuestos que tienen secciones transversales relativamente finas, p.ej., menos que 12,7 mm (0,5 pulgadas), p.ej., menos que 10,2 mm (0,4 pulgadas), 7,6 mm (0,3 pulgadas), 5,1 mm (0,2 pulgadas), o menos que 2,5 mm 0,1 pulgadas). En algunas realizaciones, la energfa de cada electron del haz de electrones es de aproximadamente 0,3 MeV a aproximadamente 2,0 MeV (millones de electronvoltios), p.ej., de aproximadamente 0,5 MeV a aproximadamente 1,5 MeV, o de aproximadamente 0,7 MeV a aproximadamente 1,25 MeV.
En algunas realizaciones, la irradiacion (con cualquier fuente de irradiacion) se realiza hasta que la combinacion material fibroso/resina reticulable recibe una dosis de al menos 0,25 Mrad, p.ej., al menos 1,0 Mrad, al menos 2,5 Mrad, al menos 5,0 Mrad, o al menos 10,0 Mrad. En algunas realizaciones, la irradiacion se realiza hasta que la combinacion material fibroso/resina reticulable recibe una dosis de entre 1,0 Mrad y 6,0 Mrad, p.ej., entre 1,5 Mrad y
4.0 Mrad.
En algunas realizaciones, la irradiacion se realiza a una tasa de dosis de entre 5,0 y 1.500 kilorads/hora, p.ej., entre
10.0 y 750,0 kilorads/hora o entre 50,0 y 350,0 kilorads/hora.
La resina reticulable por radiacion puede ser, p.ej., un termoplastico o un termoendurecible (p.ej., un termoendurecible colado). Por ejemplo, la resina reticulable por radiacion puede ser una poliolefina, p.ej., un polietileno (p.ej., un copolfmero de polietileno), un polipropileno (p.ej., un copolfmero de polipropileno), un poliester (p.ej., poli(tereftalato de etileno)), una poliamida (p.ej., nylon 6, 6/12 o 6/10), una polietilenimina, copolfmeros estirenicos elastomericos (p.ej., copolfmeros de estireno-etileno-butileno-estireno), un elastomero de poliamida (p.ej., copolfmero de polieter-poliamida), copolfmero de etileno-acetato de vinilo, poliuretano colado, silicona colada, o mezclas compatibles de estas resinas.
En algunas realizaciones espedficas, la resina es una poliolefina que tiene una polidispersidad mayor que 2,0, p.ej., mayor que 3,0, mayor que 3,5, mayor que 4,0, mayor que 4,5, mayor que 5,0, mayor que 7,5 o incluso mayor que
10.0 (medida usando cromatograffa de permeacion en gel a alta temperatura contra patrones de poliestireno; vease, p.ej., ASTM D6474-99). Una polidispersidad alta puede mejorar la resistencia al impacto en el material compuesto reticulado. En algunas realizaciones, la poliolefina tiene una velocidad de flujo en fusion mayor que 10,0 g/10 minutos, p.ej., mayor que 15,0, mayor que 20,0, mayor que 25,0, mayor que 30,0, o incluso mayor que 50,0 g/10 minutos (medida usando ASTM D1238, 230°C/2,16 kg). Una velocidad de flujo en fusion alta puede ayudar a la produccion del material compuesto, p.ej., reduciendo el calentamiento con cizallamiento durante la formacion del material compuesto.
En una realizacion espedfica, la resina es una mezcla de 50:50 por ciento en peso de polipropileno de 20 MFR (velocidad de flujo en fusion) y polipropileno de 50 MFR. Estan disponibles polipropilenos en Sunoco Chemical.
Los materiales compuestos reticulados pueden incluir cualquiera o cualquier combinacion de las cargas y/o aditivos descritos en la presente memoria.
Aunque la realizacion de la Fig. 27 ilustra un sistema de contencion “seco”, son posibles sistemas de contencion en agua. Aunque la realizacion de la Fig. 27 ilustra la irradiacion de un material compuesto bajo condiciones ambientales, el material compuesto puede ser enfriado durante la irradiacion. Aunque la realizacion de la Fig. 27 ilustra la irradiacion en aire atmosferico normal, la irradiacion puede tener lugar en una atmosfera inerte, p.ej., atmosfera de nitrogeno o de argon.
La qrnmica de radiacion es descrita por Ivanov en “Radiation Chemistry of Polymers (traduccion del ruso)”, VSP Press BV, Ultrech, Pafses Bajos, (ISBN 90-6764-137-5), 1992.
Materiales compuestos comparativos que tienen ciertos atributos visuales
Haciendo referencia a las Figs. 29 y 30, un material 500 compuesto, p.ej., en la forma de un taburete bajo (mostrado), incluye una resina y un material 504 fibroso, y tiene una superficie 505 externa. Algo del material fibroso es visible sobre, en, o justo bajo la superficie externa del material compuesto. Tales materiales compuestos pueden tener propiedades visuales unicas, agradables o incluso sorprendentes, y al mismo tiempo pueden tener propiedades mecanicas deseables, p.ej., resistencia a la flexion y resistencia al impacto.
El material compuesto se puede preparar, p.ej., combinando una resina y un material 14 fibroso para proporcionar
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una combinacion resina/material fibroso, y comprimiendo la combinacion resina/material fibroso para proporcionar el material compuesto que tiene la superficie externa.
De manera general, la resina, el material fibroso y las condiciones para formar el material compuesto se eligen de tal modo que el material fibroso sea visible en, sobre o justo bajo la superficie externa, en lugar de ser enterrado profundamente por debajo de la superficie donde no sena visible. Por ejemplo, para un material opaco o translucido, el material fibroso es visible bajo la superficie exterior del material compuesto cuando el material fibroso esta bajo la superficie exterior, p.ej., a una distancia menor que 2,54 mm (0,100 pulgadas), p.ej., menor que 1,27 mm (0,050 pulgadas), menor que 0,635 mm (0,025 pulgadas), menor que 0,254 mm (0,010 pulgadas), menor que 0,127 mm (0,005 pulgadas), menor que 0,064 mm (0,0025 pulgadas), o una distancia menor que 0,0254 mm (0,001 pulgadas).
Los materiales compuestos se pueden preparar usando cualquier maquinaria de procesamiento de plasticos, p.ej., equipos de moldeo por inyeccion y equipos de moldeo por compresion o equipos de extrusion.
La resina puede ser, un termoplastico o un termoendurecible. Cuando la resina es un termoplastico, puede ser, p.ej., una poliolefina, tal como un polietileno (p.ej., un copolfmero de polietileno), o un polipropileno (p.ej., un copolfmero de polipropileno); un poliester, tal como poli(tereftalato de etileno) (PET)); una poliamida, tal como nylon 6, 6/12 o 6/10); un copolfmero estirenico elastomerico, tal como un copolfmero de estireno-etileno-butileno-estireno; un elastomero de poliamida, tal como copolfmero de polieter-poliamida; un copolfmero de etileno-acetato de vinilo; o mezclas de estas resinas.
Para proporcionar los materiales compuestos unicos, es deseable a menudo usar una resina relativamente viscosa, que puede mejorar la visibilidad de la fibra impidiendo que el material fibroso “resbale” bajo la superficie externa donde estana oculto de la vista.
En algunas implementaciones, la resina es una poliolefina, p.ej., un polipropileno, que tiene una velocidad de flujo en fusion menor que 50 g/10 minutos, p.ej., menos que 25 gramos/10 minutos, menos que 20 gramos/10 minutos, menos que 17 g/10 minutos, menos que 15 gramos/10 minutos, menos que 10 g/10 minutos, menos que 7,5 gramos/10 minutos, menos que 5 g/10 minutos, menos que 2,5 gramos/10 minutos, o incluso menos que 1 g/10 minutos. El lfmite inferior del flujo en fusion dependera de la tecnica de procesamiento usada para formar el material compuesto, p.ej., moldeo por inyeccion o extrusion. Para moldeo por inyeccion, puede ser deseable que la velocidad de flujo en fusion sea mayor que 0,5 gramos/10 minutos. Para moldeo por compresion y extrusion, puede ser deseable que la velocidad de flujo en fusion sea mayor que 0,1 gramos/10 minutos. Las velocidades de flujo en fusion se miden usando ASTM D1238 a 230 °C y 2,16 kg, cuya descripcion se incorpora por referencia en la presente memoria en su totalidad.
El material fibroso usado puede ser, p.ej., un material fibroso densificado hecho por aplicacion de presion a un material fibroso (que tiene opcionalmente un aglutinante), p.ej., haciendo pasar el material fibroso a traves de un especio definido entre rodillos de presion contrarrotatorios o haciendo pasar el material fibroso a traves de una granuladora, como se discutio anteriormente. El material fibroso densificado puede estar, p.ej., en la forma de granulos o astillas u otras geometnas que tienen diversas formas. La densidad del material fibroso densificado puede ser, p.ej., mayor que 0,11 g/cm3, mayor que 0,15 g/cm3, mayor que 0,20 g/cm3, mayor que 0,25 g/cm3, mayor que 0,3 g/cm3, mayor que 0,4 g/cm3, mayor que 0,5 g/cm3 o incluso mayor que 0,6 g/cm3. Es deseable seleccionar una densidad tal que el material densificado “se separa” bajo cizallamiento y/o calor para liberar el material fibroso o material fibroso aglomerado. De manera general, es deseable que el material fibroso densificado tenga una densidad menor que 0,9 g/cm3.
Las fibras de los materiales fibrosos pueden tener una relacion longitud a diametro media relativamente grande (p.ej., mayor que 20 a 1). La relacion longitud a diametro media del segundo material 14 fibroso puede ser, p.ej., mayor que 10/1, p.ej., mayor que 25/1 o mayor que 50/1. Una longitud media del segundo material 14 fibroso puede estar, p.ej., entre aproximadamente 0,5 mm y 2,5 mm, p.ej., entre aproximadamente0,75 mm y 1,0 mm, y una anchura (es decir, diametro) media del segundo material 14 fibroso puede estar, p.ej., entre aproximadamente 5 pm y 50 pm, p.ej., entre aproximadamente 10 pm y 30 pm.
Para mejorar la apariencia “moteada” de los materiales compuestos, es deseable a menudo que los materiales fibrosos tengan un porcentaje relativamente grande de fibras mayores que 2,5 mm de longitud. Por ejemplo, al menos 2,5 por ciento en peso del material fibroso son fibras que tienen una longitud mayor que 2,5 mm, p.ej., al menos 5,0 por ciento en peso del material fibroso son fibras que tienen una longitud mayor que 2,5 mm, al menos 7,5 por ciento en peso del material fibroso son fibras que tienen una longitud mayor que 2,5 mm, o al menos 10,0 por ciento en peso del material fibroso son fibras que tienen una longitud mayor que 2,5 mm. En cualquiera de estas situaciones, p.ej., para no afectar de manera adversa a la procesabilidad, menos que 25 por ciento en peso del material fibroso son fibras que tienen una longitud mayor que 2,5 mm.
Para un material de resina opaco o translucido, el material compuesto puede tener, p.ej., mas que 20 por ciento en peso de material fibroso, p.ej., mas que 30 por ciento, mas que 40 por ciento, mas que 50 por ciento, mas que 55 por ciento o incluso mas que 60 por ciento en peso de material fibroso. Para cualquiera de las implementaciones de este parrafo, los materiales compuestos generalmente tienen menos que 70 por ciento en peso de material fibroso.
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Si se desea, el material fibroso puede ser coloreado, p.ej., para mejorar la fuerza del efecto visual. El material fibroso puede ser coloreado, p.ej., por tincion, antes de la combinacion con la resina para formar los materiales compuestos. En algunas implementaciones, esta tincion puede, p.ej., mejorar la visibilidad del material fibroso en la superficie externa, especialmente aglomeraciones grandes de material fibroso.
En algunas implementaciones, la resina puede ser coloreada, p.ej., con un pigmento o tinte, para mejorar el contraste entre el material fibroso (coloreado o natural) y la resina, p.ej., para mejorar la fuerza global del efecto visual. Estan disponibles concentrados de color en Clariant.
Cualquiera de estos materiales compuestos que tienen ciertos atributos visuales puede incluir cualquiera de los aditivos descritos en la presente memoria, incluyendo fragancias.
El material compuesto puede ser formado en diversas formas, tales como las descritas anteriormente.
Cuando los materiales compuestos son moldeados por inyeccion, es deseable a menudo “congelar” la resina fundida rapidamente, p.ej., formando el material compuesto contra una superficie de molde relativamente fna, para que las fibras no tengan tiempo de “hundirse” bajo la superficie de la resina donde estanan ocultos de la vista. Haciendo referencia las Figs. 31A-31C, se pueden preparar materiales compuestos “moteados” formando un material 600 compuesto comprimiendo una resina fundida contra un molde 602 que tiene una superficie 604 enfriada, y desmoldeando despues el material 600 compuesto formado. En algunas implementaciones, la compresion se realiza contra una superficie de molde que tiene una temperatura menor que 100 °C, p.ej., menos que 75 °C, menos que 50 °C, menos que 25 °C, o menos que 15 °C.
Aun otros materiales compuestos que tienen propiedades visuales unicas, agradables o incluso sorprendentes y propiedades mecanicas deseables incluyen una resina transparente y un material fibroso. En algunas implementaciones, el material fibroso puede ser visto dentro del material compuesto. De manera general, para preparar tales materiales compuestos se combinan una resina transparente y un material fibroso para proporcionar una combinacion resina transparente/material fibroso y la combinacion resina transparente/material fibroso es comprimida, p.ej., en un extrusor o en un molde, para proporcionar el material compuesto.
La resina puede ser, un termoplastico o un termoendurecible. Cuando la resina es un termoplastico, puede ser, p.ej., una poliolefina clarificada, tal como un polipropileno clarificado (p.ej., un copolfmero de polipropileno); un poliester, tal como poli(tereftalato de etileno) (PET); una poliamida amorfa; un policarbonato; un polfmero estirenico, tal como copolfmero de estireno-acrilonitrilo (SAN); un poliacrilato, tal como poli(metacrilato de metilo) (PMMA).
Estan disponibles agentes clarificantes para poliolefinas en Milliken Chemical bajo el nombre comercial MILLAD®, p.ej., MILLAD® 3998. Tambien estan disponibles colorantes de poliolefinas clarificadas en Milliken Chemical bajo el nombre comercial CLEARTINT®.
Para mejorar el efecto con una resina transparente, es deseable a menudo que la resina tenga una transmision espectral mayor que 60 por ciento, p.ej., mayor que 65 por ciento, mayor que 70 por ciento, mayor que 75 por ciento, mayor que 80 por ciento, mayor que 85 por ciento, o incluso mayor que 90 por ciento. Ademas, tambien es deseable a menudo que la resina tenga una turbidez menor que 40 por ciento, p.ej., menos que 35 por ciento, menos que 30 por ciento, menos que 25 por ciento, menos que 20 por ciento, menos que 15 por ciento, o incluso menos que 10 por ciento. Tanto la transmision espectral como la turbidez se miden usando ASTM D1003-92.
Para mejorar el efecto con una resina transparente, es deseable a menudo que el material compuesto tenga un contenido relativamente bajo de material fibroso, p.ej., menos que aproximadamente 20 por ciento en peso de material fibroso, menos que 17,5 por ciento, menos que 15 por ciento, menos que 12,5 por ciento, menos que 10 por ciento, menos que 7,5 por ciento, menos que 5 por ciento, menos que 2,5 por ciento, o incluso menos que 1 por ciento en peso de material fibroso. Un contenido de fibra relativamente bajo permite pasar la luz a traves del material compuesto para que las masas del material fibroso se puedan ver dentro del material compuesto.
Haciendo referencia a la Fig. 32, un material compuesto de resina/material fibroso puede tener una porcion 610 interior que incluye una primera resina que no tiene sustancialmente material fibroso y una porcion 612 exterior que incluye una segunda resina que rodea a la porcion interior y que incluye sustancialmente todo el material fibroso. Tal material compuesto se puede preparar, p.ej., por co-moldeo o co-extrusion. Se puede usar cualquiera de los materiales fibrosos o aditivos descritos anteriormente en la preparacion de tal material compuesto. Tales materiales compuestos se pueden formar en cualquiera de las formas descritas anteriormente. El primer y segundo materiales pueden ser el mismo o diferente, y pueden ser, p.ej., cualquiera de las resinas descritas anteriormente.
Haciendo referencia a la Fig. 33, un material compuesto de resina transparente/material fibroso puede tener una porcion 620 interior que tiene una primera resina y sustancialmente todo el material fibroso y una porcion 622 exterior que rodea a la porcion interior que tiene una segunda resina y que no tiene sustancialmente material fibroso. Se puede usar cualquiera de los materiales fibrosos o aditivos descritos anteriormente en la preparacion de tal material compuesto. El primer y segundo materiales pueden ser el mismo o diferente, y pueden ser, p.ej., cualquiera de las resinas descritas anteriormente.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para densificar un material fibroso, que comprende:
    anadir, a un material fibroso, un aglutinante seleccionado del grupo que consiste en aglutinantes solubles en agua, aglutinantes hinchables con el agua, y aglutinantes que tienen una temperature de transicion vftrea menor que 25°C, para proporcionar una combinacion material fibroso-aglutinante; y
    comprimir la combinacion material fibroso-aglutinante para proporcionar un material fibroso densificado que tiene una densidad aparente que es al menos aproximadamente dos veces mayor que la densidad aparente del material fibroso, en donde el material fibroso ha sido preparado cizallando una fuente de fibra - y comprende fibras sueltas, discretas y separables, y el material fibroso antes de la densificacion tiene una densidad aparente menor que 0,15 g/cm3, en donde la densidad aparente se determina segun ASTM D1895B.
  2. 2. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el aglutinante comprende un compuesto monomerico tal como glicerina, glioxal, acido ascorbico, urea, glicina, pentaeritritol, un monosacarido, un disacarido, acido cftrico o acido tartarico.
  3. 3. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el aglutinante comprende un poliglicol, preferiblemente en donde el poliglicol comprende polietilenglicol, polipropilenglicol o un copoftmero de oxido de etileno y oxido de propileno, o poli(acido acnlico) (PAA), poliacrilamida, polipeptidos, polietilenimina, polivinilpiridina, poli(4-estirenosulfonato de sodio) o poli(acido 2-acrilamido-metil-1-propanosulfonico).
  4. 4. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material que tiene la temperatura de transicion vftrea menor que 25°C comprende un poftmero que se selecciona del grupo que consiste en elastomeros termoplasticos (TEPs), amidas de bloques de polieter, elastomeros de poliester, copoftmeros de bloques estirenicos, copoftmero de etileno acetato de vinilo (EVA), poliolefinas, polietileno, polipropileno, copoftmeros de etileno-propileno, copoftmeros de etileno y una a-olefina, y copoftmeros de etileno y 1-octeno.
  5. 5. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material fibroso comprende un material celulosico o un material lignocelulosico, preferiblemente en donde el material fibroso comprende un material celulosico o lignocelulosico que ha sido cizallado para liberar el material fibroso, por ejemplo, con una cortadora de cuchillas rotatorias.
  6. 6. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material fibroso es un material celulosico o lignocelulosico que incluye hierbas, cascaras de arroz, bagazo, algodon, yute, heno, lino, bambu, sisal, abaca, paja, mazorcas de mafz, cascaras de arroz, fibra de coco, madera, aserrm, papel y papel polirrevestido.
  7. 7. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la combinacion material fibroso-aglutinante comprende menos que 25% en peso de aglutinante, menos que 10% en peso, menos que 5% en peso, o entre 25% y 1%, o menos que 1% en peso de aglutinante o menos que 0,5% en peso de aglutinante.
  8. 8. El metodo de la reivindicacion 1, que comprende ademas calentar hasta una temperatura de al menos aproximadamente 50°C durante al menos parte de la etapa de densificacion.
  9. 9. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material fibroso densificado tiene una densidad aparente al menos cuatro veces mayor que la densidad aparente del material fibroso.
  10. 10. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material fibroso incluye fibras que tienen una relacion longitud a diametro media mayor que 3, preferiblemente en donde la relacion longitud a diametro media es mayor que 10.
  11. 11. El metodo de la reivindicacion 1, en donde la densificacion comprende comprimir mecanicamente la combinacion material fibroso-aglutinante.
  12. 12. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el aglutinante se anade al material fibroso haciendo pasar el material fibroso por un area de aplicacion en la que se aplica el aglutinante.
  13. 13. El metodo de la reivindicacion 12, en donde el material fibroso es hecho pasar continuamente a traves del area de aplicacion de aglutinante o en donde el material fibroso es hecho pasar por el area de aplicacion de aglutinante mediante flujo de aire.
  14. 14. El metodo de la reivindicacion 12, en donde el aglutinante es rociado sobre el material fibroso en forma ftquida en el area de aplicacion de aglutinante, o en donde el material fibroso fluye por el area de aplicacion de aglutinante a una velocidad mayor que 12,7 m/s (2.500 pies/minuto), o en donde el area de aplicacion de aglutinante tiene una longitud de al menos 0,61 m (dos pies), o en donde el area de aplicacion de aglutinante tiene una longitud de al menos 30,5 m (100 pies).
  15. 15. El metodo de la reivindicacion 1, en donde el material fibroso es convertido en una hoja fibrosa densificada que es recogida en un rodillo.
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