ES2612382T3

ES2612382T3 - Procedimiento para fabricar un artículo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplástica

Info

Publication number: ES2612382T3
Application number: ES13786974.9T
Authority: ES
Inventors: Narcis Mesic; Anna Linda Viktoria FRIMAN
Original assignee: SODRA SKOGSAGARNA EKONOMISK FORENING
Current assignee: SODRA SKOGSAGARNA EKONOMISK FORENING
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2017-05-16
Anticipated expiration: 2033-05-10
Also published as: EP2847383A1; WO2013169204A1; US20150111997A1; EP2847383B1; US20150118431A1; HK1204665A1; US9932708B2; CA2872870A1; MX346178B; EP2847383A4; WO2013169203A1; EP2847382A4; DK2847383T3; MX2014013276A; ES2614868T3; US9297112B2; MX346310B; CA2872874A1; MX2014013275A; DK2847382T3

Abstract

Un procedimiento para fabricar un artículo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplástica, en donde dicho procedimiento comprende las etapas de: a) mezclar una suspensión de acuosa de pulpa refinada con una suspensión en agua de fibras termoplásticas no refinadas hasta una composición, b) formar la composición hasta una hoja de fibras, c) retirar el agua de la hoja de fibras, d) secar la hoja de fibras, y e) calentar y prensar la hoja de fibras seca de la etapa d) para fundir dichas fibras termoplásticas hasta una matriz termoplástica y formar un artículo compuesto.

Description

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DESCRIPCION

Procedimiento para fabricar un ardculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica

Campo tecnico

La presente invencion se refiere a un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica. Ademas, la invencion se refiere a artfculos compuestos que comprenden fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica producidos en dicho procedimiento y productos que comprenden tales artfculos compuestos. El artfculo compuesto puede ser un papel tal como una lamina de papel. Las fibras termoplasticas pueden ser fibras polilacticas.

Antecedentes

Los poUmeros de recursos renovables han a^do una cantidad creciente de atencion a lo largo de las dos ultimas decadas, debido principalmente a dos razones: preocupaciones medioambientales y las limitaciones de los recursos del petroleo. Como la mayona de los polfmeros de la materia prima del petroleo, los polfmeros de recursos renovables raramente se usan como materiales funcionales en estado puro. Por el contrario, se usan a menudo materiales compuestos que comprenden los polfmeros de recursos renovables para mejorar propiedades espedficas.

Las fibras de celulosa se usan ampliamente en materiales polimericos para mejorar las propiedades mecanicas de los materiales compuestos. La celulosa es la sustancia mayoritaria obtenida de las fibras vegetales, y las aplicaciones para polfmeros reforzados con fibra de celulosa estan en un primer plano, con atencion especial a las materias primas renovables.

El desarrollo de polfmeros sinteticos usando monomeros de recursos naturales proporciona una nueva direccion para desarrollar polfmeros biodegradables respetuosos con el medio ambiente a partir de recursos renovables. Uno de los polfmeros mas prometedores a este respecto es el poli(acido lactico) (PLA), porque puede prepararse a partir de productos agncolas y es facilmente biodegradable.

El objetivo habitual para preparar nuevas mezclas de dos o mas polfmeros no es cambiar las propiedades de los polfmeros drasticamente, sino sacar el maximo rendimiento posible de la mezcla.

El uso de una matriz de PLA reforzada con diversas fibras de celulosa ha sido reportado ampliamente. Las fibras de celulosa tienen un modulo y una resistencia a la traccion de la matriz de PLA mejorados con exito. Sin embargo, la pobre interfaz entre el PLA hidrofobo y las fibras de celulosa hidrofilas da como resultado propiedades mecanicas pobres. Para mejorar la interfaz entre las fibras de PLA y las fibras a base de celulosa, se han desarrollado diversos tratamientos de superficie, tales como esterificacion, tratamiento con alcalis y cianoetilacion. Sin embargo, es un problema aun producir una mezcla homogenea de fibras de celulosa y fibras de PLA. Esto es especialmente cierto cuando se fabrica papel con una alta cantidad de biofibra, ya que las biofibras largas tienden a crear manojos y copos de fibra. Ademas, la resistencia de la celulosa habitualmente se reducira cuando se mezcle un biopolfmero, tal como PLA, con las fibras de celulosa. La falta de homogeneidad deteriora la estructura del producto obtenido y produce productos con propiedades no uniformes. Por lo tanto, es sumamente importante obtener una mezcla de celulosa y biofibras que sea tan homogenea como sea posible. La homogeneidad puede ser mejorada usando una suspension de fibras de celulosa cortas. Sin embargo el inconveniente de usar una suspension de fibras de celulosa cortas es que las propiedades mecanicas tales como la resistencia al desgarro del material resultante se deterioran.

Una manera de aumentar la homogeneidad de una composicion como la descrita anteriormente es anadir p.ej. lubricantes y/o tensioactivos a la suspension de fibras. El lubricante y/o los tensioactivos reduciran la friccion entre las fibras, y reduciran de este modo la formacion de copos de fibras grandes. Sin embargo, la adicion de lubricantes y/o tensioactivos tiende a crear problemas con la espumacion. Otros metodos se refieren a cambiar la superficie de las fibras de celulosa. Sin embargo, estas soluciones no resuelven totalmente el problema de proporcionar artfculos compuestos adecuados, tales como laminas de papel, que comprendan fibras termoplasticas tales como fibras de PLA y fibras de celulosa que tengan buena formacion, permeabilidad al aire controlada, buen plegado e mdice de desgarro cuando sean convertidas en diferentes productos.

La solicitud de patente internacional WO 2009008822 describe procedimientos para fabricar un material compuesto que tiene fluencia mecanosortiva reducida. Sin embargo, el procedimiento descrito no vence el problema con la provision de homogeneidad.

Es un objeto de la presente invencion proporcionar un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto tal como una lamina de papel que comprende fibras de pulpa de celulosa y fibras termoplasticas en el que los problemas mencionados anteriormente son vencidos o mitigados al menos en parte. Ademas, es un objeto de la invencion proporcionar artfculos compuestos y productos que comprenden tales artfculos compuestos que venzan o mitiguen los problemas mencionados anteriormente. Las fibras termoplasticas pueden ser fibras de PLA.

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Compendio de la invencion

La presente invencion se refiere a un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica, en donde dicho procedimiento comprende las etapas de:

a) mezclar una pulpa humeda refinada con una suspension en agua de fibras termoplasticas no refinadas hasta una composicion,

b) formar la composicion hasta una hoja de fibras,

c) retirar el agua de la hoja de fibras,

d) secar la hoja de fibras, y

e) calentar y prensar la hoja de fibras secada de la etapa d) para fundir dichas fibras termoplasticas hasta una matriz termoplastica y formar un artfculo compuesto.

La pulpa humeda puede ser una suspension acuosa de pulpa.

Las etapas de proceso del procedimiento mencionado anteriormente pueden realizarse en un orden diferente. Ademas, el procedimiento puede comprender etapas adicionales.

Por consiguiente, la presente invencion tambien se refiere a un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica, en donde dicho procedimiento comprende las etapas de:

a) mezclar una pulpa humeda refinada con una suspension en agua de fibras termoplasticas no refinadas en una composicion,

b) retirar el agua de la composicion hasta un artfculo compuesto intermedio,

c) secar el artfculo compuesto intermedio,

d) suspender el artfculo compuesto intermedio en agua,

e) formar el artfculo compuesto intermedio obtenido de la etapa d) hasta una hoja de fibras y secar dicha hoja de fibras, y

f) calentar y prensar la hoja de fibras de la etapa e) para fundir dichas fibras termoplasticas hasta una matriz termoplastica y formar un artfculo compuesto.

La pulpa humeda puede ser una suspension acuosa de pulpa. El procedimiento puede comprender ademas una etapa d') de refinado entre la etapa d) y la etapa e).

Ademas, la presente invencion se refiere a un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica, en donde dicho procedimiento comprende las etapas de:

- mezclar una pulpa humeda refinada con una suspension en agua de fibras termoplasticas no refinadas hasta una composicion,

- retirar el agua de la composicion hasta un artfculo compuesto intermedio, y

- secar el artfculo compuesto intermedio,

en donde dicho procedimiento comprende las etapas de:

a) suspender el artfculo compuesto intermedio secado en agua;

b) formar el artfculo compuesto intermedio obtenido de la etapa a) hasta una hoja de fibras y secar dicha hoja de fibras, y

c) calentar y prensar la hoja de fibras de la etapa b) para fundir dichas fibras termoplasticas hasta una matriz termoplastica y formar un artfculo compuesto.

El procedimiento puede comprender ademas una etapa de refinado entre la etapa a) y la etapa b).

En los procedimientos descritos en la presente memoria, el prensado de la hoja de fibras puede tener lugar usando una presion de 50 a 1.300 N/cm2, tal como de 100 a 500 N/cm2 o de 200 a 300 N/cm2 El tiempo para prensar puede variar de 1 a 30 minutos, tal como de 2 a 15 minutos o de 5 a 7 minutos.

Se ha encontrado, sorprendentemente, que los problemas mencionados anteriormente son evitados refinando las

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fibras de pulpa de celulosa y mezclando posteriormente las fibras de pulpa de celulosa refinadas en un estado humedo con una suspension acuosa de fibras termoplasticas. Por tanto, las fibras de pulpa de celulosa refinadas, asf como las fibras termoplasticas, estan en un estado humedo cuando se mezclan entre st Las fibras termoplasticas no estan refinadas, es decir, son fibras termoplasticas no refinadas. Las fibras de pulpa de celulosa se refinan hasta el grado deseado antes de ser mezcladas con las fibras termoplasticas. De esta manera, la forma y/o propiedades deseadas de las fibras de pulpa de celulosa, tales como longitud de fibra, desenmaranamiento, resistencia mecanica, mdice de traccion y deformacion pueden obtenerse sin afectar a las fibras termoplasticas. Este es un beneficio significativo, dado que las fibras termoplasticas pueden ser afectadas de una manera indeseada por el refinado. Por ejemplo, el refinado de las fibras termoplasticas puede conducir a acortamiento de las fibras, modificacion de la superficie de las fibras, fusion, formacion de grumos y/o atascamiento. En particular, las fibras termoplasticas revestidas pueden perder todo o parte de su revestimiento durante el refinado, cambiando de este modo las propiedades y el comportamiento de las fibras en la dispersion que resulta de mezclar las fibras de pulpa de celulosa refinadas en un estado humedo con la suspension acuosa de fibras termoplasticas.

Una ventaja adicional del procedimiento descrito en la presente memoria es que permite el uso fibras termoplasticas rizadas, asf como rectas, es decir, no rizadas, tales como fibras de PLA. Dado que las fibras termoplasticas rizadas se manejan como balas, son preferidas para usar en una escala industrial, en comparacion con fibras termoplasticas rectas, que se suministran en bolsas. Cuando se prepara, por ejemplo, una lamina de papel, se esperana que las fibras no rizadas se extendieran de una manera diferente en comparacion con las fibras rizadas, afectando de este modo a las propiedades mecanicas de la lamina de papel producida. Inesperadamente, los inventores de la presente invencion han encontrado que las propiedades mecanicas de las laminas de papel que resultan del procedimiento descrito en la presente memoria exhiben esencialmente las mismas propiedades mecanicas cuando se usan fibras termoplasticas rizadas y no rizadas, respectivamente.

Ademas, tras calentar la hoja de fibras secada en el procedimiento descrito en la presente memoria, las fibras termoplasticas se funden de tal modo que se forma una matriz termoplastica. Se ha encontrado que el calentamiento y el prensado da un artfculo compuesto tal como una lamina de papel que tiene una formacion, permeabilidad al aire y propiedades mecanicas excelentes. El calentamiento puede tener lugar a una temperatura que es igual a o esta por encima de la temperatura de fusion de las fibras termoplasticas. Se apreciara que en el procedimiento descrito en la presente memoria las fibras termoplasticas se funden sustancialmente y no pueden ser recuperadas como las fibras originales. En otras palabras, los artfculos compuestos tales como laminas de papel, que incorporan las fibras termoplasticas sustancialmente fundidas, no pueden ser reciclados usando tecnologfa de fabricacion de papel habitual.

La temperatura usada para formar una matriz termoplastica calentando la hoja de papel obtenida en el procedimiento descrito en la presente memoria vana dependiendo de las fibras termoplasticas usadas. De manera general, la temperatura debe ser 2°C a 40°C mas alta que la temperatura de fusion del polfmero termoplastico seleccionado, mas preferiblemente 5°C a 20°C mas alta que la temperatura de fusion del polfmero termoplastico seleccionado. Por ejemplo, cuando se usan fibras de PLA, que tiene una Tm de 170°C, la temperatura puede ser igual a o estar por encima de 172°C, tal como de 175 a 210°C. Cuando se usan fibras de polietileno, ejemplificadas por una Tm de 120°C, la temperatura puede ser igual a o estar por encima de 122°C, tal como de 125 a 160°C. Cuando se usan fibras de polipropileno, ejemplificadas por una Tm de 130°C, la temperatura puede ser igual a o estar por encima de 132°C, tal como de 135 a 170°C. Cuando se usan fibras de polihidroxibutirato, ejemplificadas por una Tm de 170°C, la temperatura puede ser igual a o estar por encima de 172°C, tal como de 175 a 2l0°C. Sin embargo, el experto en la tecnica apreciara que la temperatura de fusion de las fibras termoplasticas puede ser afectada por parametros tales como pureza, grado de cristalinidad, tamano de partfcula, etc., que tendran que ser tenidos en cuenta cuando se seleccione la temperatura apropiada para formar la matriz termoplastica tras calentar la hoja de fibras en el procedimiento descrito en la presente memoria. Como se emplea en la presente memoria, Tm significa temperatura de fusion.

El refinado de la pulpa que comprende las fibras de pulpa de celulosa puede realizarse usando refinadores convencionales tales como, pero no limitados a, refinadores de cono, refinadores de disco y refinadores cilmdricos. El refinado puede realizarse usando un aporte de energfa de 60 a 300 kWh/ton, tal como de 80 a 110 kWh/ton, tal como 100 kWh/ton. El refinado puede realizarse en un intervalo de temperaturas de 60 a 90°C. Ademas, el refinado puede realizarse a una carga de borde espedfica, es decir, la cantidad de energfa (Julios) aplicada a traves de un metro de la placa del refinador, de 1 a 5 J/m.

Las fibras de pulpa de celulosa pueden obtenerse de pulpa blanqueada o no blanqueada. La pulpa puede ser pulpa de madera o pulpa de plantas tales como algodon, canamo y bambu. Por tanto, las fibras de pulpa de celulosa pueden ser fibras de pulpa de madera de celulosa. Dicha pulpa puede obtenerse directamente de un molino de pulpa, o puede ser pulpa nunca secada de una lmea de formacion de pulpa, asf como pulpa secada. La pulpa nunca secada puede ser pulpa de madera blanda nunca secada. La pulpa nunca secada puede ser tambien pulpa kraft de madera blanda nunca secada. El uso de pulpa nunca secada ofrece ventajas tales como requerimiento de energfa reducido y coste reducido. La pulpa puede ser fabricada a partir de procedimientos de pulpa conocidos por el experto en la tecnica.

Las fibras de pulpa de celulosa en la composicion definida en la presente memoria pueden tener una longitud de 0,5

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a 4 mm, tal como de 1 a 3 mm, tal como de 2 a 3 mm. Ademas, las fibras de pulpa de celulosa pueden ser modificadas qmmicamente usando un compuesto qmmico, tal como, pero no limitado a, por ejemplo, CMC (carboximetilcelulosa). La CMC puede reducir adicionalmente la friccion y mejorar la dispersion de las fibras.

Las fibras de pulpa de celulosa refinadas a ser mezcladas con las fibras termoplasticas estan en un estado humedo, es decir, estan mezcladas con agua. Como se emplea en la presente memoria, las fibras de pulpa de celulosa en un estado humedo se denominan pulpa humeda. La pulpa humeda puede ser una suspension de pulpa o una lechada de pulpa.

Las fibras de pulpa de celulosa pueden estar comprendidas en una suspension de pulpa, es decir, una suspension acuosa que comprende de 2 a 30% en peso de fibras de pulpa de celulosa. La suspension de pulpa puede obtenerse anadiendo agua o agua blanca a las fibras de pulpa de celulosa. La suspension de pulpa puede tener una concentracion de 4% en peso o menos, tal como de 0,1 a 4% en peso, tal como de 1 a 4% en peso, tal como de 3 a 4% en peso, tal como por debajo de 3,5% en peso, tal como de 2 a 4% en peso.

Alternativamente, las fibras de pulpa de celulosa pueden estar comprendidas en una lechada de pulpa, es decir, una pulpa que comprende 35-50% en peso de fibras de pulpa de celulosa en agua.

Antes de mezclar las fibras termoplasticas con la pulpa humeda refinada, las fibras termoplasticas se suspenden en agua. El agua puede tener una temperatura de 70°C o inferior, tal como 60°C, tal como 50°C. La suspension obtenida puede tener una concentracion de 2 a 5% en peso, tal como 3,5% en peso, en base a las fibras termoplasticas. El manejo de las fibras termoplasticas se facilita en gran medida suspendiendo las fibras termoplasticas en agua y usando la suspension acuosa de fibras termoplasticas resultante para mezclar con la pulpa humeda. Ademas, mezclar la suspension acuosa de fibras termoplasticas con la pulpa humeda proporciona una suspension homogenea. Esto esta en contraste con usar fibras termoplasticas secas, lo que conduce a una mezcla no homogenea en la que hay manojos de fibras.

En el procedimiento descrito en la presente memoria la suspension acuosa de fibras termoplasticas puede tener una concentracion de 2 a 5% en peso, tal como de 3 a 4% en peso o aproximadamente 3,5% en peso.

Ademas, las fibras termoplasticas tales como fibras de PLA pueden estar revestidas con un revestimiento.

El revestimiento puede comprender un polfmero no ionico y/o un polfmero anionico y/o un polfmero cationico y/o un lubricante. La homogeneidad del artfculo compuesto obtenido por el procedimiento descrito en la presente memoria puede ser potenciada revistiendo las fibras termoplasticas con el revestimiento. El revestimiento puede permitir la separacion de las fibras de celulosa y las fibras termoplasticas, y reducir de este modo la aglomeracion de las fibras. El revestimiento puede denominarse tambien composicion de acabado o acabado.

El revestimiento puede comprender de 40 a 60% en peso de lubricante y/o tensioactivo, de 15 a 35% en peso de polfmero anionico y de 10 a 25% en peso de polfmero no ionico. El revestimiento tambien puede comprender de 1 a 5% en peso de un biocida, un antioxidante, un agente antifriccion y/o un agente de regulacion de la viscosidad. El lubricante y/o tensioactivo puede seleccionarse de ceras, tales como ceras sinteticas, esteres, tales como estearato de butilo, esteres etoxilados, acidos grasos etoxilados, acidos grasos etoxilados y polieteres. El polfmero anionico puede seleccionarse de un tensioactivo anionico, tal como un agente antiestatico, tal como fosfatos de acidos alqrnlicos y sus sales, derivados etoxilados de las sustancias mencionadas anteriormente, fosfato etoxilado de acidos grasos y alcoholes, sulfatos y sulfonatos organicos. El polfmero no ionico puede seleccionarse de tensioactivos no ionicos, tales como emulsionantes tales como poliglicoles, esteres y eteres de poliglicol, esteres de acidos grasos de glicerilo, alcoholes etoxilados, acidos grasos, amidas grasas, alquilfenoles o derivados de los mismos. La seleccion de cada componente comprendido en el revestimiento depende del uso de la composicion definida en la presente memoria, por ejemplo, si la composicion es para ser usada para una aplicacion alimentaria en los Estados Unidos, entonces deben seleccionarse componentes aprobados por la Administracion de Alimentos y Farmacos (FDA).

La cantidad de revestimiento en relacion con la cantidad de las fibras termoplasticas puede variar de 0,19 a 0,5% en peso, tal como de 0,25 a 0,45% en peso, tal como de 0,30 a 0,40% en peso. Ademas, el revestimiento puede no tener que revestir la fibra termoplastica entera, es decir, las fibras termoplasticas pueden ser revestidas parcialmente. Ademas, las fibras pueden no tener que ser revestidas con el mismo revestimiento, y por lo tanto la cantidad total de fibras termoplasticas puede comprender fibras termoplasticas que tienen diferente composicion de los revestimientos. Tambien, no todas las fibras termoplasticas pueden ser revestidas con el revestimiento definido anteriormente o en lo sucesivo, por ejemplo, pero no limitado a, el 80% o mas de las fibras termoplasticas pueden ser revestidas, tal como de 80 a 99% de las fibras termoplasticas pueden ser revestidas. Las fibras termoplasticas pueden ser revestidas con una, dos o mas capas de revestimiento. Como se menciono anteriormente, las fibras termoplasticas pueden ser fibras de PLA.

Hay diferentes procedimientos disponibles para aplicar un revestimiento a las fibras termoplasticas tales como fibras de PLA. Uno de los procedimientos mas comunes usados comprende estirar la fibra sobre un rodillo, que a su vez gira en un bano que comprende el revestimiento. La cantidad de revestimiento aplicado es determinada por la velocidad del rodillo, la viscosidad del revestimiento y del potencial de humedecimiento del revestimiento. Pueden

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anadirse aditivos al fundido del termoplastico, tal como un fundido de PLA, cuando se fabrican las fibras de PLA. Un ejemplo de tal aditivo es etileno-bis-estearamida (EBS) que puede anadirse en una cantidad de 0,1 a 0,5%. La EBS contribuye a hacer a las fibras blandas y flexibles, y tambien reduce la adhesion a metales.

Las fibras termoplasticas pueden seleccionarse de fibras de poliolefinas, poliesteres, policarbonatos, polivinilos, copolfmeros de los mismos y mezclas de los mismos. La poliolefina puede seleccionarse de polietileno y polipropileno. El poliester puede seleccionarse de polihidroxibutirato (PHB) y PLA.

Las fibras termoplasticas pueden seleccionarse de fibras hechas de polietileno (que incluye LDPE, LLDPE, MDPE, HDPE), polipropileno, polihidroxibutirato (PHB) y PLA, y copolfmeros o mezclas de los mismos.

Preferiblemente, las fibras termoplasticas son fibras de PLA. Las fibras de PLA pueden revestirse con un revestimiento descrito en la presente memoria.

Las fibras termoplasticas tales como fibras de PLA de la composicion o artmulo compuesto descritos en la presente memoria pueden tener una longitud de 1 a 6 mm. Ademas, las fibras termoplasticas tales como fibras de PLA pueden tener un dtex de 0,5 a 2,0, tal como de 0,9 a 1,7, tal como 1,5 a 1,7. Las fibras termoplasticas tales como fibras de PLA pueden tener un angulo de rizado de 98° o mas, tal como hasta 180°. Segun la presente invencion, las fibras de PLA pueden tener un numero de rizado de 1 a 7 rizos/cm, tal como de 1 a 4 rizos/cm. Contrariamente a lo esperado, en el procedimiento descrito en la presente memoria se encontro que las fibras termoplasticas rizadas proporcionan artfculos compuestos tales como laminas de papel que tienen sustancialmente las mismas propiedades con respecto a, por ejemplo, permeabilidad al aire y densidad que cuando se usaron fibras termoplasticas no rizadas. El grado de cristalinidad de las fibras termoplasticas tales como fibras de PLA puede variar. Por ejemplo, las fibras termoplasticas tales como fibras de PLA pueden tener una cristalinidad de 40%. El grado de cristalinidad dependera del uso pretendido de la composicion definida en la presente memoria.

La retirada de agua puede realizarse usando una prensa tal como, pero no limitada a, una prensa de rodillos o una prensa de zapatas. Tambien, la retirada de agua puede realizarse usando varias prensas consecutivas, tal como dos o mas prensas. La lamina de papel que ha sufrido la retirada de agua puede tener un contenido de agua de 30-70% en peso, tal como de 40 a 65% en peso.

El secado puede realizarse usando un secador rapido o secador de laminas. El artmulo compuesto, tal como una lamina de papel que ha sufrido el secado, puede tener un contenido de agua de 1 a 30% en peso, tal como de 5 a 20% en peso.

El procedimiento descrito en la presente memoria proporciona artmulos compuestos que comprenden fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica. Se ha encontrado que los artmulos compuestos producidos de acuerdo con el procedimiento descrito en la presente memoria tienen excelentes propiedades con respecto a mdice de desgarro, rigidez a la traccion, permeabilidad al aire controlada y formacion. El artmulo compuesto puede ser un papel o una lamina de papel. La medida de la formacion se describe mas adelante.

El artmulo compuesto puede comprender capas multiples, que son prensadas por calor entre sf para formar un objeto solido.

Tambien se proporciona un producto que comprende uno o mas artmulos compuestos obtenibles por el procedimiento descrito en la presente memoria.

Varios artmulos compuestos, tales como laminas de papel obtenibles por el procedimiento descrito en la presente memoria, pueden ponerse juntos y prensarse por calor para formar un producto en la forma de un objeto solido.

La composicion y/o artmulo compuesto definido en la presente memoria puede comprender 70% en peso o menos de fibras termoplasticas tales como fibras de polilactida, tal como de 5 a 50% en peso.

La invencion tambien se refiere a un artmulo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica obtenible por el metodo descrito en la presente memoria, asf como un producto que comprende uno o mas artmulos compuestos tales. La matriz termoplastica puede comprender polilactida (PLA).

El artmulo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica tal como una matriz de PLA puede caracterizarse por que dicha lamina tiene una formacion de 6 a 14, tal como de 7 a 10, y una permeabilidad al aire de 10 a 250 pm/Pas, tal como de 20 a 250 pm/Pas, tal como de 20 a 100 pm/Pas, una resistencia a la humedad igual a o por encima de 2 Nm/g, tal como de 2 a 60 Nm/g, de 2 a 50 Nm/g o de 3 a 50 Nm/g, y un mdice de traccion de 40-100 Nm/g, tal como de 48 a 95 Nm/g, tal como de 60 a 80 Nm/g.

La formacion, tal como la formacion de papel, es una propiedad importante, ya que esta propiedad influira en la calidad de impresion y en otras propiedades tales como resistencia, opacidad y suavidad. Cuanto mas bajo es el valor de la formacion, mas controlada esta la permeabilidad al aire, y mejores son el mdice de traccion y la resistencia a la humedad.

El artmulo compuesto descrito en la presente memoria puede comprender de 5 a 70% en peso de una matriz

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termoplastica, tal como de 10 a 30% en peso de una matriz termoplastica. La matriz termoplastica puede ser una matriz de PLA. Tambien, dichas fibras de pulpa de celulosa pueden tener una longitud de 0,5 a 4.

Tambien se proporciona el uso de un artfculo compuesto producido de acuerdo con el procedimiento descrito en la presente memoria para fabricar una etiqueta, un cartel, una cartulina, un tablero de fibras, un mueble, un recipiente, un laminado, un envase y un material compuesto.

Tambien se proporciona un producto tal como un recipiente o envase que comprende uno o mas artfculos compuestos descritos en la presente memoria. El recipiente o envase puede usarse para alimentos. El recipiente para alimentos y el envase para alimentos exhiben excelente formacion, capacidad de impresion y propiedades mecanicas. Tambien exhiben baja permeabilidad al aire, asf como excelente resistencia a la humedad.

Los artfculos compuestos tales como laminas de papel que comprenden una matriz termoplastica y fibras de pulpa de celulosa descritos en la presente memoria pueden ser puestos en una pila antes de ser fabricados hasta un artfculo tal como un envase. Tambien, el experto en la tecnica es consciente de que pueden anadirse otros componentes antes de que dichos artfculos compuestos sean fabricados hasta uno de los diferentes productos mencionados anteriormente.

Medida de la formacion

La formacion es la distribucion de fibra dentro del plano de la lamina, es decir, la variacion a pequena escala de la distribucion de masa dentro del plano de una lamina de papel. El numero de formacion, llamado tambien formacion en la presente memoria, es el mdice de formacion cuantitativo aceptado generalmente, y es el coeficiente de variacion del gramaje local, es decir, la relacion de la desviacion estandar al gramaje medio de la lamina. La formacion se midio como sigue:

Se genero una imagen de radiograma exponiendo una lamina de muestra a una fuente beta (C-14) y registrando la radiacion transmitida a traves de la lamina con una placa de imagenes. Se transfirio una escala de grises digital escaneada al mapa de gramaje real usando una tira de calibracion con niveles de gramaje conocidos a lo largo de una cara de la muestra. El analisis de la formacion se realizo a partir del mapa de gramaje. El analisis presento los numeros de formacion.

El equipo usado:

Fuente de radiacion: C-14, tamano de al menos 120 mm x 120 mm, actividad tfpicamente 750 MBq

Marco de calibracion: 3-8 tiras, cuyos pesos base son conocidos

Escaner: lector de IP Fujifilm con borrador de IP o similar

Placas de toma de imagenes (IP): Fujifilm BAS-IP tipo MS o similar

Programa informatico: herramientas de evaluacion MatLab

El procedimiento se realizo como sigue:

Se midio el peso base de la muestra y las muestras se almacenaron durante una noche para acondicionamiento. Se pesaron las muestras y se calculo el gramaje en g/m2.

La placa de imagenes tuvo que ser borrada antes del uso. El tiempo de borrado fue de al menos 20 min. La placa de medida tambien se borro al menos 1 min.

Para obtener la misma exposicion de la placa de imagenes, independientemente del peso base de la muestra, el tiempo de exposicion tuvo que cambiar mediante la siguiente ecuacion:

(1) Tiempo de exposicion = AepB

donde A es una constante que depende de la intensidad de la fuente radiactiva, p es el coeficiente de absorcion: tfpico 0,031, y B es el peso base medio de la muestra.

La unidad para la exposicion de cada pixel en el escaner tema la unidad PSL, que es una unidad interna para el equipo Fuji. El nivel de PSL se acoplo con el nivel de grises medio de la imagen del papel sobre la placa expuesta. El nivel de PSL fue mostrado por los programas de evaluacion.

La constante A de la ecuacion (1) se fija al nivel de PSL 30. Para averiguar el coeficiente A, que tuvo que ser calibrado para cada sistema de exposicion segun el siguiente procedimiento:

- Ajustar A a 5 en la formula (1).

- Tomar una muestra de papel y medir el peso base y calcular el tiempo de exposicion.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

- Hacer la exposicion sobre la muestra de papel con el tiempo calculado. Si el PSL mostrado en el programa de evaluacion llega a 35, entonces el A = 5*30/35 para este equipo de exposicion.

Hay dos niveles de PSL en el estandar:

Nivel alto: PSL = 30

Nivel bajo: PSL = 10

PSL = 30 se recomienda cuando es importante una exactitud alta.

PSL = 10 podna usarse cuando es importante el tiempo usado para el analisis. PSL = 10 da un resultado ligeramente mas ruidoso. El tiempo de exposicion para PSL = 10 es 1/3 del tiempo calculado para PSL = 30.

La muestra se puso entre la placa de imagenes y la fuente de radiacion de C-14. Despues de exponer las muestras, la placa de imagenes se leyo en el escaner Fuji antes de 1/2 hora desde el final de la exposicion. La resolucion espacial se ajusto a 100 pm. Cuando el tiempo de exposicion hubo transcurrido, la exposicion fue detenida automaticamente por la unidad de exposicion. Sin embargo, la placa de imagenes fue escaneada antes de media hora despues de que la exposicion hubo terminado. La placa de imagenes se coloco en el escaner, que escaneo la imagen expuesta hacia el ordenador.

Exponiendo la placa de imagenes sin muestra a un nivel de PSL de 30, se obtuvo el perfil de fondo (forma 3D). Suavizar el perfil de fondo y usarlo para corregir todas las imagenes proporciono resultados mas exactos.

La calibracion del peso base a imagen en escala de grises se realizo usando tiras de gramaje conocido a lo largo de una cara de la muestra (pelmula mylar de ejemplo).

Los parametros de la formacion se calcularon a partir de la imagen del peso base.

Definiciones

La expresion fibras termoplasticas se refiere a fibras basadas en polfmero, donde el polfmero puede tener un origen renovable o no renovable. Las fibras se caracterizan obteniendo un punto de fusion tras un calentamiento. Los ejemplos de fibras termoplasticas incluyen poliolefinas, poliesteres, policarbonatos, polivinilos y copolfmeros y mezclas de los mismos.

En el presente contexto, la expresion “poli(acido lactico)”, tambien conocido como polilactida o PLA, que es un poliester alifatico termoplastico, pretende incluir tambien poli-L-lactida (PLLA), poli-D-lactida (PDLA) y poli(L-lactida- co-D,L-lactida) (PLDLLA).

La expresion “fibra celulosica” pretende incluir en la presente memoria fibras de cualquier planta y material a base de plantas. Los ejemplos de tales fibras, pero no limitados a los mismos, son madera, algodon, canamo y bambu. Son ejemplos de fibras de madera, pero no se limitan a los mismos, fibras de pino, pfcea, abedul y eucalipto. Los ejemplos de metodos de fabricacion incluyen formacion de pulpa qmmica, CTMP, TMP, coccion con sosa y organosolv.

El termino “formacion”, como se emplea en la presente memoria, quiere decir la distribucion de fibra dentro del plano de una lamina, y puede hacer referencia a la transmision de luz visible (formacion optica) o radiacion p (formacion de papel).

El termino homogeneidad puede hacer referencia al grado de uniformidad de un artfculo compuesto tal como una lamina de papel, y puede ser caracterizado por un numero de formacion, donde un numero bajo para la formacion significa mejor homogeneidad.

El termino “rizo” quiere decir la ondulacion de una fibra, es decir, la condicion en la que el eje de una fibra bajo tension externa minima se aparta de una lmea recta y sigue un camino ondulado simple o complejo o irregular.

La expresion “angulo de rizo” quiere decir el angulo a entre el lado de una onda de rizo y la lmea cero, y puede usarse para caracterizar la geometna del rizo. El angulo de rizo es el angulo entre los dos lados de un arco de rizo, e indica la agudeza de un rizo.

La expresion “numero de rizo”, que se llama tambien frecuencia de rizo o conteo de rizo, caracteriza el numero de arcos u ondas de rizo por longitud de fibra enderezada.

La capacidad de los productos de papel para mantener una proporcion sustancial de su resistencia original despues de ser saturados completamente con una disolucion acuosa se conoce como resistencia a la humedad.

El termino “matriz”, tal como en el contexto de las expresiones “una matriz termoplastica” o “una matriz de PLA”, denominado tambien disolucion de resina, quiere decir la fase continua de un polfmero termoplastico.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

Breve descripcion de los dibujos

Los procedimientos descritos en la presente memoria se describiran en mas detalle con referencia al dibujo adjunto, en donde:

Figura 1 muestra un diagrama de proceso de un procedimiento para fabricar un ardculo compuesto.

Figura 2 muestra un diagrama de proceso adicional de un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto.

Figura 3 muestra el angulo de rizo a de una fibra.

Figura 4 muestra las propiedades de laminas de papel producidas por diferentes procedimientos de refinado y diferentes concentraciones de PLA.

Figura 5

muestra las propiedades de laminas de papel que comprenden fibras de PLA rizadas y no rizadas, respectivamente.

Debe apuntarse que los dibujos no han sido dibujados a escala, y que las dimensiones de ciertos rasgos han sido exageradas para fines de claridad.

Descripcion detallada

El presente procedimiento para fabricar un artfculo compuesto tal como un papel o lamina de papel que comprende una matriz termoplastica y fibras celulosicas descritas en la presente memoria proporcionara artfculos compuestos que tienen formacion apropiada, permeabilidad al aire controlada, propiedades mecanicas excelentes y resistencia a la humedad excelente.

Durante la preparacion de la composicion (preparacion de la materia base), las fibras celulosicas refinadas y las fibras termoplasticas se mezclan, el pH puede ajustarse y la composicion obtenida puede diluirse con p.ej. agua blanca o agua, hasta una concentracion de 0,15%. Despues de eso, la composicion puede bombearse a la caja formadora y la composicion puede ser distribuida uniformemente en el alambre de formacion. Opcionalmente, las fibras de celulosa pueden ser pulpa de madera nunca secada descrita en la presente memoria.

El alambre de formacion puede ser una tela sin fin de poliuretano o un material similar en donde la suspension de fibras puede ser filtrada y las fibras termoplasticas y celulosicas pueden ser retenidas en la parte superior del alambre durante la retirada de agua, mientras el disolvente/agua blanca pasa a traves de la hoja de tela permeable. La retirada de agua se produce por gravedad y vado. El contenido de solidos de la hoja humeda puede ser aproximadamente 20% antes de ser transferida al fieltro de la prensa y entrar en la seccion de prensado. Puede usarse un equipo de ultrasonidos para mejorar la formacion y la retirada de agua de la hoja humeda.

La seccion de prensado puede comprender una o mas prensas, tales como, pero no limitadas a, prensas de rodillos y/o de zapatas. La tarea principal de la seccion de prensado puede ser aumentar el contenido de solidos y reducir de este modo la energfa de secado requerida. La retirada de agua puede producirse por impacto mecanico sobre la hoja humeda, y el agua puede ser retirada por presion hacia el fieltro de la prensa. La seccion de secado puede comprender un camino de secado de unos pocos cientos de metros de largo a traves de un secador. El secado puede realizarse por aire caliente (150°C), que puede ser calentado por vapor caliente. El secador puede comprender varios niveles, en donde la hoja humeda puede ser transferida por encima de las placas y el aire caliente puede ser soplado a traves de boquillas estrechas. Alternativamente, el secado puede realizarse por varios rodillos de superficie caliente, por lo que la hoja de papel es secada por calentamiento conductivo.

Despues de la etapa de secado, la temperatura de la hoja obtenida puede ser reducida y la hoja puede ser cortada en laminas individuales, que pueden ser apiladas en pilas hasta que se haya alcanzado la altura final de la pila. En una etapa siguiente, las pilas son prensadas y pueden producirse balas. Alternativamente a la lamina, la composicion secada puede ser transferida hasta rollos pequenos.

Un procedimiento alternativo para proporcionar la composicion que comprende fibras y fibras celulosicas a ser usada en el artfculo compuesto que comprende una matriz termoplastica y fibras celulosicas definido en la presente memoria es usar secado rapido. A la composicion (la materia base) se le retirara el agua y se prensara. El contenido de solidos puede ser aumentado de este modo, y la composicion definida anteriormente o en lo sucesivo puede ser triturada, y pueden producirse copos. Estos copos pueden ser transferidos despues a un secador rapido mediante un flujo de aire, en donde los copos de pulpa pueden ser secados en varias etapas. Despues del secado, los copos de la composicion pueden entrar en la primera prensa usando alimentadores de husillo, en donde pueden formarse balas. Despues de esto, las balas pueden ser llevadas a una segunda prensa y empaquetadas despues.

La Figura 1 muestra un procedimiento para fabricar una lamina de papel activada. La composicion que comprende fibras termoplasticas y fibras celulosicas, que pueden estar en la forma de p.ej. una lamina o una bala, es suspendida despues en agua u otro disolvente adecuado. La suspension obtenida tiene una temperatura de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

aproximadamente 30°C y una concentracion de aproximadamente 4% en peso, tal como de 2 a 5% en peso. Pueden anadirse productos qmmicos de proceso y cargas adicionales, tales como caolm y tiza, a la suspension obtenida, y tambien puede anadirse un agente hidrofobo y otros polfmeros para aumentar la resistencia de la lamina (tales como almidon y CMC). Ademas, pueden anadirse pigmentos y agentes desespumantes, y tambien agentes de retencion. La suspension puede ser purificada usando tamices. Despues puede anadirse a la suspension disolvente, tal como agua, que tendra una concentracion de 0,7 a 1,5% en peso. La composicion se rocfa despues sobre el alambre de papel. El grosor de la lamina de papel puede ser controlado controlando la velocidad del alambre. Despues a la lamina de papel se le puede retirar el agua sobre un alambre plano, y puede abandonar el alambre con un contenido de solidos de 25%.

El tratamiento con calor puede realizarse por prensado en caliente, y puede realizarse sobre laminas de papel secas, asf como humedas. Si el prensado se realiza entre dos placas calientes, entonces las laminas de papel tienen que ser secadas en una estufa hasta que la lamina de papel este completamente seca, p.ej. durante 15 minutos a aproximadamente 105°C, esto a fin de evitar la expansion de vapor y la deslaminacion en la lamina de papel. El prensado en caliente de las laminas de papel humedas puede realizarse entre dos alambres permeables al vapor, que permitiran que se libere vapor desde la lamina de papel sin causar la ruptura de la hoja por deslaminacion. Adicionalmente, el nivel de prensado puede ajustarse y puede variar durante el ciclo del proceso, a fin de liberar vapor y proteger la estructura de la lamina.

A continuacion se enumeran ejemplos no limitantes de condiciones para el prensado en caliente de una (1) lamina de papel seca que incorpora fibras termoplasticas con un punto de fusion de aproximadamente 170°C.

Temperatura de prensado: 180 ± 5°C

Carga de prensado: > 100 N/cm2

Tiempo de prensado: 1 minuto

Si el numero de laminas de papel aumenta o si el peso base de las laminas de papel aumenta, entonces el tiempo de prensado tiene que ser ajustado. Para una pila que contiene capas multiples, p.ej. 20 laminas de papel secas con un peso base de 240 g/m2, el tiempo de prensado necesita ser mas largo que 2 minutos, tal como 7 minutos. El tiempo de prensado depende del dispositivo de prensado usado y de la conduccion de calor desde la placa caliente hasta la hoja, y tambien de la transferencia de calor dentro de la lamina de papel y de la composicion de la lamina de papel. Cuando el ciclo de prensado se ha cumplido, las laminas de papel prensadas en caliente se enfnan. Opcionalmente, las laminas de papel pueden ser apiladas juntas en condicion humeda, usando por tanto alambres permeables al vapor que permiten la evacuacion de vapor desde el artfculo compuesto.

Las laminas de papel con mayor contenido de humedad requieren un tiempo de prensado mas largo. Podnan usarse secuencias de prensado con diferentes niveles de presion y temperaturas de prensado para reducir el tiempo de prensado o para conseguir propiedades particulares.

Medida del rizo:

El equipo usado fue: Regla (mm), Pincitas (2 pares), Tablero de especimenes (tablero recubierto de terciopelo), Lupa con luz, Regla de cinta (mm) sobre tablero de terciopelo negro, Grafica de Conversion de Rizo.

El procedimiento fue el siguiente: se seleccionaron al azar 10 grumos de fibras de muestras y se colocaron sobre el tablero de especimenes negro/blanco. Se usaron las pincitas para retirar 1 fibra de un grumo de fibra. El numero de rizo primario en la fibra se conto y se registro. Usando el mismo filamento, se puso una pincita a cero y se midio cuidadosamente y se registro la longitud relajada. Esta era una fase relajada, con todo el rizo primario intacto, el rizo secundario se retiro. Usando el mismo filamento, un extremo del filamento se sostuvo con la pincita en cero y el otro extremo se extendio cuidadosamente con la pincita para retirar todo el rizo, sin estirar el filamento. La longitud extendida se midio hasta el mm mas cercano.

El calculo se realizo como sigue:

Longitud de fibra corta (“staple”) o longitud extendida: la suma de longitudes extendidas se dividio por el numero de resultados para obtener la longitud extendida media o longitud “staple” media (se convierte en pulgadas dividiendo la longitud “staple” media (mm) por 25,4).

Rizo por pulgada: La media de rizos se dividio por la longitud extendida media.

Angulo de rizo: La media de longitudes relajadas se dividio por la media (mm) de longitudes extendidas (mm) y se uso una tabla de angulos de rizo para obtener el angulo de rizo.

La Figura 3 muestra la ondulacion de una fibra. La fibra se representa como lmea continua. La fibra tiene un angulo de rizo a.

La Figura 4 muestra las propiedades de laminas de papel fabricadas por tres procedimientos de refinado diferentes y

tres concentraciones de PLA diferentes. El ensayo ffsico se realizo como se describe en el Ejemplo 2 mas adelante. La formacion se midio como se describe en este documento.

Las tres concentraciones de PLA diferentes se refieren a suspensiones acuosas de PLA que tienen una concentracion de 10% en peso, 20% en peso y 30% en peso. El procedimiento denominado “Molino de pulpa” se 5 refiere a la prueba donde el refinado se realizo solamente sobre pulpa celulosica durante la produccion de la mezcla pulpa/PLA, mientras que “Molino de papel” se refiere a la prueba donde el refinado se realizo solamente sobre la mezcla pulpa/PLA.

Molino de pulpa:

El procedimiento denominado “Molino de pulpa” se refiere al refinado de pulpa kraft de madera blanda nunca secada 10 a una concentracion de 4% en peso, despues de lo cual se mezcla con una disolucion acuosa de fibras de PLA.

Se usaron fibras de PLA de 4 mm secas y se diluyeron en el agua, donde se produjo una suspension al 4% de fibras de PLA. De manera similar, se produjo la suspension de pulpa al 4% de una pulpa de celulosa nunca secada. El refinado se realizo solamente con pulpa de celulosa en el refinador de laboratorio LR 40. El aporte de energfa para el refinado fue 100 kW/t.

15 Las suspensiones se mezclaron en un mezclador y se les retiro el agua por centrifugacion. La mezcla humeda entera se transformo primero para formar trozos de aproximadamente 1 cm de ancho que se almacenaron en una cesta de secado grande de tal modo que la capa de trozos fue de 5 cm de alto. La cesta con pulpa en trozos se coloco despues en una camara de secado y se seco. El secado de la pulpa en trozos en la camara de secado se realizo con el aire caliente a 90 °C y 50% Rh. Se hizo circular el aire caliente dentro de la camara de secado y la 20 temperatura y la Rh se controlaron automaticamente. El aire caliente se soplo desde la cara inferior de la camara de secado, pasando a traves de la cesta y los trozos de pulpa/PLA humedos. El secado siguio su curso hasta que el contenido de humedad de la mezcla pulpa/PLA se redujo a 10%. Despues del secado, se desintegro en el agua la mezcla pulpa/PLA hasta una consistencia de 4%, y se produjeron las laminas de papel humedo en el formador de laminas Finnish segun el procedimiento estandar descrito en SCAN-CM 26:99. El peso base de las laminas de papel 25 producidas con dimension 16,5x16,5 cm fue 100 g/m2. Las laminas de papel humedas se prensaron entre dos papeles secantes hasta un contenido de solidos de aproximadamente 40-50% dependiendo del refinado y el hinchamiento. Las laminas de papel prensadas se secaron sujetas a 23°C y 50% Rh 48 horas, y despues de eso se prepararon para el prensado en caliente. Antes del prensado en caliente, las laminas de papel se secaron 15 minutos en una estufa a 105°C. Despues de este secado, las laminas se prensaron en 7 minutos en una prensa de 30 planos a una temperatura de 180°C y una presion de 200 N/cm2. Las laminas de papel “activadas” con PLA fundido se enfriaron y se dejaron en un testlab a 23°C y 50% Rh hasta que se analizaron.

Molino de papel:

Se usaron fibras de PLA de 4 mm secas y se diluyeron en agua, ah se produjo una suspension al 4% de fibras de PLA. De manera similar, se produjo la suspension de pulpa al 4% de una pulpa de celulosa nunca secada.

35 Las suspensiones se mezclaron en un mezclador y se les retiro el agua por centrifugacion. La mezcla humeda entera se transformo primero para formar trozos de aproximadamente 1 cm de ancho que se almacenaron en una cesta de secado grande de tal modo que la capa de trozos fue de 5 cm de alto. La cesta con pulpa en trozos se coloco despues en una camara de secado y se seco. El secado de la pulpa en trozos en la camara de secado se realizo con el aire caliente a 90 °C y 50% Rh. Se hizo circular el aire caliente dentro de la camara de secado y la 40 temperatura y la Rh se controlaron automaticamente. El aire caliente se soplo desde la cara inferior de la camara de secado, pasando a traves de la cesta y los trozos de pulpa/PLA humedos. El secado siguio su curso hasta que el contenido de humedad de la mezcla pulpa/PLA se redujo a 10%.

Despues del secado, se desintegro en el agua la mezcla pulpa/PLA hasta una consistencia de 4%, y la mezcla entera se refino en el refinador de laboratorio LR 40. El aporte de energfa para el refinado fue 100 kWh/t.

45 Despues del refinado, se diluyo la suspension PLA/pulpa y se produjeron las laminas de papel humedas en el

formador de laminas Finnish segun el procedimiento estandar descrito en SCAN-CM 26:99. El peso base de las laminas de papel producidas con dimension 16,5x16,5 cm fue 100 g/m2. Las laminas de papel humedas se prensaron entre dos papeles secantes hasta un contenido de solidos de aproximadamente 40-50% dependiendo del refinado y el hinchamiento. Las laminas de papel prensadas se secaron sujetas a 23°C y 50% Rh 48 horas, y 50 despues de eso se prepararon para el prensado en caliente. Antes del prensado en caliente, las laminas de papel se

secaron 15 minutos en una estufa a 105°C. Despues de este secado, las laminas se prensaron en 7 minutos en una prensa de planos a una temperatura de 180°C y una presion de 200 N/cm2. Las laminas de papel “activadas” con PLA fundido se enfriaron y se dejaron en un testlab a 23°C y 50% de Rh hasta que se analizaron.

El procedimiento a ser usado dependera de las propiedades deseadas de la lamina de papel. Por ejemplo, cuando 55 se desea una alta resistencia a la humedad, puede usarse el procedimiento de molino de pulpa en combinacion con

una concentracion de PLA de 10% en peso.

5

10

15

20

25

30

La Figura 5 muestra las propiedades de una lamina de papel fabricada de acuerdo con el Ejemplo 2 descrito en la presente memoria. Se usaron fibras rizadas y no rizadas, respectivamente. Contrariamente a las expectativas, la lamina de papel que comprendfa fibras de PLA no rizadas exhibio sustancialmente las mismas propiedades que la lamina de papel que comprendfa fibras de PLA no rizadas, es decir, rectas.

Aspectos adicionales

Tambien, la presente descripcion se refiere a un procedimiento para fabricar una lamina de papel que comprende una matriz termoplastica y fibras de pulpa de celulosa y a laminas de papel fabricadas por dicho procedimiento. El procedimiento comprende las siguientes etapas:

a) refinar pulpa;

b) mezclar la pulpa refinada de la etapa a) con fibras termoplasticas no refinadas;

c) retirar el agua de la composicion obtenida de la etapa b);

d) secar la composicion obtenida de la etapa c);

e) suspender la composicion obtenida de la etapa d) en un disolvente;

f) formar la composicion obtenida de la etapa e) hasta una lamina de papel y secar; y

g) calentar la lamina de papel obtenida de la etapa f) hasta la temperatura de fusion de la fibra termoplastica.

La lamina de papel obtenible por el procedimiento definido anteriormente o en lo sucesivo tiene una formacion adecuada, resistencia a la humedad y permeabilidad al aire controlada. Se ha encontrado, sorprendentemente, que la magnitud de estas propiedades puede ser determinada seleccionando el grado de refinado. Adicionalmente, se ha encontrado, sorprendentemente, que la homogeneidad de la composicion definida anteriormente o en lo sucesivo es mejor si el angulo de rizo es alto y el numero de rizo es bajo.

Ademas, en el procedimiento para fabricar una lamina de papel que comprende una matriz termoplastica y fibras de pulpa de celulosa definida anteriormente o en lo sucesivo, la etapa d) puede comprender tanto secar la composicion obtenida de la etapa c) como formar la composicion obtenida de la etapa c) hasta una lamina y secar dicha lamina. El disolvente usado en la etapa e) puede seleccionarse de agua. Segun la presente descripcion, tambien es posible secar la composicion como copos, y estos copos son formados despues hasta una bala.

El procedimiento para fabricar una lamina de papel que comprende una matriz termoplastica y fibras de pulpa de celulosa definida anteriormente o en lo sucesivo puede comprender una etapa adicional, que es que la composicion obtenida de e) se refina antes de que sea formada hasta una lamina de papel y secada. Opcionalmente, la etapa g) comprende que la lamina de papel obtenida de la etapa f) puede ser calentada y prensada al mismo tiempo.

Adicionalmente, las fibras termoplasticas pueden tener una longitud de 2 a 6 mm y dicho angulo de rizo que sea 98° o mas.

La presente invencion se ilustra adicionalmente por los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplos

Abreviaturas:

kg: kilogramo

m3: metro cubico

rpm: revoluciones por minuto

kWh: kilowatio hora

mm: milfmetro

J/m: julios/metro

LDPE: polietileno de baja densidad

LLDPE: polietileno lineal de baja densidad

MDPE: polietileno de densidad media

HDPE: polietileno de alta densidad

5

10

15

20

25

30

TEA: adsorcion de energfa de traccion

TSI: mdice de rigidez a la traccion

Nm/g: Newton metro por gramo

mNm2/g: miliNewton metro cuadrado por gramo

pm/Pas: micrometro por Pascal segundo

kPa: kilopascal

kJ/kg: kiloJulio por kilogramo

MNm/kg: megaNewton metro por kilogramo

Log10: logaritmo decimal

dtex: densidad de masa lineal de una fibra textil, que se define como la masa en gramos por 10.000 metros

CTMP: Pulpa qumio-termo-pecanica

TMP: pulpa termomecanica

Rh: humedad relativa

RH: humedad relativa

Ejemplo 1 - Fabricacion de una lamina de papel

Se adquirieron fibras de PLA denominadas Trevira D260 en Trevira GmbH, Hattersheim, Alemania.

Se lavo pulpa kraft de madera blanda nunca secada y se refino en un refinador de disco Voith LR40 a una concentracion de 4% en peso. La energfa de refinado espedfica fue variada de 0 a 150 kWh/ton y la carga borde espedfica fue 2 J/m. Despues del refinado, la suspension de pulpa se mezclo con de 0 a 50% de fibras de PLA (0 significa que la suspension comprendfa fibras celulosicas solamente, y esta muestra se uso como muestra de referencia) y se seco a 90°C y 50% RH hasta que se obtuvo un contenido de solidos de 90%. En este documento, RH o Rh representan humedad relativa. Despues del secado, se hicieron pequenas balas de copos comprimiendo la composicion seca que comprendfa fibras celulosicas y fibras de PLA revestidas en un molde de acero (10x20 cm) que tema la prensa de 14 toneladas y la ultima con prensa de 35 toneladas.

La bala se disolvio en agua y se refino de nuevo en un refinador de disco Voith LR40 a una concentracion de 4% en peso. Antes del refinado, se desintegro la pulpa por circulacion durante 10 minutos sin carga. El refinado se ajusto a una energfa de refinado espedfica de 0 a 200 kWh/ton y la carga borde espedfica fue 2 J/m.

Todas las laminas de papel (refinadas por molino de pulpa y molino de papel) se hicieron en un formador de laminas Finnish segun ISO 5269-1. Antes de que se produjeran las laminas de papel, la composicion que comprendfa las fibras celulosicas y fibras de PLA revestidas fue desintegrada en un formador de pulpa a 30.000 rpm a una concentracion de 3%. Despues de formar la pulpa, la composicion se diluyo y se anadio la cantidad apropiada al formador de laminas, en donde se produjeron laminas humedas (16,5x16,5 cm) que teman un peso base de 100 g/m2. Las laminas humedas se cubrieron y se retiraron del alambre de papel. Despues de la formacion, las laminas humedas se prensaron en dos rondas de 400 kPa (5,2 y 2,2 minutos) entre papeles secantes que fueron cambiados por papeles secantes secos entre los prensados. El contenido de solidos de la lamina de papel humeda despues del prensado vario, y fue de 50 a 60% en peso. Estas laminas de papel se secaron durante al menos 3 dfas en una sala acondicionada a 23 °C y 50% RH.

Despues del secado en las condiciones de la sala, las laminas de papel se secaron en una estufa en 15 minutos a 105 °C, seguido de prensado en caliente en una prensa de planos a 180°C de temperatura y 200 N/cm2 de presion. Las laminas de papel obtenidas que comprendfan fibras celulosicas y una matriz termoplastica se enfriaron a la temperatura ambiente.

Se usaron laminas de papel que comprendfan fibras de pulpa de celulosa y matriz de polilactida (PLA) para el ensayo ffsico.

El ensayo ffsico se realizo segun procedimientos estandar para ensayos del papel. El grosor se determino segun el estandar EN20534. Las medidas se llevaron a cabo con un micrometro de precision con una presion estatica de 100 kPa y sobre una superficie de 200 mm2. Con estos datos y el peso de la muestra se calculo la densidad superficial y

el gramaje del papel. La resistencia al desgarro se hizo con un medidor Lorentzen & Wettre de acuerdo con el metodo estandar EN 21 974, que uso muestras de 62x40 mm. La resistencia a la traccion (mdice de traccion, TSI, TEA, alargamiento a la rotura (estiramiento)) de acuerdo con ISO 1924-3, dentro de tiras de papel de 15 mm, se analizaron mediante 100 mm/min de velocidad de deformacion, y la distancia entre las abrazaderas fue 100 mm. Las 5 medidas de resistencia a la humedad se hicieron segun EN 12625-5 con 10 tiras y un medidor de traccion Roel Zwick. El empapamiento de las muestras se realizo durante 15 s, el alargamiento fue 50 mm/min y la distancia entre la abrazadera y la varilla fue 50 mm. La permeabilidad al aire se determino de acuerdo con ISO 5636-5 (Gurly). El valor de retencion de agua WRV se midio segun SCAN-C 62:00, en donde 2 g de pulpa completamente seca se centrifugaron durante 10 minutos en 10.000 rpm. La resistencia Z se analizo segun SCAN P90. La resistencia al 10 plegado y la resistencia del plegado (Kohler-Molin) se analizaron segun ISO 5626:1993 y la formacion beta segun el FA 11 701.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica, en donde dicho procedimiento comprende las etapas de:

a) mezclar una suspension de acuosa de pulpa refinada con una suspension en agua de fibras termoplasticas no refinadas hasta una composicion,

b) formar la composicion hasta una hoja de fibras,

c) retirar el agua de la hoja de fibras,

d) secar la hoja de fibras, y

e) calentar y prensar la hoja de fibras seca de la etapa d) para fundir dichas fibras termoplasticas hasta una matriz termoplastica y formar un artfculo compuesto.
2. Un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica, en donde dicho procedimiento comprende las etapas de:

a) mezclar una suspension de acuosa de pulpa refinada con una suspension en agua de fibras termoplasticas no refinadas hasta una composicion,

b) retirar el agua de la composicion hasta un artfculo compuesto intermedio,

c) secar el artfculo compuesto intermedio,

d) suspender el artfculo compuesto intermedio en agua,

e) formar el artfculo compuesto intermedio obtenido de la etapa d) hasta una hoja de fibras y secar dicha hoja de fibras, y

f) calentar y prensar la hoja de fibras de la etapa e) para fundir dichas fibras termoplasticas hasta una matriz termoplastica y formar un artfculo compuesto.
3. Un procedimiento para fabricar un artfculo compuesto que comprende fibras de pulpa de celulosa y una matriz termoplastica a partir de un artfculo compuesto intermedio que ha sido formado por las etapas de:

- mezclar una pulpa humeda refinada con una suspension en agua de fibras termoplasticas no refinadas hasta una composicion,

- retirar el agua de la composicion hasta un artfculo compuesto intermedio, y

- secar el artfculo compuesto intermedio,

en donde dicho procedimiento comprende las etapas de:

a) suspender el artfculo compuesto intermedio secado en agua;

b) formar el artfculo compuesto intermedio obtenido de la etapa a) hasta una hoja de fibras y secar dicha hoja de fibras, y

c) calentar y prensar la hoja de fibras de la etapa b) para fundir dichas fibras termoplasticas hasta una matriz termoplastica y formar un artfculo compuesto.
4. Un procedimiento segun la reivindicacion 2 o la reivindicacion 3, que comprende ademas una etapa de refinado entre la etapa de suspender el artfculo compuesto intermedio secado en agua y la etapa de formar el artfculo compuesto intermedio hasta una hoja de fibras y secar dicha hoja de fibras.
5. Un procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la suspension acuosa de pulpa tiene una concentracion de 0,1% en peso a 4% en peso, preferiblemente de 1 a 4% en peso, y mas preferiblemente de 3% en peso a 4% en peso.
6. Un procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pulpa de la suspension de pulpa es pulpa de madera.
7. Un procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pulpa de la suspension de pulpa es pulpa de madera nunca secada.
8. Un procedimiento segun la reivindicacion 7, en donde la pulpa de madera nunca secada es pulpa de madera blanda nunca secada.

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9. Un procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la suspension en agua de fibras termoplasticas tiene una concentracion de 2 a 5% en peso, preferiblemente de 3 a 4% en peso y mas preferiblemente 3,5% en peso.
10. Un procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las fibras termoplasticas son fibras de un termoplastico seleccionado del grupo que consiste en poliolefinas, poliesteres, policarbonatos, polivinilos y copolfmeros o mezclas de los mismos.
11. Un procedimiento segun la reivindicacion 10, en donde las poliolefinas se seleccionan del grupo que consiste en polietileno y polipropileno.
12. Un procedimiento segun la reivindicacion 10, en donde los poliesteres se seleccionan del grupo que consiste en polihidroxibutirato (PHB) y poli(acido lactico) (PLA).
13. Un procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las fibras termoplasticas son fibras de PLA.
14. Un artfculo compuesto obtenible por una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
15. Un artfculo compuesto segun la reivindicacion 14, caracterizado por que dicho artfculo compuesto tiene una formacion de 6 a 14, una permeabilidad al aire de 10 a 250 pm/Pas, y una resistencia a la humedad igual a o por encima de 2 Nm/g.
16. Un artfculo compuesto segun la reivindicacion 14 o 15, en donde dicho artfculo compuesto comprende de 5 a 70% en peso de matriz termoplastica.
17. Un artfculo compuesto segun la reivindicacion 16, en donde dicho artfculo compuesto comprende de 10 a 30% en peso de matriz termoplastica.
18. Un artfculo compuesto segun una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, en donde la matriz termoplastica es una matriz de PLA.
19. Un producto que comprende un artfculo compuesto fabricado de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 o como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18.
20. Uso de un artfculo compuesto segun una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18 para fabricar una etiqueta, un cartel, una cartulina, un tablero de fibras, un mueble, un recipiente, un recipiente para alimentos, un laminado, un envase y un material compuesto.