ES2644403T3

ES2644403T3 - Procedimiento para fabricar productos de papel

Info

Publication number: ES2644403T3
Application number: ES09739566.9T
Authority: ES
Inventors: Marshall Medoff
Original assignee: Xyleco Inc
Current assignee: Xyleco Inc
Priority date: 2008-04-30
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2017-11-28
Anticipated expiration: 2029-04-28
Also published as: CN102066654A; MX2010011966A; CN106012674B; RU2531798C2; CA2914001A1; AU2009241577B2; CA2914001C; EP3235948B1; US10047481B2; US20150047799A1; EP2304100A2; EP3498911A1; CN102066654B; RU2013140754A; CN105839437B; CN106012674A; HUE035066T2; WO2009134764A2; RU2706838C2; BR122017001962B1

Description

DESCRIPCION

Procedimiento para fabricar productos de papel 5 CAMPO TECNICO

Esta invencion se refiere a procedimientos para preparar productos de papel.

ANTECEDENTES

10

El papel, como el termino que se usa en el presente documento, se refiere a la amplia variedad de materiales de hoja a base de celulosa que se usan para escritura, impresion, empaquetado, y otras aplicaciones. El papel puede usarse, por ejemplo, pero sin limitacion, en las siguientes aplicaciones: como papel moneda, billetes de banco, y certificados de bonos y de acciones, cheques, y similares; en libros, revistas, diarios, y arte; para empaquetado, por 15 ejemplo, carton, carton corrugado, bolsas de papel, sobres, papel de envolver, cajas; en productos del hogar tal como el papel higienico, panuelos de papel, toallas de papel y servilletas de papel; papel de panal que se usa como material del nucleo en materiales compuestos; materiales para construccion; papel de construccion; vestimenta desechable; y en diversos usos industriales incluyendo papel de esmeril, papel de lija, papel secante, papel de tornasol, papel indicador universal, papel cromatografico, separador de baterfas, y capacitores dielectricos.

20

El papel se produce generalmente por pulpeado de un material celulosico para formar una pulpa que contiene fibras celulosicas, amalgamando las fibras celulosicas para formar una banda humeda, y secando la banda humeda. En el papel terminado, las fibras se mantienen juntas por un entrelazado mecanico y enlaces de hidrogeno. El pulpaje puede llevarse a cabo de diferentes formas, por ejemplo: se usa un proceso qufmico (por ejemplo, el proceso Kraft), 25 un proceso mecanico (pasta de madera triturada), o un proceso termomecanico (TMP). Las etapas de amalgamado y secado se hacen usando una maquina de papel de alta velocidad.

La fuente de fibras celulosicas mas comun es la pulpa de madera de arboles. La pulpa tambien deriva de papel recuperado ("reciclado"). Tambien se usan los materiales de fibras vegetales, tales como algodon, canamo, lino y 30 arroz. Otras fuentes de fibras que no provienen de madera incluyen, pero sin limitacion, cana de azucar, bagazo, paja, bambu, kenaf, yute, lino, y algodon. Una amplia diversidad de fibras sinteticas, tal como el polipropileno y polietileno, asf como tambien otros ingredientes tales como cargas inorganicas, pueden incorporarse al papel como un medio para conferir propiedades ffsicas deseadas.

35 Para muchas aplicaciones, es deseable que el papel tenga una alta fuerza y resistencia a la traccion, incluso en hojas muy delgadas, por ejemplo, cuando se usa el papel para empaquetamiento, en aplicaciones industriales, como en dinero, y en otras aplicaciones que requieren fuerza y durabilidad. Tambien generalmente es deseable que el papel muestre buenas caracterfsticas de impresion, con las caracterfsticas particulares que dependen hasta cierta medida del proceso de impresion en el cual se usara el papel.

40

El documento US 4.382.847 describe un procedimiento de fabricacion de productos adheridos, comprendido total o parcialmente por celulosa o un derivado de celulosa, se usa una resina de condensacion entre un aldehfdo y melamina de urea o un tipo de fenol como adhesivo.

45 El documento US2004/0089429A1 describe el ablandamiento de papel mediante la aplicacion de diversos tipos de radiacion de 0,1 a 10 Mrads en 0,05 a 600 MeV, lo que da lugar a la rotura de enlaces de hidrogeno.

RESUMEN

50 La invencion se basa, en parte, en el descubrimiento de que, por irradiacion de los materiales fibrosos a niveles apropiados, las caracterfsticas ffsicas del material fibroso pueden ser alteradas favorablemente. Por ejemplo, puede alterarse el peso molecular, el nivel de entrecruzamiento, sitios de injerto, y/o grupos funcionales de al menos las porciones celulosicas de los materiales. Ademas, pueden afectarse favorablemente las propiedades ffsicas tales como la resistencia a la traccion y la resistencia al corte del material fibroso. Pueden usarse dosis relativamente mas 55 bajas de radiacion ionizante para aumentar el peso molecular del producto de papel, aumentando la resistencia a la traccion y otras propiedades mecanicas. Tambien puede usarse la radiacion ionizante para controlar la funcionalizacion del material fibroso, es decir, los grupos funcionales que estan presentes sobre o dentro del material. La materia objeto de la invencion se expone en las reivindicaciones adjuntas.

La invencion muestra procedimientos para producir un producto de papel irradiado, que incluyen el tratamiento de un producto de papel que incluye un primer material que contiene carbohidratos que tiene un primer peso molecular con radiacion ionizante para proporcionar un producto de papel irradiado que incluye un segundo material que contiene carbohidratos que tiene un segundo peso molecular mas alto que el primer peso molecular.

5

La dosis de radiacion ionizante puede ser de al menos 0,25 MRad. La dosis de radiacion ionizante puede controlarse en un nivel de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 5 MRad. El tratamiento puede incluir irradiar con radiacion de haces de electrones. Los electrones en el haz de electrones pueden tener una energfa de 0,25 MeV a 7,5 MeV. Los procedimientos pueden incluir ademas la inactivacion del producto de papel tratado. Por ejemplo, la inactivacion 10 puede realizarse con la presencia de un gas seleccionado para reaccionar con los radicales presentes en el producto de papel tratado.

En otro aspecto, la fabricacion de un producto de papel incluye el tratamiento superficial de un material celulosico irradiado con un revestimiento o tinte.

15

En otro aspecto, la fabricacion de un producto de papel incluye injertar un material sobre sitios de injerto de un material celulosico que ha sido irradiado para proporcionar un material celulosico funcionalizado que tiene una pluralidad de sitios de injerto.

20 En otro aspecto, la fabricacion de un producto de papel incluye la irradiacion de un material celulosico para proporcionar un material celulosico funcionalizado que tiene una pluralidad de sitios de injerto, y el injerto de un material en los sitios de injerto.

En algunas implementaciones, el material injertado en los sitios de injerto incluye un colorante reactivo.

25

En otro aspecto, la fabricacion de un producto de papel incluye irradiar una combinacion que incluye un material celulosico y un agente de injerto de tal manera que el agente de injerto se une al material celulosico.

En algunas implementaciones, el agente de injerto se une covalentemente al material celulosico.

30

El termino "materia prima seca" como se usa en el presente documento, se refiere a una materia prima (por ejemplo, virutas u otro material fibroso celulosico o lignocelulosico) que tiene un contenido de humedad de menos del 25 %.

En cualquiera de los procedimientos descritos en el presente documento, la radiacion puede aplicarse desde un 35 dispositivo que esta en una boveda.

A menos que se defina lo contrario, todos los terminos tecnicos y cientfficos usados en el presente documento tienen el mismo significado que entienden normalmente los expertos en la materia a los que se dirige la presente invencion. Aunque se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en el presente 40 documento en la practica o ensayo de la presente invencion, a continuacion, se describen procedimientos y materiales adecuados. En caso de conflicto, prevalecera la presente memoria descriptiva, incluyendo las definiciones. Ademas, los materiales, procedimientos y ejemplos son solamente ilustrativos y no pretenden ser limitantes.

45 Otras caracterfsticas y ventajas de la invencion seran evidentes a partir de la siguiente descripcion detallada, y de las reivindicaciones.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

50 La FIG. 1A es una vista esquematica de un sistema de pulpeado. La FIG. 1B es una vista esquematica del

subsistema de pretratamiento del sistema de pulpeado que se muestra en la FIG. 1A.

La FIG. 2 es una vista esquematica de un sistema de fabricacion de papel.

La FIG. 3 es un diagrama que ilustra el cambio de una estructura molecular y/o supramolecular de un material fibroso.

55 La FIG. 4 es una vista en perspectiva, en corte, de un irradiador gamma alojado en una boveda de

hormigon.

La FIG. 5 es una vista en perspectiva ampliada de la region, R, de la FIG. 4.

La FIG. 6 es un diagrama esquematico de un acelerador de CC.

La FIG. 7 es una vista esquematica de un sistema para sonicar una corriente de proceso de material 60 celulosico en un medio lfquido.

La FIG. 8 es una vista esquematica de un sonicador con dos transductores acoplados a un unico resonador.

La FIG. 9 es una vista lateral esquematica en seccion transversal de un dispositivo hfbrido de haz de electrones/sonicacion.

5 La FIG. 10 es un diagrama esquematico de una fuente de ionizacion de campo.

La FIG. 11 es un diagrama esquematico de un separador electrostatico de iones.

La FIG. 12 es un diagrama esquematico de un generador de ionizacion de campo.

La FIG. 13 es un diagrama esquematico de una fuente de emision termoionica.

La FIG. 14 es un diagrama esquematico de una fuente ionica de descarga de microondas.

10 La FIG. 15 es un diagrama esquematico de un acelerador recirculante.

La FIG. 16 es un diagrama esquematico de un acelerador estatico.

La FIG. 17 es un diagrama esquematico de un acelerador lineal dinamico.

La FIG. 18 es un diagrama esquematico de un acelerador de van de Graaff.

La FIG. 19 es un diagrama esquematico de un acelerador en tandem plegado.

15

DESCRIPCION DETALLADA

Como se ha analizado anteriormente, la invencion se basa, en parte, en el descubrimiento de que la irradiacion de materiales fibrosos, es decir, materiales celulosicos y Iignocelulosicos, en niveles apropiados, puede cambiar la 20 estructura molecular de al menos una porcion celulosica del material fibroso. El cambio en la estructura molecular incluye un cambio en un peso molecular promedio. Estos cambios en la estructura molecular pueden dar resultado a su vez en alteraciones favorables de las caracterfsticas ffsicas presentadas por los materiales fibrosos. Ademas, los grupos funcionales del material fibroso pueden alterarse de manera favorable.

25 Por ejemplo, las siguientes propiedades pueden aumentarse un 10, 20, 30, 40, 50, 75 o incluso un 100 %, con respecto a las mismas propiedades, antes de la irradiacion:

TAPPI T494 om-06, propiedades de traccion del papel y el carton (usando una tasa constante del aparato de elongacion), incluyendo la resistencia a la traccion y longitud de ruptura;

Procedimiento TAPpI T 414 om-04, resistencia al desgarro interna del papel (procedimiento tipo 30 Elmendorf);

Procedimiento TAPPI T 403 om-02, resistencia al estallido del papel; y Procedimiento TAPPI T 451 cm-84, propiedades de flexion del papel (rigidez de Clark).

Se han descrito diversos materiales celulosicos y lignocelulosicos, sus usos y aplicaciones en las Patentes de 35 Estados Unidos N.° 7.307.108, 7.074.918, 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 y 5.952.105; y en diversas solicitudes de patente, incluyendo "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES," PCT/US2006/010648, presentado el 23 de marzo de 2006, y "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES," Publicacion de Solicitud de Patente N.° 2007/0045456. El material celulosico o lignocelulosico puede incluir, por ejemplo, desperdicios de papel, madera, tableros de partfculas, serrfn, ensilados, pastos, cascaras de arroz, bagazo, algodon, yute, canamo, lino, bambu, 40 sisal, canamo de Manila, paja, mazorcas de mafz, hojas y tallos de mafz, cesped de pradera, alfalfa, heno, cascaras de arroz, fibras de coco, algodon, algas marinas, algas y mezclas de los mismos.

Pueden aplicarse dosis de radiacion ionizante relativamente menores en una o mas fases de un proceso de produccion de papel y/o sobre un producto de papel terminado, para aumentar el peso molecular y el nivel de 45 reticulacion de un producto de papel.

La radiacion ionizante tambien puede usarse para controlar la funcionalizacion del material fibroso, es decir, los grupos funcionales que estan presentes en o dentro del material, con lo que puede aumentarse la solubilidad y/o dispersabilidad durante el pulpaje, y puede afectar favorablemente las propiedades superficiales de un producto de 50 papel, por ejemplo, la receptividad de la superficie a revestimientos, tintas y colorantes.

Cada uno de estos procesos sera analizado en detalle mas adelante.

Las etapas de irradiacion analizadas anteriormente pueden combinarse de diversas maneras. Algunos ejemplos de 55 procesos que incluyen irradiacion incluyen los siguientes:

(a) Irradiar solo con una dosis baja de radiacion ionizante, para aumentar el peso molecular, y pulpaje convencionalmente. La irradiacion se puede realizar en cualquier fase del proceso de fabricacion de papel, o en el papel acabado.

(b) Irradiar varias veces para conseguir una dosis final dada, por ejemplo, administrando una dosis de 1 MRad repetida 10 veces, para proporcionar una dosis final de 10 MRad. Esto puede evitar el sobrecalentamiento del material irradiado, particularmente si el material se enfrfa entre dosis.

5 Irradiacion para aumentar el peso molecular

Dosis relativamente bajas de radiacion ionizante pueden reticular, injertar o aumentar de otro modo el peso molecular de un material que contiene carbohidratos, tal como un material celulosico o lignocelulosico (por ejemplo, celulosa). En algunas realizaciones, el peso molecular promedio en numero de partida (antes de la irradiacion) de un 10 producto de papel o un precursor de un producto de papel es de aproximadamente 20.000 a aproximadamente 500.000, por ejemplo, de aproximadamente 25.000 a aproximadamente 100.000. El peso molecular promedio en numero despues de la irradiacion es mayor que el peso molecular medio numerico, por ejemplo, en al menos aproximadamente el 10 %, 25 %, 50 %, 75 %, 100 %, 150 %, 200 %, 300 %, o como mucho el 500 %. Por ejemplo, si el peso molecular promedio en numero de partida esta en el intervalo de aproximadamente 20.000 a 15 aproximadamente 100.000, el peso molecular promedio en numero despues de la irradiacion es, en algunos casos, de aproximadamente 40.000 a aproximadamente 200.000.

Los nuevos procedimientos pueden usarse para alterar favorablemente las propiedades de los papeles a base de celulosa aplicando radiacion en una o mas fases seleccionadas del proceso de fabricacion de papel. En algunos 20 casos, la irradiacion mejorara la fuerza y la resistencia al desgarro del papel, aumentando la resistencia de las fibras celulosicas de las que esta hecho el papel. Ademas, el tratamiento del material celulosico con radiacion puede esterilizar el material, lo que puede reducir la tendencia del papel a promover el crecimiento del moho, mildiu y similares. La irradiacion se realiza generalmente de una manera controlada y predeterminada para proporcionar propiedades optimas para una aplicacion particular, tal como resistencia, seleccionando el tipo o tipos de radiacion 25 empleados y/o la dosis de radiacion aplicada.

Una dosis baja de radiacion ionizante puede aplicarse para aumentar el peso molecular, por ejemplo, despues del pulpaje y antes de la amalgamacion de las fibras convertidas en pulpa en una banda; a la banda de fibra humeda; a la banda de papel durante o despues del secado; o a la banda de papel secada, por ejemplo, antes, durante o 30 despues de etapas de procesamiento posteriores tales como dimensionamiento, revestimiento y calandrado. Se prefiere generalmente que la radiacion se aplique a la banda cuando tiene un contenido de humedad relativamente bajo. En el ejemplo mostrado en la FIG. 2, se puede realizar la irradiacion durante el secado y el acabado, por ejemplo, entre las operaciones de dimensionamiento, secado, prensado y calandrado, o durante el post- procesamiento, por ejemplo, al papel acabado en forma de rollo, rollo en tiras o lamina.

35

Como se ha indicado anteriormente, en algunas realizaciones la radiacion se aplica en mas de un punto durante el proceso de fabricacion. Por ejemplo, se puede usar radiacion ionizante a una dosis relativamente alta para formar o para ayudar a formar la pulpa, y luego mas tarde a una dosis relativamente inferior para aumentar el peso molecular de las fibras en el papel. Como se analizara con mas detalle a continuacion, tambien se puede aplicar radiacion al 40 papel acabado de manera que afecte favorablemente a los grupos funcionales presentes dentro y/o sobre la superficie del papel. Se puede aplicar una radiacion de dosis alta al papel acabado en areas seleccionadas de la banda de papel para crear zonas debilitadas localmente, por ejemplo, para proporcionar zonas de desgarro.

En la practica, utilizando la tecnologfa existente, es generalmente mas deseable integrar la etapa de irradiacion en el 45 proceso de fabricacion de papel, bien despues del pulpeado y antes de la introduccion de la pulpa en la maquina de fabricacion de papel, o despues de que la banda haya salido de la maquina, tfpicamente despues del secado y del dimensionamiento. Sin embargo, como se ha indicado anteriormente, la irradiacion puede realizarse en cualquier fase deseada en el proceso.

50 Si se desea, se pueden anadir diversos aditivos de reticulacion a la pulpa para mejorar la reticulacion en respuesta a la irradiacion. Tales aditivos incluyen materiales que son reticulables y materiales que ayudaran con la reticulacion. Los aditivos reticulantes incluyen, pero sin limitacion, lignina, almidon, diacrilatos, compuestos divinflicos y polietileno. En algunas implementaciones, dichos aditivos se incluyen en concentraciones de aproximadamente el 0,25 % a aproximadamente el 2,5 %, por ejemplo, de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 1,0 %.

55

Irradiacion para afectar a los grupos funcionales del material

Despues del tratamiento con una o mas radiaciones ionizantes, tales como radiacion fotonica (por ejemplo, rayos X o rayos gamma), radiacion de haz electronico o irradiacion con partfculas mas pesadas que electrones cargados

positivamente o negativamente (por ejemplo, protones o iones carbono), cualquiera de los materiales o mezclas que contienen carbohidratos que se describe en el presente documento se ioniza; es decir, incluyen radicales a niveles que son detectables, por ejemplo, con un espectrometro de resonancia de espfn electronico. Despues de la ionizacion, cualquier material que ha sido ionizado se puede inactivar para reducir el nivel de radicales en el material 5 ionizado, por ejemplo, de modo que los radicales ya no sean detectables con el espectrometro de resonancia de espfn electronico. Por ejemplo, los radicales pueden inactivarse mediante la aplicacion de una presion suficiente al material ionizado y/o poniendo en contacto el material ionizado con un fluido, tal como un gas o un lfquido, que reacciona con (inactiva) los radicales. Pueden utilizarse diversos gases, por ejemplo, nitrogeno u oxfgeno, o lfquidos, para al menos facilitar la inactivacion de los radicales y funcionalizar el material ionizado con los grupos funcionales 10 deseados. Por lo tanto, se puede usar irradiacion seguida de inactivacion para proporcionar pulpa o papel con grupos funcionales deseados, incluyendo, por ejemplo, uno o mas de los siguientes: grupos aldehfdo, grupos enol, grupos nitroso, grupos nitrilo, grupos nitro, grupos cetona, grupos amino, grupos alquil amino, grupos alquilo, grupos cloroalquilo, grupos clorofluoroalquilo, y/o grupos de acido carboxflico. Estos grupos aumentan la hidrofilicidad de la region del material donde estan presentes. En algunas implementaciones, la banda de papel se irradia y se inactiva, 15 antes o despues de etapas de procesamiento tales como revestimiento y calandrado, para afectar a la funcionalidad dentro y/o en la superficie del papel y, de este modo, afectar a la receptividad de la tinta y otras propiedades del papel. En otras implementaciones, la materia prima de papel se irradia con una dosis relativamente alta de radiacion ionizante, para facilitar el despulpado, y luego se inactiva mas tarde para mejorar la estabilidad del material ionizado en la pulpa.

20

La FIG. 3 ilustra el cambio de una estructura molecular y/o supramolecular de material fibroso, tal como materia prima de papel, precursor de papel (por ejemplo, una banda de papel humedo), o papel, pretratando el material fibroso con radiacion ionizante, tal como con electrones o iones de suficiente energfa para ionizar el material, para proporcionar un primer nivel de radicales. Como se muestra en la FIG. 3, si el material ionizado permanece en la 25 atmosfera, se oxidara, por ejemplo, en una extension en la que se generen grupos acido carboxflico por reaccion con el oxfgeno atmosferico. En algunos casos, con algunos materiales, se desea dicha oxidacion, ya que puede ayudar a una descomposicion adicional del peso molecular del material que contiene carbohidratos (por ejemplo, si se utiliza radiacion para facilitar el pulpaje). Sin embargo, dado que los radicales pueden "vivir" durante algun tiempo despues de la irradiacion, por ejemplo, mas de 1 dfa, 5 dfas, 30 dfas, 3 meses, 6 meses, o incluso mas de 1 ano, las 30 propiedades del material pueden seguir cambiando con el tiempo, que en algunos casos pueden ser indeseables.

La deteccion de radicales en muestras irradiadas mediante espectroscopia de resonancia de espfn electronico y las vidas de los radicales en tales muestras se analiza en Bartolotta et al., Physics in Medicine and Biology, 46 (2001), 461-471 y en Bartolotta et al., Radiation Protection Dosimetry, Vol. 84, N.° 1-4, pags. 293-296 (1999). Como se 35 muestra en la FIG. 3, el material ionizado puede inactivarse para funcionalizar y/o estabilizar el material ionizado.

En algunas realizaciones, la inactivacion incluye la aplicacion de presion al material ionizado, tal como por deformacion mecanica del material, por ejemplo, compresion mecanica directa del material en una, dos o tres dimensiones, o aplicacion de presion al fluido en el que el material se sumerge, por ejemplo, prensado isostatico. En 40 el caso del papel que se ha ionizado, se puede aplicar presion, por ejemplo, pasando el papel a traves de un estrechamiento. En tales casos, la deformacion del propio material trae radicales, que a menudo estan atrapados en dominios cristalinos, en proximidad lo suficientemente cerca para que los radicales se recombinen o reaccionen con otro grupo. En algunos casos, la presion se aplica junto con la aplicacion de calor, por ejemplo, una cantidad de calor suficiente para elevar la temperatura del material por encima de un punto de fusion o punto de 45 reblandecimiento de un componente del material ionizado, tal como lignina, celulosa o hemicelulosa. El calor puede mejorar la movilidad molecular en el material, lo que puede facilitar la inactivacion de los radicales. Cuando la presion se utiliza para la inactivacion, la presion puede ser mayor de aproximadamente 1000 psi, tal como mayor de aproximadamente 1250 psi, 1450 psi, 3625 psi, 5075 psi, 7250 psi, 10000 psi o incluso mayor de 15000 psi.

50 En algunas realizaciones, la inactivacion incluye el contacto del material ionizado con fluido, tal como lfquido o gas, por ejemplo, un gas capaz de reaccionar con los radicales, tal como acetileno o una mezcla de acetileno en nitrogeno, etileno, etilenos clorados o clorofluoroetilenos, propileno o mezclas de estos gases. En otras realizaciones particulares, la inactivacion incluye poner en contacto el material ionizado con lfquido, por ejemplo, un lfquido soluble en, o al menos capaz de penetrar en el material ionizado y reaccionar con los radicales, tal como un dieno, tal como 55 1,5-ciclooctadieno. En algunas realizaciones especfficas, el enfriamiento incluye el contacto del material ionizado con un antioxidante, tal como la vitamina E. Si se desea, el material puede incluir un antioxidante dispersado en el mismo, y la inactivacion puede proceder del contacto con el antioxidante dispersado en el material con los radicales.

Son posibles otros procedimientos para la inactivacion. Por ejemplo, cualquier procedimiento para inactivar radicales 60 en materiales polimericos descritos en Muratoglu et al., Publicacion de Patente de Estados Unidos N.°

2008/0067724 y Muratoglu et al., Patente de Estados Unidos N.° 7,166,650 se puede utilizar para inactivar cualquier material ionizado descrito en el presente documento. Ademas, se puede utilizar cualquier agente de inactivacion (descrito como un "agente sensibilizante" en las descripciones de Muratoglu mencionadas anteriormente) y/o cualquier antioxidante descrito en cualquiera de las referencias de Muratoglu, para inactivar cualquier material 5 ionizado.

La funcionalizacion puede mejorarse utilizando iones cargados pesados, tales como cualquiera de los iones mas pesados descritos en el presente documento. Por ejemplo, si se desea aumentar la oxidacion, pueden utilizarse iones de oxfgeno cargados para la irradiacion. Si se desean grupos funcionales de nitrogeno, pueden utilizarse iones 10 de nitrogeno o cualquier ion que incluya nitrogeno. De la misma manera, si se desean grupos de azufre o fosforo, se pueden usar iones de azufre o fosforo en la irradiacion.

En algunas realizaciones, despues de la inactivacion, cualquiera de los materiales ionizados apagados descritos en el presente documento puede tratarse adicionalmente con una o mas dosis adicionales de radiacion, tales como 15 radiacion ionizante o no ionizante, sonicacion, pirolisis y oxidacion para un cambio de estructura molecular y/o supramolecular adicional.

En algunas realizaciones, el material fibroso se irradia bajo una manta de gas inerte, por ejemplo, helio o argon, antes de la inactivacion.

20

La ubicacion de los grupos funcionales puede controlarse, por ejemplo, seleccionando un tipo y dosis particulares de partfculas ionizantes. Por ejemplo, la radiacion gamma tiende a afectar a la funcionalidad de las moleculas dentro del papel, mientras que la radiacion de haz de electrones tiende a afectar preferiblemente a la funcionalidad de las moleculas en la superficie.

25

En algunos casos, la funcionalizacion del material puede ocurrir simultaneamente con la irradiacion, en lugar de como resultado de una etapa de inactivacion por separado. En este caso, el tipo de grupos funcionales y el grado de oxidacion pueden verse afectados de diversas maneras, por ejemplo, controlando el gas que cubre el material a irradiar, a traves del cual pasa el haz de irradiacion. Los gases adecuados incluyen nitrogeno, oxfgeno, aire, ozono, 30 dioxido de nitrogeno, dioxido de azufre y cloro.

En algunas realizaciones, la funcionalizacion da lugar a la formacion de grupos enol en el material fibroso. Cuando el material fibroso es papel, esto puede aumentar la receptividad del papel a las tintas, adhesivos, revestimientos y similares, y puede proporcionar sitios de injerto. Los grupos enol pueden ayudar a descomponer el peso molecular, 35 especialmente en presencia de base o acido anadido. Por lo tanto, la presencia de dichos grupos puede ayudar con el pulpaje. En el producto de papel acabado, generalmente el pH es lo suficientemente cercano al neutro ya que estos grupos no causaran una disminucion perjudicial en el peso molecular.

Exposicion de haz de partfculas en fluidos

40

En algunos casos, los materiales celulosicos o lignocelulosicos pueden exponerse a un haz de partfculas en presencia de uno o mas fluidos adicionales (por ejemplo, gases y/o lfquidos). La exposicion de un material a un haz de partfculas en presencia de uno o mas fluidos adicionales puede aumentar la eficacia del tratamiento.

45 En algunas realizaciones, el material se expone a un haz de partfculas en presencia de un fluido tal como aire. Las partfculas aceleradas en uno o mas de los tipos de aceleradores descritos en el presente documento (u otro tipo de acelerador) se acoplan fuera del acelerador a traves de un puerto de salida (por ejemplo, una membrana delgada tal como una lamina metalica), pasan a traves de un volumen de espacio ocupado por el fluido, y luego inciden sobre el material. Ademas de tratar directamente el material, algunas de las partfculas generan especies qufmicas

50 adicionales interactuando con partfculas de fluido (por ejemplo, iones y/o radicales generados a partir de diversos

constituyentes de aire, tales como ozono y oxidos de nitrogeno). Estas especies qufmicas generadas tambien pueden interactuar con el material, y pueden actuar como iniciadores para una diversidad de reacciones de ruptura de enlaces qufmicos diferentes en el material. Por ejemplo, cualquier oxidante producido puede oxidar el material, lo que puede dar como resultado una reduccion del peso molecular.

55

En ciertas realizaciones, se pueden introducir selectivamente fluidos adicionales en la trayectoria de un haz de partfculas antes de que el haz incida sobre el material. Como se ha analizado anteriormente, las reacciones entre las partfculas del haz y las partfculas de los fluidos introducidos pueden generar especies qufmicas adicionales, que reaccionan con el material y pueden facilitar la funcionalizacion del material, y/o de otra manera alterar

60 selectivamente ciertas propiedades del material. El uno o mas fluidos adicionales se pueden dirigir hacia la

trayectoria del haz desde un tubo de suministro, por ejemplo. La direccion y el caudal del fluido o fluidos que se introducen se pueden seleccionar de acuerdo con una tasa de exposicion deseada y/o una direccion para controlar la eficacia del tratamiento global, incluyendo los efectos resultantes tanto del tratamiento a base de partfculas como de los efectos que se deben a la interaccion de especies generadas dinamicamente del fluido introducido con el 5 material. Ademas del aire, los fluidos ejemplares que se pueden introducir en el haz de iones incluyen oxfgeno, nitrogeno, uno o mas gases nobles, uno o mas halogenos, e hidrogeno.

Enfriamiento de materiales irradiados

10 Durante el tratamiento de los materiales analizados anteriormente con radiacion ionizante, especialmente a tasas de dosis altas, tales como a velocidades mayores de 0,15 Mrad por segundo, por ejemplo 0,25 Mrad/s, 0,35 Mrad/s, 0,5 Mrad/s, 0,75 Mrad/s o incluso mayores de 1 Mrad/s, los materiales pueden retener cantidades significativas de calor de manera que la temperatura del material se eleve. Si bien en algunas realizaciones pueden ser ventajosas temperaturas mas elevadas, por ejemplo, cuando se desea una velocidad de reaccion mas rapida, es ventajoso 15 controlar el calentamiento para retener el control sobre las reacciones qufmicas iniciadas por la radiacion ionizante, tales como reticulacion, escision de cadena y/o injerto, por ejemplo, para mantener el control del proceso.

Por ejemplo, en un procedimiento, el material se irradia a una primera temperatura con radiacion ionizante, tal como fotones, electrones o iones (por ejemplo, cationes o aniones con carga singular o multiple), durante un tiempo 20 suficiente y/o una dosis suficiente para elevar el material a una segunda temperatura mas alta que la primera temperatura. El material irradiado se enfrfa entonces a una tercera temperatura por debajo de la segunda temperatura. Si se desea, el material enfriado se puede tratar una o mas veces con radiacion, por ejemplo, con radiacion ionizante. Si se desea, puede aplicarse enfriamiento al material despues y/o durante cada tratamiento de radiacion.

25

En algunos casos, el enfriamiento puede incluir el contacto del material con un fluido, tal como un gas, a una temperatura por debajo de la primera o segunda temperatura, tal como nitrogeno gaseoso a o aproximadamente 77 K. Puede utilizarse incluso agua, tal como agua a una temperatura por debajo de la temperatura ambiente nominal (por ejemplo, 25 grados Celsius) en algunas implementaciones.

30

Tipos de radiacion

La radiacion puede proporcionarse, por ejemplo, mediante: 1) partfculas cargadas pesadas, tales como partfculas alfa; 2) electrones, producidos, por ejemplo, en aceleradores de decaimiento beta o de haz de electrones; o 3) 35 radiacion electromagnetica, por ejemplo, rayos gamma, rayos X o rayos ultravioleta. Diferentes formas de radiacion ionizan el material celulosico o lignocelulosico a traves de interacciones particulares, determinadas por la energfa de la radiacion.

Las partfculas cargadas pesadas ionizan principalmente materia a traves de la dispersion de Coulomb; ademas, 40 estas interacciones producen electrones energeticos que pueden ionizar adicionalmente la materia. Las partfculas alfa son identicas al nucleo de un atomo de helio y se producen por el decaimiento alfa de diversos nucleos radiactivos, tales como isotopos de bismuto, polonio, astatina, radon, francio, radio, varios actfnidos, tal como actinio, torio, uranio, neptunio, curio, californio, americio y plutonio.

45 Los electrones interactuan a traves de dispersion de Coulomb y radiacion de bremsstrahlung producida por cambios en la velocidad de los electrones. Los electrones pueden ser producidos por nucleos radiactivos que sufren decaimiento beta, tal como isotopos de yodo, cesio, tecnecio e iridio. Como alternativa, se puede usar un canon de electrones como fuente de electrones a traves de emision termionica.

50 La radiacion electromagnetica interactua a traves de tres procesos: absorcion fotoelectrica, dispersion de Compton y produccion de pares. La interaccion dominante esta determinada por la energfa de la radiacion incidente y el numero atomico del material. La suma de interacciones que contribuyen a la radiacion absorbida en material celulosico puede expresarse por el coeficiente de absorcion de masa.

55 La radiacion electromagnetica esta subclasificada como rayos gamma, rayos X, rayos ultravioletas, rayos infrarrojos, microondas u ondas de radio, dependiendo de su longitud de onda.

Por ejemplo, se puede emplear radiacion gamma para irradiar los materiales. Haciendo referencia a las FIGS. 4 y 5 (una vista ampliada de la region R), un irradiador gamma 10 incluye fuentes de radiacion gamma 408, por ejemplo, 60 granulos de 60Co, una mesa de trabajo 14 para contener los materiales a irradiar y un almacenamiento 16, por

ejemplo, hecho de una pluralidad de placas de hierro, cada una de las cuales estan alojadas en una camara de contencion de hormigon (boveda) 20 que incluye una entrada de laberinto 22 mas alla de una puerta con revestimiento de plomo 26. El almacenamiento 16 define una pluralidad de canales 30, por ejemplo, dieciseis o mas canales, permitiendo que las fuentes de radiacion gamma pasen a traves del almacenamiento en su camino cerca 5 de la mesa de trabajo.

En funcionamiento, la muestra a irradiar se coloca sobre una mesa de trabajo. El irradiador esta configurado para suministrar la tasa de dosis deseada y el equipo de monitorizacion esta conectado a un bloque experimental 31. El operario abandona entonces la camara de contencion, pasando a traves de la entrada de laberinto y a traves de la 10 puerta revestida de plomo. El operador se encarga de un panel de control 32, que ordena a un ordenador 33 elevar las fuentes de radiacion 12 a la posicion de trabajo usando el cilindro 36 unido a la bomba hidraulica 40.

La radiacion gamma tiene la ventaja de una profundidad de penetracion significativa en una diversidad de materiales en la muestra. Las fuentes de rayos gamma incluyen nucleos radiactivos, tales como isotopos de cobalto, calcio, 15 tecnecio, cromo, galio, indio, yodo, hierro, cripton, samario, selenio, sodio, talio y xenon.

Las fuentes de rayos X incluyen colision de haz de electrones con dianas metalicas, tales como tungsteno o

molibdeno o aleaciones, o fuentes de luz compactas, tales como las producidas comercialmente por Lyncean Technologies, Inc., de Palo Alto, CA.

20

Las fuentes de radiacion ultravioleta incluyen lamparas de deuterio o cadmio.

Las fuentes de radiacion infrarroja incluyen las lamparas de ceramica de ventana de zafiro, cinc o selenuro.

25 Las fuentes para microondas incluyen klystrons, fuentes de RF tipo Slevin o fuentes de haz de atomos que emplean gases de hidrogeno, oxfgeno o nitrogeno.

En algunas realizaciones, se utiliza un haz de electrones como fuente de radiacion. Un haz de electrones tiene las ventajas de altas tasas de dosis (por ejemplo, 1, 5, o incluso 10 MRad por segundo), alto rendimiento, menos

30 contencion y menos equipo de confinamiento. Los electrones tambien pueden ser mas eficientes para provocar la

escision de la cadena. Ademas, los electrones que tienen energfas de 4-10 MeV pueden tener profundidades de penetracion de 5 a 30 mm o mas, tal como 40 mm.

Pueden generarse haces de electrones, por ejemplo, mediante generadores electrostaticos, generadores en 35 cascada, generadores de transformadores, aceleradores de baja energfa con un sistema de exploracion, aceleradores de baja energfa con un catodo lineal, aceleradores lineales y aceleradores pulsados. Los electrones como fuente de radiacion ionizante pueden ser utiles, por ejemplo, para materiales relativamente finos, por ejemplo, menos de 0,5 pulgadas, por ejemplo, menos de 0,4 pulgadas, 0,3 pulgadas, 0,2 pulgadas o menos de 0,1 pulgadas. En algunas realizaciones, la energfa de cada electron del haz de electrones es de aproximadamente 0,25 MeV a 40 aproximadamente 7,5 MeV (millones de electron-voltios), por ejemplo, de aproximadamente 0,5 MeV a aproximadamente 5,0 MeV, o de aproximadamente 0,7 MeV a aproximadamente 2,0 MeV. Los dispositivos de irradiacion de haz de electrones pueden obtenerse comercialmente en Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Belgica o de Titan Corporation, San Diego, CA. Las energfas de electrones tfpicas pueden ser 1, 2, 4,5, 7,5 o 10 MeV. La potencia tfpica del dispositivo de irradiacion de haz de electrones puede ser de 1, 5, 10, 20, 50, 100, 250 o 45 500 kW. Las dosis tfpicas pueden tomar valores de 1, 5, 10, 20, 50, 100 o 200 kGy.

Las compensaciones al considerar las especificaciones de potencia del dispositivo de irradiacion de haz de electrones incluyen costes operativos, costes de capital, depreciacion y huella del dispositivo. Las compensaciones al considerar los niveles de dosis de exposicion de la irradiacion de haz de electrones seran los costes de energfa y 50 las preocupaciones ambientales, de seguridad y salud (ESH). Los generadores se alojan tfpicamente en una boveda, por ejemplo, de plomo o de hormigon.

El dispositivo de irradiacion de haz de electrones puede producir un haz fijo o un haz de exploracion. Un haz de exploracion puede ser ventajoso con una gran longitud de barrido de exploracion y altas velocidades de barrido, ya 55 que esto reemplazara eficazmente una gran anchura de haz fijo. Ademas, se dispone de anchuras de barrido disponibles de 0,5 m, 1 m, 2 m o mas.

En las realizaciones en las que la irradiacion se realiza con radiacion electromagnetica, la radiacion

electromagnetica puede tener una energfa por foton (en electron-voltios), por ejemplo, superior a 102 eV, por ejemplo, superior a 103, 104, 105, 10“ o incluso superior a 107 eV. En algunas realizaciones, la radiacion

electromagnetica tiene energfa por foton de entre 104 y 107, por ejemplo entre 105 y 106 eV. La radiacion electromagnetica puede tener una frecuencia de, por ejemplo, superior a 1016 hz, superior a 1017 hz, 1018, 1019, 1020 o incluso superior a 1021hz. En algunas realizaciones, la radiacion electromagnetica tiene una frecuencia de entre 1018 y 1022 hz, por ejemplo, entre 1019 a 1021 hz.

5

Un tipo de acelerador que se puede usar para acelerar los iones producidos usando las fuentes analizadas anteriormente es un Dynamitron® (disponible, por ejemplo, en Radiation Dynamics Inc., ahora una unidad de IBA, Louvain-la-Neuve, Belgica). Un diagrama esquematico de un acelerador Dynamitron® 1500 se muestra en la FIG. 6. El acelerador 1500 incluye un inyector 1510 (que incluye una fuente de iones) y una columna de aceleracion 1520 10 que incluye una pluralidad de electrodos anulares 1530. El inyector 1510 y la columna 1520 estan alojados dentro de un recinto 1540 que es evacuado por una bomba de vacfo 1600.

El inyector 1510 produce un haz de iones 1580, e introduce el haz 1580 en la columna de aceleracion 1520. Los electrodos anulares 1530 se mantienen a diferentes potenciales electricos, de manera que los iones se aceleran a 15 medida que pasan a traves de espacios entre los electrodos (por ejemplo, los iones se aceleran en los huecos, pero no dentro de los electrodos, donde los potenciales electricos son uniformes). A medida que los iones se desplazan desde la parte superior de la columna 1520 hacia el fondo de la FIG. 6, la velocidad media de los iones aumenta. La separacion entre los electrodos anulares posteriores 1530 aumenta tfpicamente, por lo tanto, para alojar la velocidad ionica media mas alta.

20

Despues de que los iones acelerados han atravesado la longitud de la columna 1520, el haz de iones acelerado 1590 se acopla fuera del recinto 1540 a traves del tubo de suministro 1555. La longitud del tubo de suministro 1555 se selecciona para permitir que un blindaje adecuado (por ejemplo, blindaje de hormigon) este situado adyacente a la columna 1520, aislando la columna. Despues de pasar a traves del tubo 1555, el haz de iones 1590 pasa a traves 25 del iman de exploracion 1550. El iman de exploracion 1550, que esta controlado por una unidad logica externa (no mostrada), puede barrer el haz de iones acelerado 1590 de manera controlada a traves de un plano bidimensional orientado perpendicularmente a un eje central de la columna 1520. Como se muestra en la FIG. 6, el haz de iones 1590 pasa a traves de la ventana 1560 (por ejemplo, una ventana o pantalla de lamina metalica) y luego se dirige para incidir en regiones seleccionadas de una muestra 1570 por el iman de exploracion 1550.

30

En algunas realizaciones, los potenciales electricos aplicados a los electrodos 1530 son potenciales estaticos, generados, por ejemplo, por fuentes potenciales de corriente continua. En ciertas realizaciones, algunos o todos los potenciales electricos aplicados a los electrodos 1530 son potenciales variables generados por fuentes potenciales variables. Las fuentes variables adecuadas de grandes potenciales electricos incluyen fuentes de campo 35 amplificadas, por ejemplo, tales como klystrons. Por consiguiente, dependiendo de la naturaleza de los potenciales aplicados a los electrodos 1530, el acelerador 1500 puede funcionar de modo pulsado o continuo.

Para conseguir una energfa de iones acelerada seleccionada en el extremo de salida de la columna 1520, la longitud de la columna 1520 y los potenciales aplicados a los electrodos 1530 se eligen basandose en consideraciones ya 40 conocidas en la tecnica. Sin embargo, es notable que para reducir la longitud de la columna 1520, pueden usarse iones con carga multiple en lugar de iones cargados individualmente. Es decir, el efecto acelerador de una diferencia de potencial electrico seleccionada entre dos electrodos es mayor para un ion que lleva una carga de magnitud 2 o mas que para un ion que lleva una carga de magnitud 1. Por lo tanto, un ion arbitrario X2+ puede acelerarse hasta una energfa final E sobre una longitud mas corta que un ion arbitrario correspondiente X+. Los iones cargados de 45 forma triple y cuadruple (por ejemplo, X3+ y X4+) pueden acelerarse hasta una energfa final E incluso a distancias mas cortas. Por lo tanto, la longitud de la columna 1520 puede reducirse significativamente cuando el haz de iones 1580 incluye principalmente especies de iones con multiples cargas.

Para acelerar los iones cargados positivamente, las diferencias de potencial entre los electrodos 1530 de la columna 50 1520 se seleccionan de manera que la direccion de la intensidad de campo creciente en la FIG. 6 es descendente (por ejemplo, hacia el fondo de la columna 1520). Por el contrario, cuando se usa el acelerador 1500 para acelerar los iones cargados negativamente, las diferencias de potencial electrico entre los electrodos 1530 se invierten en la columna 1520, y la direccion de la intensidad de campo creciente en la FIG. 6 es ascendente (por ejemplo, hacia la parte superior de la columna 1520). La reconfiguracion de los potenciales electricos aplicados a los electrodos 1530 55 es un procedimiento directo, de manera que el acelerador 1500 pueda convertirse relativamente rapido de iones positivos en aceleracion a iones negativos en aceleracion, o viceversa. De manera similar, el acelerador 1500 puede convertirse rapidamente de iones cargados individualmente en aceleracion a iones con multiples cargas en aceleracion, y viceversa.

Dosis

En algunas realizaciones, la irradiacion de dosis alta, para reducir el peso molecular (con cualquier fuente de radiacion o una combinacion de fuentes), se realiza hasta que el material recibe una dosis de al menos 2,5 MRad, 5 por ejemplo, al menos 5,0, 7,5, 10,0, 100 o 500 MRad. En algunas realizaciones, la irradiacion se realiza hasta que el material recibe una dosis de entre 3,0 MRad y 100 MRad, por ejemplo, entre 10 MRad y 100 MRad o entre 25 MRad y 75 MRad. Si se utiliza radiacion gamma, la dosis estara generalmente hacia el extremo superior de estos intervalos, mientras que, si se usa radiacion de haz de electrones, la dosis puede, en algunas realizaciones, estar hacia el extremo inferior. Las velocidades de dosificacion tambien estaran hacia el extremo inferior para algunos 10 materiales celulosicos que ya tienen un peso molecular relativamente bajo, por ejemplo, papel reciclado.

En algunas realizaciones, la irradiacion de dosis baja, para aumentar el peso molecular (con cualquier fuente de radiacion o una combinacion de fuentes), se realiza hasta que el material recibe una dosis de al menos 0,05 MRad, por ejemplo, al menos 0,1, 0,25, 1,0, 2,5 o 5,0 MRad. En algunas realizaciones, la irradiacion se realiza hasta que el 15 material recibe una dosis de entre 0,1 y 2,5 MRad. Otros intervalos adecuados incluyen entre 0,25 MRad y 4,0 MRad, entre 0,5 MRad y 3,0 MRad, y entre 1,0 MRad y 2,5 MRad.

Las dosis analizadas anteriormente, tanto altas como bajas, son tambien adecuadas para la funcionalizacion del material, siendo el grado de funcionalizacion generalmente mayor cuanto mayor sea la dosis.

20

En algunas realizaciones, la irradiacion se realiza a una tasa de dosis de entre 5,0 y 1500,0 kilorads/hora, por ejemplo, entre 10,0 y 750,0 kilorads/hora o entre 50,0 y 350,0 kilorads/hora. Cuando se desea un alto rendimiento, por ejemplo, en un proceso de fabricacion de papel a alta velocidad, la radiacion se puede aplicar a, por ejemplo, 0,5 a 3,0 MRad/seg, o incluso mas rapido, usando enfriamiento para evitar el sobrecalentamiento del material irradiado. 25

En algunas realizaciones en las que se irradia papel revestido, el revestimiento de papel incluye resina que es reticulable, por ejemplo, diacrilato o polietileno. Como tal, la resina se reticula a medida que el material que contiene carbohidratos se irradia para aumentar su peso molecular, lo que puede proporcionar un efecto sinergico para optimizar la resistencia al desgaste y otras propiedades superficiales del papel. En estas realizaciones, la dosis de 30 radiacion se selecciona para que sea suficientemente alta para aumentar el peso molecular de las fibras celulosicas, es decir, de al menos aproximadamente 0,25 a aproximadamente 2,5 MRad, dependiendo del material, mientras que es suficientemente baja para evitar afectar de forma perjudicial al revestimiento de papel. El lfmite superior en la dosis variara dependiendo de la composicion del revestimiento, pero en algunas realizaciones, la dosis preferida es menor de aproximadamente 5 MRad.

35

En algunas realizaciones, se utilizan dos o mas fuentes de radiacion, tales como dos o mas radiaciones ionizantes. Por ejemplo, las muestras pueden tratarse, en cualquier orden, con un haz de electrones, seguido de radiacion gamma y/o luz UV que tiene longitudes de onda de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 280 nm. En algunas realizaciones, las muestras se tratan con tres fuentes de radiacion ionizante, tales como un haz de 40 electrones, radiacion gamma y luz UV energetica.

Energfa acustica

La radiacion se puede usar en combinacion con energfa acustica, por ejemplo, energfa sonica o ultrasonica, para 45 mejorar el rendimiento del material y/o las caracterfsticas, y/o para minimizar el uso de energfa. Por ejemplo, la energfa acustica puede usarse en combinacion con radiacion de dosis alta para mejorar el proceso de pulpaje.

Haciendo referencia de nuevo a la FIG. 1A, en el sistema de pretratamiento 114, un material de partida que se utilizara para formar la pulpa, por ejemplo, astillas de madera, puede someterse a una etapa de sonicacion en lfnea 50 usando energfa acustica.

La FIG. 7 muestra un sistema general en el que la corriente de material celulosico 1210 (por ejemplo, materia prima para hacer pulpa) se mezcla con la corriente de agua 1212 en el deposito 1214 para formar la corriente de proceso 1216. Una primera bomba 1218 extrae la corriente de proceso 1216 del deposito 1214 y hacia la celula de flujo 55 1224. El transductor ultrasonico 1226 transmite energfa ultrasonica a la corriente de proceso 1216 a medida que la corriente de proceso fluye a traves de la celula de flujo 1224. Una segunda bomba 1230 extrae la corriente de proceso 1216 de la celula de flujo 1224 y hacia el procesamiento posterior.

El deposito 1214 incluye la primera entrada 1232 y la segunda entrada 1234 en comunicacion de fluido con el 60 volumen 1236. Un transportador (no mostrado) administra la corriente de material celulosico 1210 al deposito 1214 a

traves de la primera entrada 1232. La corriente de agua 1212 entra en el deposito 1214 a traves de la segunda entrada 1234. En algunas realizaciones, la corriente de agua 1212 entra en el volumen 1236 a lo largo de una tangente que establece un flujo de remolino dentro del volumen 1236. En ciertas realizaciones, la corriente de material celulosico 1210 y la corriente de agua 1212 se introducen en el volumen 1236 a lo largo de ejes opuestos 5 para mejorar la mezcla dentro del volumen.

La valvula 1238 controla el flujo de la corriente de agua 1212 a traves de la segunda entrada 1232 para producir una relacion deseada de material celulosico con respecto al agua (por ejemplo, aproximadamente un 10 % de material celulosico, peso por volumen). Por ejemplo, se pueden combinar 2000 toneladas/dfa de material celulosico con 1 10 millon a 1,5 millones de galones/dfa, por ejemplo, 1,25 millones de galones/dfa de agua.

La mezcla de material celulosico y agua en el deposito 1214 se controla por el tamano del volumen 1236 y los caudales de material celulosico y agua en el volumen. En algunas realizaciones, el volumen 1236 se dimensiona para crear un tiempo de residencia de mezcla mfnimo para el material celulosico y el agua. Por ejemplo, cuando 15 2000 toneladas/dfa de material celulosico y 1,25 millones de galones/dfa de agua fluyen a traves del deposito 1214, el volumen 1236 puede ser de aproximadamente 32.000 galones para producir un tiempo de residencia de mezcla mfnimo de aproximadamente 15 minutos.

El deposito 1214 incluye un mezclador 1240 en comunicacion de fluido con el volumen 1236. El mezclador 1240 20 agita el contenido del volumen 1236 para dispersar el material celulosico a traves del agua en el volumen. Por ejemplo, el mezclador 1240 puede ser una paleta giratoria dispuesta en el deposito 1214. En algunas realizaciones, el mezclador 1240 dispersa el material celulosico de manera sustancialmente uniforme en toda el agua.

El deposito 1214 incluye ademas una salida 1242 en comunicacion de fluido con el volumen 1236 y la corriente de 25 proceso 1216. La mezcla de material celulosico y agua en el volumen 1236 fluye fuera del deposito 1214 a traves de la salida 1242. La salida 1242 esta dispuesta cerca del fondo del deposito 1214 para permitir que la gravedad extraiga la mezcla de material celulosico y agua del deposito 1214 y hacia la corriente de proceso 1216.

La primera bomba 1218 (por ejemplo, cualquiera de varias bombas de vortice de impulsor encastradas fabricadas 30 por Essco Pumps & Controls, de Los Angeles, CA) mueve el contenido de la corriente de proceso 1216 hacia la celula de flujo 1224. En algunas realizaciones, la primera bomba 1218 agita el contenido de la corriente de proceso 1216 de tal forma que la mezcla de material celulosico y agua es sustancialmente uniforme en la entrada 1220 de la celda de flujo 1224. Por ejemplo, la primera bomba 1218 agita la corriente de proceso 1216 para crear un flujo turbulento que persiste a lo largo de la corriente de proceso entre la primera bomba y la entrada 1220 de la celda de 35 flujo 1224.

La celula de flujo 1224 incluye un volumen de reactor 1244 en comunicacion de fluido con entrada 1220 y salida 1222. En algunas realizaciones, el volumen de reactor 1244 es un tubo de acero inoxidable capaz de soportar presiones elevadas (por ejemplo, 10 bares). Ademas, o como alternativa, el volumen del reactor 1244 define una 40 seccion transversal rectangular.

La celula de flujo 1224 incluye ademas un intercambiador de calor 1246 en comunicacion termica con al menos una porcion del volumen de reactor 1244. El fluido de refrigeracion 1248 (por ejemplo, agua) fluye al intercambiador de calor 1246 y absorbe el calor generado cuando la corriente de proceso 1216 es sonicada en el reactor volumen 45 1244. En algunas realizaciones, el caudal y/o la temperatura del fluido refrigerante 1248 en el intercambiador de calor 1246 se controla para mantener una temperatura aproximadamente constante en el volumen del reactor 1244. En algunas realizaciones, la temperatura del volumen del reactor 1244 se mantiene de 20 °C a 50 °C, por ejemplo, 25, 30, 35, 40 o 45 °C. Adicionalmente o como alternativa, el calor transferido al fluido de refrigeracion 1248 desde el volumen del reactor 1244 puede usarse en otras partes del proceso global.

50

Una seccion de adaptador 1226 crea una comunicacion de fluido entre el volumen de reactor 1244 y el potenciador 1250 acoplado (por ejemplo, acoplado mecanicamente usando una brida) al transductor ultrasonico 1226. Por ejemplo, la seccion de adaptador 1226 puede incluir un conjunto de brida y junta torica dispuesto para crear una conexion estanca entre el volumen de reactor 1244 y el potenciador 1250. En algunas realizaciones, el transductor 55 ultrasonico 1226 es un transductor ultrasonico de alta potencia fabricado por Hielscher Ultrasonics, de Teltow, Alemania.

Durante el funcionamiento, el generador 1252 suministra electricidad al transductor ultrasonico 1252. El transductor ultrasonico 1226 incluye un elemento piezoelectrico que convierte energfa electrica en sonido en el intervalo 60 ultrasonico. En algunas realizaciones, los materiales son sonicados usando sonido que tiene una frecuencia de

aproximadamente 16 kHz a aproximadamente 110 kHz, por ejemplo, de aproximadamente 18 kHz a aproximadamente 75 kHz, o de aproximadamente 20 kHz a aproximadamente 40 kHz (por ejemplo, sonido que tiene una frecuencia de 20 kHz a 40 kHz). La energfa ultrasonica es suministrada al medio de trabajo a traves del potenciador 1248. La energfa ultrasonica que viaja a traves del potenciador 1248 en el volumen de reactor 1244 crea 5 una serie de compresiones y rarefacciones en la corriente de proceso 1216 con intensidad suficiente para crear cavitacion en la corriente de proceso 1216. La cavitacion desagrega el material celulosico disperso en la corriente de proceso 1216. La cavitacion tambien produce radicales libres en el agua de la corriente de proceso 1216. Estos radicales libres actuan para descomponer adicionalmente el material celulosico en la corriente de proceso 1216.

10 En general, se aplican de 5 a 4000 MJ/m3, por ejemplo, 10, 25, 50, 100, 250, 500, 750, 1000, 2000 o 3000 MJ/m3, de energfa ultrasonica a la corriente de proceso 16 que fluye a una velocidad de aproximadamente 0,2 m3/s (aproximadamente 3200 galones/min). Despues de la exposicion a la energfa ultrasonica en el volumen de reactor 1244, la corriente de proceso 1216 sale de la celda de flujo 1224 a traves de la salida 1222. La segunda bomba 1230 mueve la corriente de proceso 1216 al procesamiento posterior (por ejemplo, cualquiera de varias bombas de 15 vortice de impulsor encastradas fabricadas por Essco Pumps & Controls, CA).

Aunque se han descrito ciertas realizaciones, son posibles otras realizaciones.

Como ejemplo, mientras que la corriente de proceso 1216 se ha descrito como una unica trayectoria de flujo, son 20 posibles otras disposiciones. En algunas realizaciones, por ejemplo, la corriente de proceso 1216 incluye multiples trayectorias de flujo paralelas (por ejemplo, fluyendo a una velocidad de 10 galones/min). Ademas, o en la alternativa, las multiples trayectorias de flujo paralelas de la corriente de proceso 1216 fluyen en celulas de flujo separadas y se sonican en paralelo (por ejemplo, usando una pluralidad de transductores de ultrasonidos de 16 kW).

25 Como otro ejemplo, aunque se ha descrito que un unico transductor ultrasonico 1226 como acoplado a la celula de flujo 1224, son posibles otras disposiciones. En algunas realizaciones, una pluralidad de transductores ultrasonicos 1226 se disponen en la celula de flujo 1224 (por ejemplo, se pueden disponer 10 transductores ultrasonicos en la celula de flujo 1224). En algunas realizaciones, las ondas sonoras generadas por cada una de la pluralidad de transductores ultrasonicos 1226 se temporizan (por ejemplo, se sincronizan fuera de fase entre sf) para mejorar la 30 cavitacion que actua sobre la corriente de proceso 1216.

Como otro ejemplo, aunque se ha descrito una unica celula de flujo 1224, son posibles otras disposiciones. En algunas realizaciones, la segunda bomba 1230 mueve la corriente del proceso a una segunda celula de flujo, donde un segundo potenciador y un transductor ultrasonico hacen sonicar adicionalmente la corriente de proceso 1216.

35

Como aun otro ejemplo, mientras que el volumen de reactor 1244 se ha descrito como un volumen cerrado, el volumen de reactor 1244 esta abierto a condiciones ambientales en ciertas realizaciones. En tales realizaciones, el pretratamiento de sonicacion puede realizarse sustancialmente simultaneamente con otras tecnicas de pretratamiento. Por ejemplo, se puede aplicar energfa ultrasonica a la corriente de proceso 1216 en el volumen de 40 reactor 1244, mientras que los haces de electrones se introducen simultaneamente en la corriente de proceso 1216.

Como otro ejemplo, aunque se ha descrito un proceso de flujo continuo, son posibles otras disposiciones. En algunas realizaciones, la sonicacion se puede realizar en un proceso discontinuo. Por ejemplo, se puede llenar un volumen con una mezcla al 10 % (peso por volumen) de material celulosico en agua y se expone al sonido con una 45 intensidad de aproximadamente 50 W/cm2 a aproximadamente 600 W/cm2, por ejemplo, de aproximadamente 75 W/cm2 a aproximadamente 300 W/cm2 o de aproximadamente 95 W/cm2 a aproximadamente 200 W/cm2. Adicionalmente o como alternativa, la mezcla en el volumen puede sonicarse durante aproximadamente 1 hora a aproximadamente 24 horas, por ejemplo, durante aproximadamente 1,5 horas a aproximadamente 12 horas o durante aproximadamente 2 horas a aproximadamente 10 horas. En ciertas realizaciones, el material es sonicado 50 durante un tiempo predeterminado, y luego se deja reposar durante un segundo tiempo predeterminado antes de sonicarse de nuevo.

Con referencia ahora a la FIG. 8, en algunas realizaciones, dos transductores electroacusticos estan mecanicamente acoplados a un unico resonador. Como se muestra, un par de transductores piezoelectricos 60 y 62 se acopla a un 55 resonador de barra ranurada 64 por los respectivos resonadores de acoplamiento intermedios 70 y 72, siendo estos ultimos tambien conocidos como resonadores de refuerzo. Las vibraciones mecanicas proporcionadas por los transductores, que responden a la energfa electrica de alta frecuencia aplicada a los mismos, se transmiten a los respectivos resonadores de acoplamiento, que pueden construirse para proporcionar una ganancia mecanica, tal como una relacion de 1 a 1,2. Los resonadores estan dotados de una respectiva brida de montaje 74 y 76 para 60 soportar el conjunto de transductor y resonador en un alojamiento estacionario.

Las vibraciones transmitidas desde los transductores a traves de los resonadores de acoplamiento o de refuerzo se acoplan a la superficie de entrada 78 del resonador y se transmiten a traves del resonador a la superficie de salida dispuesta de forma opuesta 80, que, durante el funcionamiento, esta en acoplamiento forzado con una pieza de 5 trabajo (no mostrada) a la que se aplican las vibraciones.

La energfa electrica de alta frecuencia proporcionada por la fuente de alimentacion 82 se alimenta a cada uno de los transductores, conectados electricamente en paralelo, a traves de un transformador de equilibrado 84 y un condensador conectado en serie respectivo 86 y 90, un condensador conectado en serie con la conexion electrica a 10 cada uno de los transductores. El transformador de equilibrado se conoce tambien como "balun" que significa "unidad de equilibrado". El transformador de equilibrado incluye un nucleo magnetico 92 y un par de bobinados identicos 94 y 96, tambien denominados bobinado primario y secundario, respectivamente.

En algunas realizaciones, los transductores incluyen transductores piezoelectricos disponibles comercialmente, tales 15 como los modelos 105 o 502 de Branson Ultrasonics Corporation, cada uno disenado para funcionar a 20 kHz y una potencia maxima de 3 kW. La tension de energizacion para proporcionar la maxima excursion de movimiento en la superficie de salida del transductor es de 930 voltios rms. El flujo de corriente a traves de un transductor puede variar entre cero y 3,5 amperios dependiendo de la impedancia de carga. A 930 voltios rms el movimiento de salida es de aproximadamente 20 micrometros. La diferencia maxima en tension terminal para la misma amplitud de 20 movimiento, por lo tanto, puede ser de 186 voltios. Tal diferencia de tension puede dar lugar a corrientes de circulacion grandes que fluyen entre los transductores. La unidad de equilibrado 430 asegura una condicion equilibrada proporcionando un flujo de corriente igual a traves de los transductores, eliminando asf la posibilidad de corrientes de circulacion. El tamano del alambre de los bobinados debe seleccionarse para la corriente de carga total indicada anteriormente y la tension maxima que aparece a traves de una entrada de bobinado es de 93 voltios.

25

Como alternativa para el uso de energfa ultrasonica, se pueden utilizar dispositivos de rotor-estator de alta frecuencia. Este tipo de dispositivo produce fuerzas de microcavitacion de alta cizalladura que pueden desintegrar materiales en contacto con tales fuerzas. Dos dispositivos de dispersion de rotor-estator de alta frecuencia comercialmente disponibles son los dispositivos Supraton™ fabricados por Krupp Industrietechnik GmbH y 30 comercializados por Dorr-Oliver Deutschland GmbH de Connecticut y los dispositivos Dispax™ fabricados y comercializados por Ika-Works, Inc. de Cincinnati, Ohio. La operacion de tal dispositivo de microcavitacion se analiza en Stuart, Patente de Estados Unidos N.° 5.370.999.

Aunque se ha descrito que el transductor ultrasonico 1226 incluye uno o mas elementos activos piezoelectricos para 35 crear energfa ultrasonica, son posibles otras disposiciones. En algunas realizaciones, el transductor ultrasonico 1226 incluye elementos activos hechos de otros tipos de materiales magnetostrictivos (por ejemplo, metales ferrosos). El diseno y el funcionamiento de tal transductor ultrasonico de alta potencia se analiza en Hansen et al., Patente de Estados Unidos N.° 6.624.539. En algunas realizaciones, la energfa ultrasonica se transfiere a la corriente de proceso 16 a traves de un sistema electrohidraulico.

40

Aunque se ha descrito que el transductor ultrasonico 1226 utiliza la respuesta electromagnetica de materiales magnetorrestrictivos para producir energfa ultrasonica, son posibles otras disposiciones. En algunas realizaciones, la energfa acustica en forma de una intensa onda de choque puede aplicarse directamente a la corriente de proceso 16 usando una chispa subacuatica. En algunas realizaciones, la energfa ultrasonica se transfiere a la corriente de 45 proceso 16 a traves de un sistema termohidraulico. Por ejemplo, se pueden producir ondas acusticas de alta densidad de energfa aplicando potencia a traves de un volumen cerrado de electrolito, calentando de este modo el volumen cerrado y produciendo un aumento de presion que se transmite posteriormente a traves de un medio de propagacion de sonido (por ejemplo, flujo de proceso 1216). El diseno y el funcionamiento de un transductor termohidraulico de este tipo se analiza en Hartmann et al., Patente de Estados Unidos 6.383.152.

50

En algunas realizaciones, puede ser ventajoso combinar dispositivos de irradiacion y sonicacion en una unica maquina hfbrida. Para tal maquina hfbrida, se pueden realizar multiples procesos en estrecha yuxtaposicion o incluso simultaneamente, con el beneficio de aumentar el rendimiento del pretratamiento y ahorrar costes potenciales.

55

Por ejemplo, considerar los procesos de irradiacion con haz de electrones y sonicacion. Cada proceso separado es eficaz para reducir el peso molecular promedio del material celulosico en un orden de magnitud o mas, y en varios ordenes de magnitud al realizarse en serie. 60

60 Ambos procesos de irradiacion y sonicacion pueden aplicarse usando un dispositivo hfbrido de haz de

electrones/sonicacion como se ilustra en la FIG. 8. El dispositivo hfbrido de haz de electrones/sonicacion 2500 se representa por encima de una agrupacion poco profunda (profundidad ~3-5 cm) de una suspension de material celulosico 2550 dispersado en un medio acuoso oxidante, tal como peroxido de hidrogeno o peroxido de carbamida. El dispositivo hfbrido 2500 tiene una fuente de energfa 2510, que alimenta tanto el emisor de haz de electrones 2540 5 como los resonadores de sonicacion 2530.

El emisor de haz de electrones 2540 genera haces de electrones que pasan a traves de un dispositivo de orientacion de haz de electrones 2545 para impactar la suspension 2550 que contiene material celulosico. El dispositivo de orientacion de haz de electrones puede ser un escaner que barre un haz en un intervalo de hasta aproximadamente 10 6 pies en una direccion aproximadamente paralela a la superficie de la suspension 2550.

En cualquier lado del emisor de haz de electrones 2540 estan los resonadores de sonicacion 2530, que suministran energfa de ondas ultrasonicas a la suspension 2550. Los resonadores de sonicacion 2530 terminan en una pieza final desmontable 2535 que esta en contacto con la suspension 2550.

15

Los resonadores de sonicacion 2530 estan en riesgo de danos por exposicion residual a largo plazo a la radiacion de haz de electrones. Por lo tanto, los resonadores pueden protegerse con un blindaje estandar 2520, por ejemplo, hecho de plomo o una aleacion que contiene metal pesado, tal como metal Lipowitz, que es impermeable a la radiacion de haz de electrones. Sin embargo, se deben tomar precauciones para asegurar que la energfa ultrasonica 20 no se vea afectada por la presencia del blindaje. Las piezas finales desmontables 2535, estan construidas del mismo material y unidas a los resonadores 2530, se usan para estar en contacto con el material celulosico 2550 y se espera que se danen. Por consiguiente, las piezas finales desmontables 2535 estan construidas para ser facilmente reemplazables.

25 Un beneficio adicional de tal proceso simultaneo de haz de electrones y ultrasonido es que los dos procesos tienen resultados complementarios. Con la irradiacion de haz de electrones solo, una dosis insuficiente puede dar lugar a la reticulacion de algunos de los polfmeros en el material celulosico, lo que disminuye la eficacia del proceso de despolimerizacion global. Pueden utilizarse tambien dosis mas bajas de radiacion de haz de electrones y/o radiacion de ultrasonidos para conseguir un grado similar de despolimerizacion como el obtenido usando irradiacion con haz 30 de electrones y sonicacion por separado.

Un dispositivo de haz de electrones tambien se puede combinar con uno o mas dispositivos de rotor-estator de alta frecuencia, que pueden usarse como una alternativa a dispositivos de energfa ultrasonica, y desempena una funcion similar.

35

Tambien son posibles otras combinaciones de dispositivos. Por ejemplo, un dispositivo de radiacion ionizante que produce radiacion gamma emitida a partir, por ejemplo, granulos de 60Co, se puede combinar con una fuente de haz de electrones y/o una fuente de onda ultrasonica. Los requisitos de blindaje pueden ser mas estrictos en este caso.

40 Generacion de iones

Se pueden usar diversos procedimientos para la generacion de iones adecuados para haces de iones que pueden usarse en el tratamiento de los materiales celulosicos o lignocelulosicos. Despues de que los iones se han generado, se aceleran tfpicamente en uno o mas de diversos tipos de aceleradores, y luego se dirigen a incidir sobre 45 los materiales celulosicos o lignocelulosicos.

(i) Iones de hidrogeno

Los iones de hidrogeno se pueden generar usando una diversidad de diferentes procedimientos en una fuente de 50 iones. Tfpicamente, los iones de hidrogeno se introducen en una camara de ionizacion de una fuente de iones, y los iones se producen suministrando energfa a las moleculas de gas. Durante el funcionamiento, dichas camaras pueden producir corrientes de iones grandes adecuadas para sembrar un acelerador de iones aguas abajo.

En algunas realizaciones, los iones de hidrogeno se producen a traves de ionizacion de campo de gas hidrogeno. 55 Un diagrama esquematico de una fuente de ionizacion de campo se muestra en la FIG. 10. La fuente de ionizacion de campo 1100 incluye una camara 1170 en la que tiene lugar la ionizacion de moleculas de gas (por ejemplo, moleculas de gas hidrogeno). Las moleculas de gas 1150 entran en la camara 1170 fluyendo a lo largo de la direccion 1155 en el tubo de suministro 1120. La fuente de ionizacion de campo 1100 incluye un electrodo de ionizacion 1110. Durante el funcionamiento, se aplica un potencial grande Ve (relativo a un potencial de tierra del 60 sistema comun) al electrodo 1110. Las moleculas 1150 que circulan dentro de una region adyacente al electrodo

1110 se ionizan por el campo electrico que es resultado del potencial Ve. Tambien durante la operacion, se aplica un potencial de extraccion Vx a los extractores 1130. Los iones recien formados migran hacia los extractores 1130 bajo la influencia de los campos electricos de los potenciales Ve y Vx. En efecto, los iones recien formados experimentan fuerzas repulsivas con relacion al electrodo de ionizacion 1110, y fuerzas de atraccion relativas a los extractores 5 1130. Como resultado, algunos de los iones recien formados entran en el tubo de descarga 1140 y se propagan a lo largo de la direccion 1165 bajo la influencia de potenciales Ve y Vx.

Dependiendo del signo del potencial Ve (con respecto al potencial de tierra comun), se pueden formar tanto iones cargados positivamente como negativamente. Por ejemplo, en algunas realizaciones, se puede aplicar un potencial 10 positivo al electrodo 1110 y se puede aplicar un potencial negativo a los extractores 1130. Los iones de hidrogeno cargados positivamente (por ejemplo, protones H+) que se generan en la camara 1170 se repelen del electrodo 1110 y hacia los extractores 1130. Como resultado, la corriente de partfculas descargada 1160 incluye iones de hidrogeno cargados positivamente que son transportados a un sistema inyector.

15 En ciertas realizaciones, se puede aplicar un potencial negativo al electrodo 1110 y se puede aplicar un potencial positivo a los extractores 1130. Los iones de hidrogeno cargados negativamente (por ejemplo, iones hidruro H") que se generan en la camara 1170 se repelen lejos del electrodo 1110 y hacia los extractores 1130. La corriente de partfculas descargada 1160 incluye iones hidrogeno cargados negativamente, los cuales luego se transportan a un sistema inyector.

20

En algunas realizaciones, tanto los iones de hidrogeno positivos como negativos pueden producirse a traves de calentamiento termico directo de hidrogeno gaseoso. Por ejemplo, el gas hidrogeno se puede dirigir a entrar en una camara de calentamiento que se evacua para eliminar oxfgeno residual y otros gases. El gas hidrogeno se puede entonces calentar mediante un elemento calefactor para producir especies ionicas. Los elementos calefactores 25 adecuados incluyen, por ejemplo, electrodos de descarga de arco, filamentos de calentamiento, serpentines de calentamiento y una diversidad de otros elementos de transferencia termica.

En ciertas realizaciones, cuando se producen iones de hidrogeno a traves de emision de campo o calentamiento termico, pueden producirse diversas especies de iones de hidrogeno, incluyendo especies de iones cargadas tanto 30 positivamente como negativamente, y especies de iones cargados de forma individual y multiple. Las diversas especies de iones pueden separarse entre si a traves de uno o mas separadores electrostaticos y/o magneticos. La FIG. 11 muestra un diagrama esquematico de un separador electrostatico 1175 que esta configurado para separar una pluralidad de especies de iones de hidrogeno entre si. El separador electrostatico 1175 incluye un par de electrodos paralelos 1180 a los que se aplica un potencial Vs mediante una fuente de tension (no mostrada). El flujo 35 de partfculas 1160, que se propaga en la direccion indicada por la flecha, incluye una diversidad de especies de iones cargados positivamente y negativamente, y de carga individual y multiple. A medida que las diversas especies de iones pasan a traves de los electrodos 1180, el campo electrico entre los electrodos desvfa las trayectorias de iones de acuerdo con la magnitud y el signo de las especies de iones. En la FIG. 11, por ejemplo, el campo electrico apunta desde el electrodo inferior hacia el electrodo superior en la region entre los electrodos 1180. Como resultado, 40 los iones cargados positivamente se desvfan a lo largo de una trayectoria ascendente en la FIG. 11, y los iones cargados negativamente se desvfan a lo largo de una trayectoria descendente. Los haces de iones 1162 y 1164 corresponden a especies de iones cargados positivamente, teniendo la especie ionica en el haz ionico 1162 una carga positiva mayor que la especie ionica es el haz 1164 (por ejemplo, debido a la mayor carga positiva de los iones en el haz 1162, el haz es desviado en mayor medida).

45

De forma similar, los haces de iones 1166 y 1168 corresponden cada uno a especies de iones cargados negativamente, teniendo las especies de iones en el haz de iones 1168 una carga negativa mayor que las especies de iones en el haz de iones 1166 (y siendo asf desviadas en mayor medida por el campo electrico entre los electrodos 1180). El haz 1169 incluye partfculas neutras originalmente presentes en la corriente de partfculas 1160; 50 las partfculas neutras son se ven afectadas en gran parte por el campo electrico entre los electrodos 1180, y por lo tanto pasan indefinidas a traves de los electrodos. Cada una de las corrientes de partfculas separadas entra en uno de los tubos de suministro 1192, 1194, 1196, 1198 y 1199, y puede suministrarse a un sistema inyector para una aceleracion posterior de las partfculas, o dirigirse para incidir directamente sobre el material celulosico o lignocelulosico. Como alternativa, o, ademas, puede bloquearse cualquiera o todas las corrientes de partfculas 55 separadas para evitar que las especies ionicas y/o atomicas alcancen material celulosico o lignocelulosico. Como otra alternativa mas, ciertas corrientes de partfculas pueden combinarse y luego dirigirse a un sistema inyector y/o dirigirse para incidir directamente sobre el material celulosico o lignocelulosico usando tecnicas conocidas.

En general, los separadores de haz de partfculas tambien pueden utilizar campos magneticos ademas de, o en lugar 60 de, campos electricos para desviar partfculas cargadas. En algunas realizaciones, los separadores de haz de

partfculas incluyen multiples pares de electrodos, donde cada par de electrodos genera un campo electrico que desvfa las partfculas que pasan a traves del mismo. Como alternativa, o, ademas, los separadores de haz de partfculas pueden incluir uno o mas deflectores magneticos que estan configurados para desviar partfculas cargadas de acuerdo con la magnitud y el signo de las cargas de partfculas.

5

(ii) lones de gas noble

Los atomos de gas noble (por ejemplo, atomos de helio, atomos de neon, atomos de argon) forman iones cargados positivamente cuando actuan sobre campos electricos relativamente fuertes. Por lo tanto, los procedimientos para 10 generar iones de gas noble tfpicamente incluyen la generacion de un campo electrico de alta intensidad, e introducir entonces atomos de gas nobles en la region de campo para causar ionizacion de campo de los atomos de gas. Un diagrama esquematico de un generador de ionizacion de campo para iones de gas noble (y tambien para otros tipos de iones) se muestra en la FIG. 12. El generador de ionizacion de campo 1200 incluye un electrodo conico 1220 situado dentro de una camara 1210. Una bomba de vacfo 1250 esta en comunicacion de fluido con el interior de la 15 camara 1210 a traves de la entrada 1240 y reduce la presion de los gases de fondo dentro de la camara 1210 durante el funcionamiento. Uno o mas atomos de gas noble 1280 son admitidos en la camara 1210 a traves del tubo de entrada 1230.

Durante el funcionamiento, se aplica un potencial positivo relativamente alto Vt (por ejemplo, positivo con respecto a 20 una tierra externa comun) al electrodo conico 1220. Los atomos de gas noble 1280 que entran en una region de espacio que rodea la punta del electrodo 1220 son ionizados por el campo electrico fuerte que se extiende desde la punta; los atomos de gas pierden un electron de la punta, y forman iones de gas noble cargados positivamente.

Los iones de gas noble cargados positivamente se aceleran lejos de la punta, y una cierta fraccion de los iones de 25 gas 1290 pasan a traves del extractor 1260 y salen de la camara 1210, a una columna optica ionica que incluye la lente 1270, que ademas desvfa y/o enfoca los iones.

El electrodo 1220 esta ahusado para aumentar la magnitud del campo electrico local en la region proxima al vertice de la punta. Dependiendo de la agudeza del ahusamiento y de la magnitud del potencial Vt, la region del espacio en 30 la camara 1210 dentro de la cual tiene lugar la ionizacion de atomos de gas noble puede controlarse relativamente bien. Como resultado, se puede obtener un haz relativamente bien colimado de iones de gas noble 1290 despues del extractor 1260.

Como se analizo anteriormente en relacion con iones hidrogeno, el haz resultante de iones de gas noble 1290 puede 35 ser transportado a traves de una columna optica de partfcula cargada que incluye diversos elementos opticos de partfcula para desviar y/o enfocar el haz de iones de gas noble. El haz de iones de gas noble tambien puede pasar a traves de un separador electrostatico y/o magnetico, como se ha analizado anteriormente en relacion con la FIG. 11.

Los iones de gas noble que se pueden producir en el generador de ionizacion de campo 1200 incluyen iones de 40 helio, iones de neon, iones de argon y iones de kripton. Ademas, el generador de ionizacion de campo 1200 puede usarse para generar iones de otras especies qufmicas gaseosas, incluyendo hidrogeno, nitrogeno y oxfgeno.

Los iones de gas noble pueden tener ventajas particulares con respecto a otras especies de iones cuando se trata material celulosico o lignocelulosico. Por ejemplo, si bien los iones de gas noble pueden reaccionar con materiales 45 celulosicos o lignocelulosicos, los iones de gas noble no neutralizados (por ejemplo, atomos de gas noble) que se producen a partir de tales reacciones son generalmente inertes, y no reaccionan adicionalmente con el material celulosico o lignocelulosico. Ademas, los atomos de gas noble neutros no permanecen incrustados en el material celulosico o lignocelulosico, sino que difunden fuera del material. Los gases nobles son no toxicos y pueden utilizarse en grandes cantidades sin consecuencias adversas para la salud humana o el medio ambiente.

50

(iii) Carbono, oxfgeno y nitrogeno

Tfpicamente pueden producirse iones de carbono, oxfgeno y nitrogeno por ionizacion de campo en un sistema tal como la fuente de ionizacion de campo 1100 o el generador de ionizacion de campo 1200. Por ejemplo, las 55 moleculas de gas oxfgeno y/o los atomos de oxfgeno (por ejemplo, producidos por calentamiento de gas oxfgeno) se puede introducir en una camara, donde las moleculas de oxfgeno y/o atomos son ionizados en el campo para producir iones de oxfgeno. Dependiendo del signo del potencial aplicado al electrodo de ionizacion de campo, se pueden producir iones de oxfgeno cargados positivamente y/o negativamente. Las especies de iones deseadas pueden seleccionarse preferiblemente entre diversas especies de iones y atomos y moleculas neutros mediante un 60 selector de partfculas electrostaticas y/o magneticas, como se muestra en la FIG. 11.

Como otro ejemplo, se pueden introducir moleculas de gas nitrogeno en la camara de la fuente de ionizacion de campo 1100 o generador de ionizacion de campo 1200, y se ionizan para formar iones de nitrogeno cargados positivamente y/o negativamente por el campo electrico relativamente fuerte dentro de la camara. Las especies 5 ionicas deseadas pueden separarse luego de otras especies ionicas y neutras a traves de un separador electrostatico y/o magnetico, como se muestra en la FIG. 11.

Para formar iones de carbono, se pueden suministrar atomos de carbono a la camara de la fuente de ionizacion de campo 1100 o del generador de ionizacion de campo 1200, en los que los atomos de carbono pueden ionizarse para 10 formar iones de carbono cargados positivamente y/o negativamente. Las especies ionicas deseadas pueden separarse luego de otras especies ionicas y neutras a traves de un separador electrostatico y/o magnetico, como se muestra en la FIG. 11. Los atomos de carbono que se suministran a la camara de la fuente de ionizacion de campo 1100 o del generador de ionizacion de campo 1200 pueden producirse calentando un objetivo a base de carbono (por ejemplo, un objetivo de grafito) para causar la emision termica de atomos de carbono del objetivo. El objetivo 15 puede colocarse en una proximidad relativamente cercana a la camara, de manera que los atomos de carbono emitidos entran en la camara directamente despues de la emision.

(iv) Iones mas pesados

20 Los iones de atomos mas pesados tales como sodio y hierro se pueden producir a traves de una serie de procedimientos. Por ejemplo, en algunas realizaciones, los iones pesados tales como los iones sodio y/o hierro se producen a traves de emision termionica de un material objetivo que incluye sodio y/o hierro, respectivamente. Los materiales diana adecuados incluyen materiales tales como silicatos de sodio y/o silicatos de hierro. Los materiales diana incluyen tfpicamente otros materiales inertes tales como beta-alumina. Algunos materiales diana son 25 materiales de zeolita, e incluyen canales formados en los mismos para permitir el escape de iones del material objetivo.

La FIG. 13 muestra una fuente de emision termoionica 1300 que incluye un elemento de calentamiento 1310 que contacta con un material objetivo 1330, los cuales estan posicionados dentro de una camara evacuada 1305. El 30 elemento de calentamiento 1310 se controla por el controlador 1320, que regula la temperatura del elemento de calentamiento 1310 para controlar la corriente de iones generada a partir del material objetivo 1330. Cuando se suministra suficiente calor al material objetivo 1330, la emision termionica del material objetivo genera una corriente de iones 1340. Los iones 1340 pueden incluir iones cargados positivamente de materiales tales como sodio, hierro y otras especies atomicas relativamente pesadas (por ejemplo, otros iones metalicos). Los iones 1340 pueden 35 entonces colimarse, enfocarse y/o de otra manera desviarse por electrodos electrostaticos y/o magneticos 1350, que tambien pueden suministrar iones 1340 a un inyector.

La emision termionica para formar iones de especies atomicas relativamente pesadas tambien se analiza, por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos N.° 4.928.033, titulada "Thermionic Ionization Source".

40

En ciertas realizaciones, pueden producirse iones relativamente pesados tales como iones de sodio y/o iones de hierro por descarga de microondas. La FIG. 14 muestra un diagrama esquematico de una fuente de descarga de microondas 1400 que produce iones de atomos relativamente pesados tales como sodio y hierro. La fuente de descarga 1400 incluye un generador de campo de microondas 1410, un tubo de gufa de ondas 1420, un 45 concentrador de campo 1430 y una camara de ionizacion 1490. Durante el funcionamiento, el generador de campo 1410 produce un campo de microondas que se propaga a traves de la gufa de ondas 1420 y el concentrador 1430; el concentrador 1430 aumenta la intensidad de campo limitando espacialmente el campo, como se muestra en la FIG. 14. El campo de microondas entra en la camara de ionizacion 1490. En una primera region dentro de la camara 1490, un solenoide 1470 produce un fuerte campo magnetico 1480 en una region de espacio que tambien incluye el 50 campo de microondas. La fuente 1440 entrega los atomos 1450 a esta region del espacio. El campo de microondas concentrado ioniza los atomos 1450, y el campo magnetico 1480 generado por el solenoide 1470 confina los atomos ionizados para formar un plasma localizado. Una porcion del plasma sale de la camara 1490 como iones 1460. Los iones 1460 pueden entonces desviarse y/o enfocarse por uno o mas elementos electrostaticos y/o magneticos, y suministrarse a un inyector.

55

Los atomos 1450 de materiales tales como sodio y/o hierro pueden generarse por emision termica de un material objetivo, por ejemplo. Los materiales objetivo adecuados incluyen materiales tales como silicatos y otras sales estables, incluyendo materiales a base de zeolita. Los materiales objetivo adecuados tambien pueden incluir metales (por ejemplo, hierro), que pueden recubrirse con un material base inerte tal como un material de vidrio.

Las fuentes de descarga de microondas tambien se analizan, por ejemplo, en las siguientes Patentes de Estados Unidos: Patente de Estados Unidos N.° 4,409,520, titulada "Microwave Discharge Ion Source", y la Patente de Estados Unidos N.° 6.396.211, titulada "Microwave Discharge Type Electrostatic Accelerator Having Upstream and 5 Downstream Acceleration Electrodes".

Fuentes de haz de partfculas

Las fuentes de haz de partfculas que generan haces para su uso en la irradiacion de material celulosico o 10 lignocelulosico incluyen tfpicamente tres grupos de componentes: un inyector, que genera o recibe iones e introduce los iones en un acelerador; un acelerador, que recibe los iones del inyector y aumenta la energfa cinetica de los iones; y elementos de acoplamiento de salida, que manipulan el haz de iones acelerados.

(i) Inyectores

15

Los inyectores pueden incluir, por ejemplo, cualquiera de las fuentes de iones analizadas en las secciones anteriores, que suministran una corriente de iones para una aceleracion posterior. Los inyectores pueden incluir tambien diversos tipos de elementos opticos de partfculas electrostaticas y/o magneticas, incluyendo lentes, deflectores, colimadores, filtros y otros elementos de este tipo. Estos elementos pueden utilizarse para acondicionar 20 el haz de iones antes de entrar en el acelerador; es decir, estos elementos pueden usarse para controlar las caracterfsticas de propagacion de los iones que entran en el acelerador. Los inyectores pueden incluir tambien elementos electrostaticos y/o magneticos de aceleracion previa que aceleran las partfculas cargadas hasta un umbral de energfa seleccionado antes de entrar en el acelerador. Un ejemplo de un inyector se muestra en Iwata, Y. et al.

25

(ii) Aceleradores

Un tipo de acelerador que se puede usar para acelerar los iones producidos usando las fuentes analizadas anteriormente es un Dynamitron® (disponible, por ejemplo, en Radiation Dynamics Inc., ahora una unidad de IBA, 30 Louvain-la-Neuve, Belgica). Un diagrama esquematico de un acelerador Dynamitron® 1500 se muestra en la FIG. 6 y se ha analizado anteriormente.

Otro tipo de acelerador que se puede utilizar para acelerar iones para el tratamiento de material celulosico o lignocelulosico es un acelerador Rhodotron® (disponible, por ejemplo, en IBA, Louvain-la-Neuve, Belgica). En 35 general, los aceleradores de tipo Rhodotron incluyen una unica cavidad de recirculacion a traves de la cual los iones que se estan acelerando hacen multiples pases. Como resultado, los aceleradores Rhodotron® pueden operarse de modo continuo con corrientes ionicas continuas relativamente altas.

La FIG. 15 muestra un diagrama esquematico de un acelerador Rhodotron® 1700. El acelerador 1700 incluye un 40 inyector 1710 que introduce iones acelerados en la cavidad de recirculacion 1720. Una fuente de campo electrico 1730 esta situada dentro de una camara interna 1740 de la cavidad 1720, y genera un campo electrico radial oscilante. La frecuencia de oscilacion del campo radial se selecciona para que coincida con el tiempo de transito de los iones inyectados a traves de un pase de la cavidad de recirculacion 1720. Por ejemplo, un ion cargado positivamente se inyecta en la cavidad 1720 por el inyector 1710 cuando el campo electrico radial en la cavidad tiene 45 una amplitud nula. A medida que el ion se propaga hacia la camara 1740, la amplitud del campo radial en la camara 1740 aumenta hasta un valor maximo, y luego disminuye de nuevo. El campo radial apunta hacia dentro hacia la camara 1740, y el ion se acelera por el campo radial. El ion pasa a traves de un orificio en la pared de la camara interior 1740, atraviesa el centro geometrico de la cavidad 1720, y pasa a traves de otro orificio en la pared de la camara interior 1740. Cuando el ion se coloca en la entrada de la cavidad 1720, la amplitud de campo electrico 50 dentro de la cavidad 1720 se ha reducido a cero (o casi cero). A medida que el ion emerge de la camara interior 1740, la amplitud del campo electrico en la cavidad 1720 comienza a aumentar de nuevo, pero el campo ahora esta orientado radialmente hacia fuera. La magnitud del campo durante la segunda mitad del pase del ion a traves de la cavidad 1720 alcanza de nuevo un maximo y luego comienza a disminuir. Como resultado, el ion positivo se acelera de nuevo por el campo electrico cuando el ion completa la segunda mitad de una primera cavidad pasante 1720.

55

Tras alcanzar la pared de la cavidad 1720, la magnitud del campo electrico en la cavidad 1720 es cero (o casi cero) y el ion pasa a traves de una apertura en la pared y encuentra uno de los imanes de deflexion del haz 1750. Los iones de deflexion de haz invierten esencialmente la trayectoria del ion, como se muestra en la Fig. 15, dirigiendo el ion para volver a entrar en la cavidad 1720 a traves de otra apertura en la pared de la camara. Cuando el ion vuelve 60 a entrar en la cavidad 1720, el campo electrico en el mismo comienza a aumentar de nuevo en amplitud, pero ahora

esta orientado de nuevo radialmente hacia dentro. El segundo pase y posteriores de la cavidad pasante de iones 1720 siguen un patron similar, de manera que la orientacion del campo electrico siempre coincide con la direccion del movimiento del ion, y el ion se acelera en cada pase (y cada medio pase) a traves de cavidad 1720.

5 Como se muestra en la FIG. 15, despues de seis pases a traves de la cavidad 1720, el ion acelerado se acopla fuera de la cavidad 1720 como una porcion del haz de iones acelerado 1760. El haz de iones acelerado pasa a traves de uno o mas elementos opticos de partfculas electrostaticas y/o magneticas 1770 que pueden incluir lentes, colimadores, deflectores de haz, filtros y otros elementos opticos. Por ejemplo, bajo el control de una unidad logica externa, los elementos 1770 pueden incluir un deflector electrostatico y/o magnetico que barre el haz acelerado 1760 10 a traves de una region plana bidimensional orientada perpendicularmente a la direccion de propagacion del haz 1760.

Los Iones que se inyectan en la cavidad 1720 se aceleran en cada pase a traves de la cavidad 1720. En general, por lo tanto, para obtener haces acelerados que tienen diferentes energfas de iones promedio, el acelerador 1700 puede 15 incluir mas de un acoplamiento de salida. Por ejemplo, en algunas realizaciones, uno o mas de los imanes de desviacion 1750 pueden modificarse para permitir que una parte de los iones que alcanzan los imanes sean acoplados fuera del acelerador 1700, y una porcion de los iones que se devuelvan a la camara 1720. Por lo tanto, los multiples haces de salida acelerados se pueden obtener del acelerador 1700, correspondiendo cada haz a una energfa de iones promedio que esta relacionada con el numero de pases a traves de la cavidad 1720 para los iones 20 en el haz.

El acelerador 1700 incluye 5 imanes de deflexion 1750, y los iones inyectados en la cavidad 1720 hacen 6 pases a traves de la cavidad. En general, sin embargo, el acelerador 1700 puede incluir cualquier numero de imanes de deflexion, y los iones inyectados en la cavidad 1720 pueden hacer cualquier numero correspondiente de pases a 25 traves de la cavidad. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el acelerador 1700 puede incluir al menos 6 imanes de deflexion y los iones pueden hacer al menos 7 pases a traves de la cavidad (por ejemplo, al menos 7 imanes de deflexion y 8 pases a traves de la cavidad, al menos 8 imanes de deflexion y 9 pases a traves de la cavidad, al menos 9 imanes de deflexion y 10 pases a traves de la cavidad, al menos 10 imanes de deflexion y 11 pases a traves de la cavidad).

30

Tfpicamente, el campo electrico generado por la fuente de campo 1730 proporciona una ganancia de pase de cavidad unica de aproximadamente 1 MeV a un ion inyectado. En general, sin embargo, son posibles mayores ganancias de pase unico proporcionando un campo electrico de mayor amplitud dentro de la cavidad 1720. En algunas realizaciones, por ejemplo, la ganancia de pase de cavidad individual es de aproximadamente 1,2 MeV o 35 mas (por ejemplo, 1,3 MeV o mas, 1,4 MeV o mas, 1,5 MeV o mas, 1,6 MeV o mas, 1,8 MeV o mas, 2,0 MeV o mas, 2,5 MeV o mas).

La ganancia de pase de una cavidad individual depende tambien de la magnitud de la carga transportada por el ion inyectado. Por ejemplo, los iones que soportan cargas multiples experimentaran una ganancia de cavidad de pase 40 unico mas alta que los iones que soportan cargas unicas, para el mismo campo electrico dentro de la cavidad. Como resultado, la ganancia de cavidad de pase unico del acelerador 1700 puede aumentarse adicionalmente inyectando iones que tienen cargas multiples.

En la descripcion anterior del acelerador 1700, se inyecto un ion cargado positivamente en la cavidad 1720. El 45 acelerador 1700 tambien puede acelerar los iones cargados negativamente. Para ello, se inyectan los iones cargados negativamente de manera que la direccion de sus trayectorias este desfasada con la direccion del campo electrico radial. Es decir, los iones cargados negativamente se inyectan de manera que en cada cavidad pasante de semi-pase 1720, la direccion de la trayectoria de cada ion es opuesta a la direccion del campo electrico radial. La consecucion de esto implica simplemente ajustar el tiempo al que se inyectan iones cargados negativamente en la 50 cavidad 1720. Por consiguiente, el acelerador 1700 es capaz de acelerar simultaneamente iones que tienen la misma masa aproximada, pero cargas opuestas. Mas en general, el acelerador 1700 es capaz de acelerar simultaneamente diferentes tipos de iones tanto cargados positivamente como negativamente (y ambos cargados de forma individual y multiple), con la condicion de que los tiempos de transito de los iones a traves de la cavidad 1720 sean relativamente similares. En algunas realizaciones, el acelerador 1700 puede incluir multiples acoplamientos de 55 salida, proporcionando diferentes tipos de haces de iones acelerados que tienen energfas similares o diferentes.

Otros tipos de aceleradores tambien se pueden usar para acelerar iones para irradiacion de material celulosico o lignocelulosico. Por ejemplo, en algunas realizaciones, los iones pueden acelerarse a energfas medias relativamente altas en aceleradores a base de ciclotron y/o sincrotron. La construccion y el funcionamiento de tales aceleradores 60 se conoce bien en la tecnica. Como otro ejemplo, en algunas realizaciones, pueden utilizarse fuentes de iones tipo

Penning para generar y/o acelerar iones para tratar material celulosico o lignocelulosico. El diseno de las fuentes de tipo Penning se analiza en la seccion 7.2.1 de Prelec (1997).

Los aceleradores estaticos y/o dinamicos de diversos tipos tambien pueden usarse para acelerar iones. Los 5 aceleradores estaticos incluyen tfpicamente una pluralidad de lentes electrostaticas que se mantienen a diferentes tensiones de corriente continua. Seleccionando valores apropiados de las tensiones aplicadas a cada uno de los elementos de lente, los iones introducidos en el acelerador pueden acelerarse a una energfa final seleccionada. La FIG. 16 muestra un diagrama esquematico simplificado de un acelerador estatico 1800 que esta configurado para acelerar iones para tratar material celulosico o lignocelulosico 1835. El acelerador 1800 incluye una fuente de iones 10 1810 que produce iones e introduce los iones en una columna de iones 1820. La columna de iones 1820 incluye una pluralidad de lentes electrostaticas 1825 que aceleran los iones generados por la fuente de iones 1810 para producir un haz de iones 1815. Se aplican tensiones de corriente continua a las lentes 1825; los potenciales de las lentes permanecen aproximadamente constantes durante el funcionamiento. En general, el potencial electrico dentro de cada lente es constante, y los iones del haz de iones 1815 se aceleran en los huecos entre las diversas lentes 1825. 15 La columna de iones 1820 tambien incluye una lente de deflexion 1830 y una lente de colimacion 1832. Estas dos lentes operan para dirigir el haz de iones 1815 a una posicion seleccionada sobre material celulosico o lignocelulosico 1835, y para enfocar el haz de iones 1815 sobre el material celulosico o lignocelulosico.

Aunque la FIG. 16 muestra una realizacion particular de un acelerador estatico, son posibles muchas otras 20 variaciones y adecuadas para tratar material celulosico o lignocelulosico. En algunas realizaciones, por ejemplo, se pueden intercambiar las posiciones relativas de la lente de deflexion 1830 y la lente de colimacion 1832 a lo largo de la columna de iones 1820. Tambien pueden estar presentes lentes electrostaticas adicionales en la columna de iones 1820, y la columna de iones 1820 puede incluir ademas elementos opticos magnetostaticos. En ciertas realizaciones, pueden estar presentes una amplia diversidad de elementos adicionales en la columna de iones 1820, 25 incluyendo deflectores (por ejemplo, deflectores cuadrupolares, hexapolares y/o octopolares), elementos de filtracion tales como aperturas para eliminar especies no deseadas (por ejemplo, especies neutras y/o ciertas especies ionicas) del haz de iones 1815, extractores (por ejemplo, para establecer un perfil espacial para el haz de iones 1815), y otros elementos electrostaticos y/o magnetostaticos.

30 Los aceleradores lineales dinamicos - a menudo denominados LINACS - tambien se pueden usar para generar un haz de iones que puede usarse para tratar material celulosico o lignocelulosico. Tfpicamente, los aceleradores lineales dinamicos incluyen una columna de iones con una serie lineal de cavidades de radiofrecuencia, cada uno de los cuales produce un campo de radiofrecuencia (RF) oscilante e intenso que se cronometra para coincidir con la inyeccion y propagacion de iones en la columna de iones. Como ejemplo, se pueden usar dispositivos tales como 35 klystrons para generar los campos de RF en las cavidades. Al hacer coincidir las oscilaciones del campo con los tiempos de inyeccion de los iones, las cavidades de RF pueden acelerar los iones a altas energfas sin tener que mantener los potenciales maximos durante largos perfodos de tiempo. Como resultado, los LINACS tfpicamente no tienen los mismos requisitos de blindaje que los aceleradores de cC, y son tfpicamente de menor longitud. LINACS operan tfpicamente a frecuencias de 3 GHz (banda S, tfpicamente limitada a potencia relativamente baja) y 1 GHz 40 (banda L, capaz de un funcionamiento de potencia significativamente mayor). Los LINACS tfpicos tienen una longitud total de 2-4 metros.

Un diagrama esquematico de un acelerador lineal dinamico 1850 (por ejemplo, un LINAC) se muestra en la FIG. 17. El LINAC 1850 incluye una fuente de iones 1810 y una columna de iones 1855 que incluye tres cavidades de 45 aceleracion 1860, un deflector 1865 y una lente de enfoque 1870. El deflector 1865 y la lente de enfoque 1870 funcionan para dirigir y enfocar el haz de iones 1815 sobre material celulosico o lignocelulosico 1835 despues de la aceleracion, como se ha analizado anteriormente. Las cavidades de aceleracion 1860 estan formadas por un material conductor tal como cobre, y funcionan como una gufa de ondas para los iones acelerados. Los Klystrons 1862, conectados a cada una de las cavidades 1860, generan los campos de RF dinamicos que aceleran los iones 50 dentro de las cavidades. Los Klystrons 1862 estan configurados individualmente para producir campos de RF que, juntos, aceleran los iones en el haz de iones 1815 hasta una energfa seleccionada final antes de incidir sobre el material celulosico o lignocelulosico 1835.

Como se ha analizado anteriormente en relacion con los aceleradores estaticos, son posibles muchas variaciones 55 del acelerador dinamico 1850 y se pueden usar para producir un haz de iones para tratar material celulosico o lignocelulosico. Por ejemplo, en algunas realizaciones, pueden estar presentes lentes electrostaticas adicionales en la columna de iones 1855, y la columna de iones 1855 puede incluir ademas elementos opticos magnetostaticos. En ciertas realizaciones, pueden estar presentes una amplia diversidad de elementos adicionales en la columna de iones 1855, incluyendo deflectores (por ejemplo, deflectores cuadrupolares, hexapolares y/o octopolares), elementos 60 de filtracion tales como aperturas para eliminar especies no deseadas (por ejemplo, especies neutras y/o ciertas

especies ionicas) del haz de iones 1815, extractores (por ejemplo, para establecer un perfil espacial para el haz de iones 1815), y otros elementos electrostaticos y/o magnetostaticos. Ademas de los aceleradores estaticos y dinamicos especfficos analizados anteriormente, otros sistemas de aceleradores adecuados incluyen, por ejemplo: Sistemas de tipo transformadores de nucleo aislado de corriente continua (ICT), disponibles en Nissin High Voltage, 5 Japon; LINACS de banda S, disponible en L3-PSD (Estados Unidos), Linac Systems (Francia), Mevex (Canada) y Mitsubishi Heavy Industries (Japon); LINACS de banda L, disponible en lotron Industries (Canada); y los aceleradores basados en ILU, disponibles en Budker Laboratories (Rusia).

En algunas realizaciones, los aceleradores basados en van de Graaff pueden usarse para producir y/o acelerar 10 iones para el tratamiento posterior de material celulosico o lignocelulosico. La FIG. 18 muestra una realizacion de un acelerador de van de Graaff 1900 que incluye un electrodo de cubierta esferico 1902 y una correa aislante 1906 que recircula entre el electrodo 1902 y una base 1904 del acelerador 1900. Durante el funcionamiento, la correa aislante 1906 se desplaza sobre las poleas 1910 y 1908 en la direccion mostrada por la flecha 1918, y trasporta la carga al electrodo 1902. La carga se elimina de la correa 1906 y se transfiere al electrodo 1902, de manera que la magnitud 15 del potencial electrico sobre el electrodo 1902 aumenta hasta que el electrodo 1902 es descargado por una chispa (o, como alternativa, hasta que la corriente de carga sea equilibrada por una corriente de carga).

La polea 1910 esta conectada a tierra, como se muestra en la FIG. 18. Una descarga de corona se mantiene entre una serie de puntos o un cable fino en un lado de la correa 1906. El cable 1914 esta configurado para mantener la 20 descarga de corona en el acelerador 1900. El cable 1914 se mantiene a un potencial positivo, de manera que la correa 1906 intercepta iones positivos que se mueven del cable 1914 a la polea 1910. A menudo que se mueve la correa 1906 en la direccion de la flecha 1918, las cargas interceptadas son llevadas al electrodo 1902, donde son eliminadas de la correa 1906 por una punta de aguja 1916 y se transfieren al electrodo 1902. Como resultado, se acumulan cargas positivas sobre la superficie del electrodo 1902; estas cargas pueden ser descargadas de la 25 superficie del electrodo 1902 y se usan para tratar material celulosico o lignocelulosico. En algunas realizaciones, el acelerador 1900 puede configurarse para proporcionar iones cargados negativamente haciendo funcionar el cable 1914 y la punta de aguja 1916 con un potencial negativo con respecto a la polea conectada a tierra 1910.

En general, el acelerador 1900 puede configurarse para proporcionar una amplia diversidad de tipos diferentes de 30 cargas positivas y negativas para tratar material celulosico o lignocelulosico. Los tipos ejemplares de cargas incluyen electrones, protones, iones de hidrogeno, iones de carbono, iones de oxfgeno, iones de halogeno, iones metalicos y otros tipos de iones.

En ciertas realizaciones, los aceleradores en tandem (incluyendo aceleradores en tandem plegados) se pueden usar 35 para generar haces de iones para el tratamiento de material celulosico o lignocelulosico. Un ejemplo de un acelerador en tandem plegado 1950 se muestra en la FIG. 19. El acelerador 1950 incluye una columna de aceleracion 1954, un separador de carga 1956, un deflector de haz 1958 y una fuente de iones 1952.

Durante el funcionamiento, la fuente de iones 1952 produce un haz 1960 de iones cargados negativamente, que se 40 dirige para entrar en el acelerador 1950 a traves del puerto de entrada 1964. En general, la fuente de iones 1952 puede ser cualquier tipo de fuente de iones que produce iones cargados negativamente. Por ejemplo, las fuentes de iones adecuadas incluyen una fuente de iones negativos por fuente de bombardeo de cesio (SniCs), una fuente de iones de intercambio de carga de RF, o una fuente de iones de volumen toroidal (TORVIS). Cada una de las fuentes de iones ejemplares anteriores esta disponible, por ejemplo, en National Electrostatics Corporation (Middleton, Wl). 45

Una vez dentro del acelerador 1950, los iones negativos en el haz 1960 se aceleran acelerando la columna 1954. Tfpicamente, la columna de aceleracion 1954 incluye una pluralidad de elementos aceleradores tales como lentes electrostaticas. La diferencia de potencial aplicada en la columna 1954 para acelerar los iones negativos se puede generar usando diversos tipos de dispositivos. Por ejemplo, en algunas realizaciones, (por ejemplo, aceleradores 50 Pelletron®), el potencial se genera usando un dispositivo de carga Pelletron®. Los dispositivos Pelletron® incluyen una correa portadora de carga que esta formada a partir de una pluralidad de eslabones de metal (por ejemplo, de acero) o granulos que estan puenteados por conectores aislantes (por ejemplo, formados a partir de un material tal como nylon). Durante el funcionamiento, la correa recircula entre un par de poleas, una de las cuales se mantiene al potencial de tierra. A medida que la correa se mueve entre la polea conectada a tierra y la polea opuesta (por 55 ejemplo, la polea terminal), los granulos metalicos se cargan positivamente por induccion. Al llegar a la polea terminal, se retira la carga positiva que se ha acumulado en la correa, y los granulos se cargan negativamente cuando salen de la polea terminal y vuelven a la polea conectada a tierra.

El dispositivo Pelletron® genera un gran potencial positivo dentro de la columna 1954 que se usa para acelerar los 60 iones negativos del haz 1960. Despues de experimentar aceleracion en la columna 1954, el haz 1960 pasa a traves

del separador de carga 1956. El separador de carga 1956 puede implementarse como una lamina de metal delgada y/o un tubo que contiene un gas que separa los electrones de los iones negativos, por ejemplo. Los iones cargados negativamente se convierten de este modo en iones cargados positivamente que emergen del separador de carga 1956. Las trayectorias de los iones cargados positivamente emergentes se alteran de manera que los iones 5 cargados positivamente recorren la columna de aceleracion 1954, experimentando una segunda aceleracion en la columna antes de emerger como un haz ionico cargado positivamente 1962 desde el puerto de salida 1966. El haz de iones cargados positivamente 1962 puede usarse entonces para tratar material celulosico o lignocelulosico de acuerdo con los diversos procedimientos descritos en el presente documento.

10 Debido a la geometrfa plegada del acelerador 1950, los iones se aceleran a una energfa cinetica que corresponde al doble de la diferencia de potencial generada por el dispositivo de carga Pelletron®. Por ejemplo, en un acelerador Pelletron® de 2 MV, los iones hidruro que se introducen por la fuente de iones 1952 se aceleraran a una energfa intermedia de 2 MeV durante el primer pase a traves de la columna 1954, se convierten en iones positivos (por ejemplo, protones), y se aceleran a una energfa final de 4 MeV durante el segundo pase a traves de la columna 15 1954.

En ciertas realizaciones, la columna 1954 puede incluir elementos ademas de, o como alternativas al dispositivo de carga Pelletron®. Por ejemplo, la columna 1954 puede incluir elementos de aceleracion estaticos (por ejemplo, electrodos de corriente continua) y/o cavidades de aceleracion dinamica (por ejemplo, cavidades de tipo LINAC con 20 generadores de campo de RF de impulsos para aceleracion de partfculas). Los potenciales aplicados a los diversos dispositivos de aceleracion se seleccionan para acelerar los iones cargados negativamente del haz 1960.

Los aceleradores en tandem ejemplares, incluyendo aceleradores tanto plegados como no plegados, estan disponibles, por ejemplo, en National Electrostatics Corporation (Middleton, WI).

25

En algunas realizaciones, pueden usarse combinaciones de dos o mas de los diversos tipos de aceleradores para producir haces de iones que son adecuados para tratar material celulosico o lignocelulosico. Por ejemplo, se puede utilizar un acelerador en tandem plegado en combinacion con un acelerador lineal, un acelerador Rhodotron®, un Dynamitron®, un acelerador estatico, o cualquier otro tipo de acelerador para producir haces de iones. Los 30 aceleradores se pueden utilizar en serie, con el haz de iones de salida de un tipo de acelerador dirigido a entrar en otro tipo de acelerador para la aceleracion adicional. Como alternativa, se pueden usar multiples aceleradores en paralelo para generar multiples haces de iones. En ciertas realizaciones, pueden usarse multiples aceleradores del mismo tipo en paralelo y/o en serie para generar haces de iones acelerados.

35 En algunas realizaciones, pueden usarse multiples aceleradores similares y/o diferentes para generar haces de iones que tienen composiciones diferentes. Por ejemplo, se puede usar un primer acelerador para generar un tipo de haz de iones, mientras que puede usarse un segundo acelerador para generar un segundo tipo de haz de iones. Los dos haces de iones pueden entonces acelerarse cada vez mas en otro acelerador, o pueden usarse para tratar material celulosico o lignocelulosico.

40

Ademas, en ciertas realizaciones, puede usarse un unico acelerador para generar multiples haces de iones para tratar material celulosico o lignocelulosico. Por ejemplo, cualquiera de los aceleradores analizados en el presente documento (y otros tipos de aceleradores tambien) pueden modificarse para producir haces de iones de salida multiples subdividiendo una corriente de iones inicial introducida en el acelerador de una fuente de iones. Como 45 alternativa, o, ademas, un haz de iones cualquiera producido por cualquiera de los aceleradores descritos en el presente documento puede incluir solo un unico tipo de ion, o multiples tipos diferentes de iones.

En general, cuando se utilizan multiples aceleradores diferentes para producir uno o mas haces de iones para el tratamiento de material celulosico o lignocelulosico, los multiples aceleradores diferentes se pueden situar en 50 cualquier orden con respecto al otro. Esto proporciona una gran flexibilidad en la produccion de uno o mas haces de iones, cada uno de los cuales tiene propiedades cuidadosamente seleccionadas para tratar material celulosico o lignocelulosico (por ejemplo, para tratar diferentes componentes en material celulosico o lignocelulosico).

Los aceleradores de iones descritos en el presente documento tambien pueden usarse en combinacion con 55 cualquiera de las otras etapas de tratamiento descritas en el presente documento. Por ejemplo, en algunas realizaciones, pueden usarse electrones e iones en combinacion para tratar material celulosico o lignocelulosico. Los electrones e iones se pueden producir y/o acelerar por separado, y usarse para tratar material celulosico o lignocelulosico secuencialmente (en cualquier orden) y/o simultaneamente. En ciertas realizaciones, los haces de electrones y iones se pueden producir en un acelerador comun y se usan para tratar material celulosico o 60 lignocelulosico. Por ejemplo, muchos de los aceleradores de iones descritos en el presente documento pueden

configurarse para producir haces de electrones como una alternativa a, o, ademas, haces de iones. Por ejemplo, los aceleradores Dynamitron®, aceleradores Rhodotron® y LINAC pueden configurarse para producir haces de electrones para el tratamiento de material celulosico o lignocelulosico.

5 Ademas, el tratamiento de material celulosico o lignocelulosico con haces de iones puede combinarse con otras tecnicas tales como sonicacion. En general, el tratamiento basado en sonicacion puede ocurrir antes, durante o despues del tratamiento basado en iones. Otros tratamientos tales como el tratamiento con haz de electrones tambien pueden producirse en cualquier combinacion y/u orden con tratamiento ultrasonico y tratamiento con haz ionico.

10

Aditivos de papel

Cualquiera de los muchos aditivos y revestimientos utilizados en la industria papelera puede anadirse o aplicarse a los materiales fibrosos, papeles, o cualquier otro material y producto descrito en el presente documento. Los aditivos 15 incluyen cargas tales como carbonato de calcio, pigmentos plasticos, grafito, wollastonita, mica, vidrio, fibra de vidrio, sflice y talco; retardantes de llama inorganicos tales como trihidrato de alumina o hidroxido de magnesio; retardantes de llama organicos tales como compuestos organicos clorados o bromados; fibras de carbono; y fibras o polvos metalicos (por ejemplo, aluminio, acero inoxidable). Estos aditivos pueden reforzar, extender o cambiar propiedades electricas o mecanicas, propiedades de compatibilidad u otras propiedades. Otros aditivos incluyen almidon, lignina, 20 fragancias, agentes de acoplamiento, antioxidantes, opacificantes, estabilizadores termicos, colorantes tales como tintes y pigmentos, polfmeros, por ejemplo, polfmeros degradables, fotostabilizadores y biocidas. Los polfmeros degradables representativos incluyen polihidroxiacidos, por ejemplo, polilactidos, poliglicolidos y copolfmeros de acido lactico y acido glicolico, poli(acido (hidroxibutfrico), acido poli(hidroxivalerico), poli[lactida-co-(e-caprolactona)], poli[glicolido-co-(e-caprolactona)], policarbonatos, poli(aminoacidos), poli(hidroxialcanoato)s, polianhfdridos, 25 poliortoesteres y mezclas de estos polfmeros.

Cuando se incluyen aditivos, pueden estar presentes en cantidades, calculadas sobre una base en peso en seco, de menos de aproximadamente el 1 por ciento hasta aproximadamente el 80 por ciento, basado en el peso total del material fibroso. Mas tfpicamente, las cantidades varfan de entre aproximadamente el 0,5 por ciento a 30 aproximadamente el 50 por ciento en peso, por ejemplo, de aproximadamente el 0,5 por ciento a aproximadamente el 5 por ciento, el 10 por ciento, el 20 por ciento, el 30 por ciento o mas, por ejemplo, el 40 por ciento.

Cualquier aditivo descrito en el presente documento puede encapsularse, por ejemplo, secarse por pulverizacion o microencapsularse, por ejemplo, para proteger los aditivos del calor o la humedad durante la manipulacion.

35

Los revestimientos adecuados incluyen cualquiera de los muchos revestimientos utilizados en la industria del papel para proporcionar caracterfsticas de superficie especfficas, incluyendo caracterfsticas de rendimiento requeridas para aplicaciones de impresion particulares.

40 Como se ha mencionado anteriormente, se pueden incluir diversas cargas en el papel. Por ejemplo, cargas inorganicas tales como carbonato calcico (por ejemplo, carbonato calcico precipitado o carbonato calcico natural), arcilla aragonita, arcillas ortorrombicas, arcilla calcita, arcillas romboedricas, arcilla caolfnica, arcilla bentonita, fosfato dicalcico, fosfato tricalcico, pirofosfato calcico, metafosfato de sodio insoluble, carbonato de calcio precipitado, ortofosfato de magnesio, fosfato de trimagnesio, hidroxiapatitas, apatitas sinteticas, alumina, xerogel de sflice, 45 complejos de aluminosilicato de metal, silicatos de aluminio y sodio, silicato de zirconio, dioxido de silicio o combinaciones de los aditivos inorganicos. Las cargas pueden tener, por ejemplo, un tamano de partfcula superior a 1 micrometro, por ejemplo, superior a 2, 5, 10 o 25 micrometros o incluso superior a 35 micrometres.

Las cargas de escala de nanometro tambien se pueden usar solas, o junto con materiales fibrosos de cualquier 50 tamano y/o forma. Las cargas pueden estar en forma de, por ejemplo, partfculas, placas o fibras. Por ejemplo, pueden usarse nanometres de nanopartfculas, silicio y nanotubos de carbono, y nanocables de silicio y carbono. Las cargas pueden tener una dimension transversal inferior a 1000 nm, por ejemplo, inferior a 900, 800, 750, 600, 500, 350, 300, 250, 200 o 100 nm, o incluso inferior a 50 nm.

55 En algunas realizaciones, la nano-arcilla es una montmorillonita. Dichas arcillas estan disponibles en los productos de Nanocor, Inc. y Southern Clay, y se han descrito en las Patentes de Estados Unidos N.° 6.849.680 y 6.737.464. Las arcillas se pueden tratar superficialmente antes de mezclar en, por ejemplo, una resina o un material fibroso. Por ejemplo, la arcilla puede tratarse superficialmente de manera que su superficie sea de naturaleza ionica, por ejemplo, cationica o anionica.

Se pueden usar tambien cargas de escala nanometrica agregados o aglomerados o cargas de escala nanometrica que se ensamblan en estructuras supramoleculares, por ejemplo, estructuras supramoleculares autoensambladas. Las cargas agregadas o supramoleculares pueden estar abiertas o cerradas en estructura, y pueden tener una 5 diversidad de formas, por ejemplo, jaula, tubo o esferica.

Contenido de lignina

El papel puede contener lignina, por ejemplo, hasta el 1, 2, 3, 4, 5, 7,5, 10, 15, 20, o incluso el 25 % en peso de 10 lignina.

Este contenido de lignina puede ser el resultado de la lignina presente en el material o materiales lignocelulosicos usados para fabricar el papel. Como alternativa, o adicionalmente, se puede anadir lignina al papel como un aditivo, como se ha mencionado anteriormente. En este caso, la lignina se puede anadir como un solido, por ejemplo, en 15 forma de polvo u otro material particulado, o puede disolverse o dispersarse y anadirse de forma lfquida. En este ultimo caso, la lignina se puede disolver en disolvente o en un sistema disolvente. El disolvente o sistema de disolvente puede estar en forma de una fase unica o dos o mas fases. Los sistemas de disolvente para materiales celulosicos y lignocelulosicos incluyen sistemas de sal de DMSO. Tales sistemas incluyen, por ejemplo, DMSO junto con una sal de litio, magnesio, potasio, sodio o cinc. Las sales de litio incluyen LiCl, LiBr, Lil, perclorato de litio y 20 nitrato de litio. Las sales de magnesio incluyen nitrato de magnesio y cloruro de magnesio. Las sales de potasio incluyen yoduro y nitrato de potasio. Los ejemplos de sales de sodio incluyen yoduro y nitrato de sodio. Los ejemplos de sales de cinc incluyen cloruro de cinc y nitrato. Cualquier sal puede ser anhidra o hidratada. Las cargas tfpicas de la sal en el DMSO estan entre aproximadamente el 1 y aproximadamente el 50 por ciento, por ejemplo, entre aproximadamente el 2 y el 25, entre aproximadamente el 3 y el 15 o entre aproximadamente el 4 y el 12,5 por ciento 25 en peso.

En algunos casos, la lignina se reticulara en el papel durante la irradiacion, mejorando adicionalmente las propiedades ffsicas del papel.

30 Tipos de papel

El papel se caracteriza a menudo por el peso. El peso asignado a un papel es el peso de una resma, 500 hojas, de "tamanos basicos" variables, antes de que el papel se corte en el tamano que se vende a los clientes finales. Por ejemplo, una resma de papel de 20 lb, 8^ x 11" pesa 5 libras, porque se ha cortado de una hoja mas grande en 35 cuatro piezas. En Estados Unidos, el papel de impresion es generalmente de 20 libras, 24 libras o 32 libras como mucho. El papel de cubierta es generalmente de 68 lb y 110 lb o mas.

En Europa, el peso se expresa en gramos por metro cuadrado (gsm o simplemente g). El papel de impresion esta generalmente entre 60 g y 120 g. Todo lo que pesa mas de 160 g se considera cartulina. Por lo tanto, el peso de una 40 resma depende de las dimensiones del papel, por ejemplo, una resma de tamano A4 (210 mm x 297 mm) (aprox. 8,27" x 11,7") pesa 2,5 kilogramos (aprox. 5,5 libras).

La densidad de papel varfa de 250 kg/m3 (16 lb/ft3) para papel de seda y 1500 kg/m3 (94 lb/ft3) para algunos papeles especiales. En algunos casos, la densidad del papel de impresion es de aproximadamente 800 kg/m3 (50 lb/ft3).

45

Los procedimientos descritos en el presente documento son adecuados para su uso con todos estos grados de papel, asf como otros tipos de papel tales como carton corrugado, carton y otros productos de papel. Los procesos descritos en el presente documento pueden usarse para tratar papel que se usa, por ejemplo, en cualquiera de las siguientes aplicaciones: como sellos; como papel moneda, billetes de banco, valores, cheques y similares; en libros, 50 revistas, periodicos y arte; para empaquetar, por ejemplo, cartulina, carton corrugado, bolsas de papel, sobres, envoltura de tejido, cajas; en productos para el hogar, tales como papel higienico, panuelos de papel, toallas de papel, papel de esmeril, servilletas; carton alveolar, utilizado como material de nucleo en materiales compuestos; materiales de construccion; papel de construccion; ropa desechable; y en diversos usos industriales, incluyendo papel de esmeril, papel de lija, papel secante, papel tornasol, papel indicador universal, cromatograffa de papel, 55 separadores de baterfas y dielectricos de condensadores. El papel puede ser papel de una unica capa o multicapa.

El papel puede estar hecho de cualquier tipo deseado de fibra, incluyendo fibra derivada de madera y papel reciclado, asf como fibra derivada de otras fuentes. Los materiales de fibra vegetal, tales como algodon, canamo, lino y arroz, se pueden usar en solitario o juntos unos con otros o con fibras derivadas de madera. Otras fuentes de 60 fibras que no provienen de madera incluyen, pero sin limitacion, cana de azucar, bagazo, paja, bambu, kenaf, yute,

lino, y algodon. Una amplia diversidad de fibras sinteticas, tal como el polipropileno y polietileno, asf como tambien otros ingredientes tales como cargas inorganicas, pueden incorporarse al papel como un medio para conferir propiedades ffsicas deseadas. Puede ser deseable incluir estas fibras no madereras en papel utilizado en aplicaciones especiales tales como papel moneda, papelerfa fina, papel artfstico y otras aplicaciones que requieren 5 caracterfsticas particulares de resistencia o estetica.

El papel puede ser irradiado antes o despues de la impresion. Se puede usar radiacion para marcar el papel, por ejemplo, aumentando el numero de grupos de acido carboxflico en la zona irradiada. Esto puede ser util, por ejemplo, para marcar moneda.

10

Agua de proceso

En los procesos descritos en el presente documento, siempre que se use agua en cualquier proceso, puede ser agua gris, por ejemplo, agua gris municipal o aguas negras. En algunas realizaciones, el agua gris o negra se 15 esteriliza antes de su uso. La esterilizacion puede realizarse mediante cualquier tecnica deseada, por ejemplo, mediante irradiacion, vapor o esterilizacion qufmica.

Ejemplos

20 Los siguientes ejemplos no pretenden limitar las invenciones indicadas en las reivindicaciones.

Ejemplo 1 - Procedimientos para determinar el peso molecular de materiales lignocelulosicos y lignocelulosicos por cromatografia de permeacion en gel

25 Este ejemplo ilustra como se determina el peso molecular para los materiales analizados en el presente documento. Los materiales celulosicos y lignocelulosicos para analisis se trataron como se indica a continuacion:

Se obtuvo una estiba de 1500 libras de carton Kraft blanco blanqueado virgen con una densidad en masa de 30 lb/ft3 de International Paper. El material se plego en forma plana, y luego se uso para alimentar una cortadora Flinch 30 Baugh de 3 hp a una velocidad de aproximadamente entre 15 y 20 libras por hora. La cortadora estaba equipada con dos cuchillas rotatorias de 12 pulgadas, dos cuchillas fijas y un tamiz de descarga de 0,30 pulgadas. El espacio entre las cuchillas rotatorias y las fijas se ajusto a 0,10 pulgadas. La salida de la cortadora se parecfa a confeti (como anteriormente). El material tipo confeti se uso para alimentar una cortadora de cuchillos rotatorios Munson, Modelo SC30. El tamiz de descarga tenia aberturas de 1/8 pulgadas. El espacio entre las cuchillas rotatorias y las 35 fijas se configuro en aproximadamente 0,020 pulgadas. La cortadora de cuchillo rotatorio corto las piezas tipo confeti a lo largo de los ejes de los cuchillos. El material resultante del primer corte se suministro de nuevo a la misma configuracion y se reemplazo el tamiz por un tamiz de 1/16 pulgadas. Este material se corto. Este material resultante del segundo corte se uso para retroalimentar la misma configuracion y se reemplazo el tamiz por un tamiz de 1/32 pulgadas. Este material se corto. El material fibroso resultante tuvo un area superficial BET de 1,6897 m2/g +/- 40 0,0155 m2/g, una porosidad del 87,7163 por ciento y una densidad en masa (@0,53 psia) de 0,1448 g/ml. La longitud promedio de las fibras fue de 0,824 mm y el espesor promedio de las fibras fue de 0,0262 mm, dando una L/D promedio de 32:1.

Los materiales de muestra que se presentan en las siguientes Tablas 1 y 2 incluyen papel Kraft (P), paja de trigo 45 (WS), alfalfa (A), y cesped de pradera (SG). El numero "132" de la ID de Muestra se refiere al tamano de particula del material despues de cortarlo a traves de un tamiz de 1/32 pulgadas. El numero luego del guion se refiere a la dosis de radiacion (MRad) y "US" se refiere a tratamiento ultrasonico. Por ejemplo, un ID de muestra "P132-10" se refiere a un papel Kraft que se ha cortado a un tamano de particula de malla 132 y que se ha irradiado con 10 MRad.

50 Tabla 1 Peso molecular promedio pico de papel Kraft irradiado

Fuente de muestra: ID de muestra Dosificacion1 (MRad) Ultrasonido2 PM promedio ± Desv. Est.

Papel Kraft: P132 0 No 32853 ± 10006

: P132-10 10 " 61398 ± 2468**

: P132-100 100 " 8444 ± 580

: P132-181 181 " 6668 ± 77

: P132-US 0 Si 3095 ±1013

**Las bajas dosis de irradiacion parecen aumentar el peso molecular de algunos materiales 1Velocidad de dosis = 1 MRad/hora 2Tratamiento durante 30 minutos con 20 kHz de ultrasonidos usando un resonador de 1000 W en condiciones de recirculacion con el material dispersado en agua.

Tabla 2 Peso molecular promedio pico de materiales irradiados

ID de muestra: Pico n.° 1 Dosificacion (MRad) 2 Ultrasonido PM promedio ± Desv. Est.

WS132: 1 0 No 1407411 ±175191

: 2 " n 39145 ± 3425

: 3 " ii 2886 ±177

WS132-10*: 1 10 ii 26040 ± 3240

WS132-100*: 1 100 ii 23620 ± 453

A132: 1 0 ii 1604886 ±151701

: 2 " ii 37525 ± 3751

: 3 " ii 2853 ± 490

A132-10*: 1 10 ii 50853 ±1665

: 2 " ii 2461 ±17

A132-100*: 1 100 ii 38291 ± 2235

: 2 " ii 2487 ±15

SG132: 1 0 ii 1557360 ± 83693

: 2 " ii 42594 ± 4414

: 3 " ii 3268 ± 249

SG132-10*: 1 10 ii 60888 ± 9131

SG132-100*: 1 100 ii 22345 ± 3797

SG132-10-US: 1 10 Si 86086 ± 43518

: 2 " ii 2247 ± 468

SG132-100- US: 1 100 ii 4696 ±1465

*Los picos se unen despues del tratamiento **Las bajas dosis de irradiacion parecen aumentar el peso molecular de algunos materiales 1Velocidad de dosis = 1 MRad/hora 2Tratamiento durante 30 minutos con 20 kHz de ultrasonidos usando un resonador de 1000 W en condiciones de recirculacion con el material dispersado en agua.

5 La cromatograffa de permeacion en gel (GPC) se usa para determinar la distribucion del peso molecular de los polfmeros. Durante el analisis de GPC, se hace pasar una solucion de la muestra de polfmero a traves de una columna empaquetada con un gel poroso que atrapa moleculas pequenas. La muestra se separa en base al tamano molecular con moleculas mas grandes que se eluyen antes que las moleculas mas pequenas. El tiempo de retencion de cada componente se detecta con mayor frecuencia mediante el fndice de refraccion (RI), dispersion de luz por

evaporacion (ELS) o el ultravioleta (UV) y se compara con una curva de calibracion. Los datos resultantes se utilizan entonces para calcular la distribucion del peso molecular de la muestra.

Se utiliza una distribucion de pesos moleculares en lugar de un peso molecular unico para caracterizar polfmeros 5 sinteticos. Para caracterizar esta distribucion, se utilizan los promedios estadfsticos. Los mas comunes de estos promedios son el "peso molecular promedio en numero" (Mn) y el "peso molecular promedio en peso" (Mw). Los procedimientos para calcular estos valores se describen en la tecnica, por ejemplo, en el Ejemplo 9 del documento WO 2008/073186.

10 El fndice de polidispersidad o PI se define como la relacion de Mw/Mn. Cuanto mayor sea el PI, mas amplia o mas dispersa sera la distribucion. El valor mas bajo que un PI puede ser de 1. Esto representa una muestra monodispersa; es decir, un polfmero con todas las moleculas en la distribucion siendo el mismo peso molecular.

El valor de peso molecular de pico (Mp) es otro descriptor definido como el modo de la distribucion de pesos 15 moleculares. Se refiere al peso molecular que es mas abundante en la distribucion. Este valor tambien da una idea de la distribucion del peso molecular.

La mayorfa de las mediciones de GPC se hacen en relacion con un estandar de polfmero diferente. La exactitud de los resultados depende de cuan estrechamente las caracterfsticas del polfmero que se esta analizando coincidan 20 con las de la norma utilizada. El error esperado en la reproducibilidad entre diferentes series de determinaciones, calibrado por separado, es de aproximadamente el 5-10 % y es caracterfstico de la precision limitada de las determinaciones de GPC. Por lo tanto, los resultados de GPC son mas utiles cuando se realiza una comparacion entre la distribucion de peso molecular de diferentes muestras durante la misma serie de determinaciones.

25 Las muestras lignocelulosicas requirieron preparacion de la muestra antes del analisis de GPC. En primer lugar, se preparo una solucion saturada (8,4 % en peso) de cloruro de litio (LiCl) en dimetilacetamida (DMAc). Se anadieron aproximadamente 100 mg de la muestra a aproximadamente 10 g de una solucion saturada de LiCl/DMAc recien preparada, y la mezcla se calento a aproximadamente 150 °C-170 °C con agitacion durante 1 hora. Las soluciones resultantes eran generalmente de color amarillo claro a amarillo oscuro. La temperatura de las soluciones se redujo 30 a aproximadamente 100 °C y se calento durante 2 horas adicionales. La temperatura de las soluciones se redujo despues a aproximadamente 50 °C y la solucion de la muestra se calento durante aproximadamente 48 a 60 horas. Cabe apreciar que, las muestras irradiadas a 100 MRad se solubilizaron mas facilmente en comparacion con su contraparte no tratada. Ademas, las muestras cortadas (representadas por el numero 132) tenfan pesos moleculares medios ligeramente mas bajos en comparacion con muestras sin cortar.

35

Las soluciones de muestra resultantes se diluyeron 1:1 usando DMAc como disolvente y se filtraron a traves de un filtro de PTFE de 0,45 pm. Las soluciones de muestra fiItradas se analizaron a continuacion mediante GPC. El peso molecular promedio de pico (Mp) de las muestras, determinado por Cromatograffa de Permeacion en Gel (GPC), se resume en las Tablas 1 y 2, anteriores. Cada muestra se preparo por duplicado y cada preparacion de la muestra se 40 analizo por duplicado (dos inyecciones) para un total de cuatro inyecciones por muestra. Los patrones de poliestireno EasiCal® PS1A y PS1B se usaron para generar una curva de calibracion para la escala de peso molecular de aproximadamente 580 a 7.500,00 Daltons. Las condiciones de analisis de GPC se recogen en la Tabla 3, a continuacion.

45 Tabla 3 Condiciones de analisis GPC

Instrumento:: Waters Alliance GPC 2000

Columnas (3):: Plgel 10 p Mixed-B

: S/N: 10M-MB-148-83; 10M-MB-148-84; 10M-MB-174- 129

Fase movil (disolvente):: LiCl al 0,5 % en DMAc (1,0 ml/min)

Temperatura de columna/detector:: 70 °C

Temperatura del inyector:: 70 °C

Tamano de bucle de muestra:: 323,5 pl

Ejemplo 2 - Muestras de carton del procesamiento de haz de electrones

Las muestras de carton marron de 1,27 mm (0,050 pulgadas) de grosor se trataron con un haz de electrones utilizando un acelerador de onda continua Rhodotron® TT200 abovedado que suministra electrones de 5 MeV a una 5 potencia de salida de 80 kW. La Tabla 4 describe los parametros nominales para el TT200. La Tabla 5 indica las dosis nominales (en MRad) y las dosis reales (en kgy) administradas a las muestras.

Tabla 4 Parametros de Rhodotron® TT 200

Haz

Haz producido:: Electrones acelerados

Energfa de haz:: Nominal (maximo): 10 MeV (+0 keV- 250 keV

Dispersion de energfa a 10 Mev:: Amplitud total media maxima (FWHM) 300 keV

Potencia del haz a 10 MeV:: Intervalo operativo garantizado 1 a 80 kW

Consumo de potencia

Condicion de reposo (vacfo y refrigeracion ON):: <15 kW

Potencia de haz a 50 kW:: <210 kW

Potencia de haz a 80 kW:: <260 kW

Sistema de RF

Frecuencia:: 107,5 ± 1 MHz

Tipo tetrodo:: Thomson TH781

Resonador de barrido

Longitud de barrido nominal (medida a 25-35 cm de la ventana):: 120 cm

Intervalo de barrido:: Del 30 % al 100 % de longitud de barrido nominal

Frecuencia de barrido nominal (a la longitud de barrido max.):: 100 Hz ± 5 %

Uniformidad de barrido (a traves del 90 % de la longitud de barrido nominal): ± 5 %

10

Tabla 5 Dosificaciones administradas a las muestras

Dosificacion total (MRad) (Numero asociado con el ID de muestra): Dosis administrada (kgy)1

1: 9,9

3: 29,0

5: 50,4

7: 69,2

10: 100,0

15: 150,3

20: 198,3

30: 330,9

50: 529,0

70: 695,9

100: 993,6

1Por ejemplo, se administraron 9,9 kgy en 11 segundos a una corriente de haz de 5 mA y una velocidad de lfnea de 12,9 pies/minuto. El tiempo de enfriamiento entre tratamientos de 1 MRad fue de aproximadamente 2 minutos.

Las muestras de carton tratadas por debajo de 7 MRad eran mas rfgidas al tacto que los controles no tratados, pero parecfan de otra manera visiblemente identicas a las de los controles. Las muestras tratadas a aproximadamente 10 MRad eran de rigidez comparable a las de los controles al tacto, mientras que las tratadas con dosis mas altas eran 5 mas flexibles bajo manipulacion. La degradacion extensa del material fue visiblemente evidente para muestras tratadas por encima de 50 Mrad.

OTRAS REALIZACIONES

10 Debe entenderse que, aunque la invencion se ha descrito junto con su descripcion detallada de la misma, la descripcion anterior pretende ilustrar y no limitar el alcance de la invencion, que se define por el alcance de las reivindicaciones adjuntas. Otros aspectos, ventajas y modificaciones estan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

I. Un procedimiento para fabricar un producto de papel irradiado, comprendiendo el procedimiento tratar un producto de papel que comprende un primer material que contiene carbohidratos que tiene un primer peso

5 molecular con al menos 0,25 Mrad de radiacion ionizante para proporcionar un producto de papel irradiado que comprende un segundo material que contiene carbohidrato que tiene un segundo peso molecular mayor que el primer peso molecular, donde el tratamiento comprende irradiar el producto de papel con radiacion de haz de electrones, y los electrones en el haz de electrones tienen una energfa de 0,25 MeV a 7,5 MeV.

10 2. El procedimiento de la reivindicacion 1, donde el producto de papel irradiado se ha irradiado con una

dosis de radiacion ionizante de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 5 Mrad, o de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 2,5 MRad.
3. El procedimiento de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, que comprende ademas inactivar el 15 producto de papel irradiado.
4. El procedimiento de la reivindicacion 3, donde la inactivacion se realiza en presencia de un gas seleccionado para reaccionar con radicales presentes en el producto de papel irradiado.

20 5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende ademas el

tratamiento superficial del producto de papel irradiado con un revestimiento o tinte.
6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende ademas injertar un material sobre sitios de injerto del producto de papel irradiado.

25
7. El procedimiento de la reivindicacion 6, donde el material comprende un colorante reactivo.
8. El procedimiento de la reivindicacion 6, donde el injerto comprende irradiar una combinacion que

comprende el producto de papel y un agente de injerto de manera que el agente de injerto se une al producto de

30 papel.
9. El procedimiento de la reivindicacion 8, donde el agente de injerto se une covalentemente al material celulosico.

35 10. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el peso

molecular promedio en numero de partida (antes de la irradiacion) del producto de papel es de aproximadamente
20.000 a aproximadamente 500.000, tal como de aproximadamente 25.000 a aproximadamente 100.000.

II. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el peso 40 molecular promedio en numero despues de la irradiacion es mayor que el peso molecular medio numerico, por

ejemplo, en al menos aproximadamente el 10 %, 25 %, 50 %, 75 %, 100 %, 150 %, 200 %, 300 %, o como mucho el 500 %.
12. El procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el peso 45 molecular promedio en numero de partida esta en el intervalo de aproximadamente 20.000 a aproximadamente
100.000, y el peso molecular promedio en numero despues de la irradiacion es de aproximadamente 40.000 a aproximadamente 200.000.
13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, donde no se anaden los aditivos de reticulacion.

50
14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 1, donde la radiacion ionizante reticula el material que contiene carbohidratos.