ES2674252T3 - Procedimiento para densificar una composición fibrosa - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento para densificar una composición fibrosa, el procedimiento comprende: cizallar una fuente de fibra para proporcionar un material fibroso; combinar el material fibroso con un microorganismo y/o enzima para proporcionar una composición de material fibroso; encapsular la composición en un material sustancialmente impermeable al gas; y eliminar el gas atrapado de la composición encapsulada para densificar la composición, donde la fuente de fibra se selecciona de entre el grupo que consiste en madera, hierbas, cascarillas de arroz, bagazo, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, mazorcas de maíz, pelo de coco y papel.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para densificar una composición fibrosa 5 CAMPO TÉCNICO
Esta invención se refiere a procedimientos para densificar composiciones fibrosas.
ANTECEDENTES
10
Los materiales fibrosos, p. ej., los materiales celulósicos y lignocelulósicos se producen, procesan y usan en grandes cantidades en diversas aplicaciones. A menudo, dichos materiales fibrosos se usan sólo una vez para después descartarse como desechos.
15 Varios materiales fibrosos, así como sus usos y aplicaciones se han descrito en las patentes de EE. UU. con nos 6.448.307,6.258.876,6.207.729,5.973.035y5.952.105.
La US 2004/0231661 A1describe un procedimiento para producir xilosa que comprende a) la filtración de materia prima lignocelulósica antes de cualquier tratamiento previo de la materia prima, b) la eliminación de dicha filtración de dicha 20 materia prima filtrada; y c) hacer reaccionar dicha materia prima filtrada bajo condiciones que interrumpen la estructura de la fibra e hidrolizan una porción de hemicelulosa y celulosa de dicha materia prima filtrada, para producir una composición que comprende xilosa y una materia prima pretratada, donde dicha materia prima pretratada ha aumentado su accesibilidad para ser digerida durante un tratamiento con enzimas de celulasa.
25 La US 2005/090577 A1 describe el proceso que comprende el cizallamiento de fibra lignocelulósica o celulósica, y después la densificación de las fibras lignocelulósicas o celulósicas texturizadas, combinar las fibras lignocelulósicas o celulósicas texturizadas con una resina antes de la etapa de densificación y donde la etapa de combinación comprende la mezcla de fibras lignocelulósicas o celulósicas texturizadas con una solución de una enzima o sustancia farmacéutica.
30
La US 4 184 311 A describe un procedimiento para preparar y empaquetar un aislamiento termal retardador de llama que comprende el cizallamiento de papel seco; alimentar dicho papel seco en una desmenuzadora de molino de martillo; depositar la producción del molino de martillo en una cuba de mezclado, mezclando una composición que contenga fósforo, seca y en polvo, seleccionada de un grupo constituido por fosfatos y fosfitos; insuflar dicha 35 composición que contenga fósforo, seca y en polvo en dicha cubeta de mezcla; transferir dicho papel cizallado recubierto a través de un dispositivo con taladro para lograr la envoltura de dicho papel cizallado recubierto donde la envoltura usada es una envoltura plástica alargada pudiendo mantener un vacío; extraer un vacío de dicha envoltura plástica para lograr la compresión de dicho material de aislamiento, y sellar dicha envoltura mientras dicha envoltura es sometida a vacío.
40
La DE 35 04 686 A1 describe un proceso para producir una mezcla de harina de masa madre lista para usar y almacenable, donde la harina puede ser una harina integral, es decir, un material fibroso, y la masa madre puede comprender un microorganismo. Esta mezcla de harina de masa madre puede empaquetarse en material sustancialmente impermeable al gas, tras lo cual el gas atrapado es eliminado de la composición encapsulada.
45
RESUMEN
Generalmente, esta invención se refiere a materiales fibrosos, procedimientos para fabricar materiales fibrosos, composiciones que incluyen materiales fibrosos (p. ej., compuestos que incluyen los materiales fibrosos y una resina, 50 o composiciones que incluyen los materiales fibrosos y bacterias y/o una enzima), y a usos de los mismos. El tema de la presente invención es un procedimiento para densificar composiciones fibrosas. El procedimiento comprende cizallar una fuente de fibra para proporcionar un material fibroso; combinar el material fibroso con un microorganismo y/o enzima para proporcionar una composición de material fibroso; encapsular la composición en un material sustancialmente impermeable a gas; y eliminar el gas atrapado de la composición encapsulada para densificar la 55 composición, donde la fuente de fibra se selecciona de entre el grupo constituido por madera, hierbas, cascarillas de arroz, bagazo, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, mazorcas de maíz, pelo de coco y papel. Por ejemplo, el material impermeable a gas puede estar en la forma de una bolsa, y la composición puede densificarse mediante la evacuación de aire de la bolsa, para después sellar la misma.
60 Por ejemplo, las composiciones pueden usarse para fabricar etanol, o un subproducto, tal como una proteína o lignina,
o para aplicarse a una estructura como aislante.
Cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente documento puede usarse en combinación con cualquier otro material fibroso, resina, aditivo u otro componente descrito en las patentes de EE. UU. con nos 5 6.448.307,6.258.876,6.207.729,5.973.035y5.952.105. A su vez, estos materiales fibrosos y/o componentes pueden usarse en cualquiera de las aplicaciones, productos, procedimientos, etcétera, descritos en cualquiera de estas patentes o en esta aplicación.
Los materiales fibrosos o composiciones que incluyen los materiales fibrosos pueden estar, p. ej., asociados con, 10 combinados con, estar adyacentes a, estar rodeados por, o dentro de una estructura o vehículo (p. ej., una red, una membrana, un dispositivo de flotación, una bolsa, una envoltura, o una sustancia biodegradable). Opcionalmente, la estructura o vehículo puede estar fabricado en sí mismo de un material fibroso, o de una composición que incluya un material fibroso. En algunas realizaciones, el material fibroso se combina con un material, tal como un ácido proteico, que mejora la tasa de biodegradación del material fibroso. En algunas realizaciones, el material fibroso se combina 15 con un material que retarda la degradación del material fibroso, tal como un tampón.
La relación de materiales fibrosos con los otros componentes de las composiciones dependerá de la naturaleza de los componentes, pudiendo ser fácilmente ajustada para una aplicación específica del producto.
20 Cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente documento, que incluyen cualquiera de los materiales fibrosos fabricados por cualquiera de los procedimientos descritos en este documento, pueden usarse, p. ej., para formar compuestos con resina, o pueden combinarse con bacterias y/o una o más enzimas para producir un producto valioso, tal como un combustible (p. ej., etanol, un hidrocarburo, o hidrógeno).
25 En el presente documento se describen procedimientos para fabricar materiales fibrosos. Los procedimientos incluyen cizallamiento de una fuente de fibra para proporcionar un primer material fibroso, y pasar el primer material fibroso a través de un primer tamiz que tiene un tamaño de abertura promedio de 1,59 mm o menos (1/16 de pulgada, 0,0625 pulgadas) para proporcionar un segundo material fibroso. La fuente de fibra, p. ej., se puede cortar en trozos o tiras de material semejante al confeti antes del cizallamiento.
30
El tamaño de la abertura promedio del primer tamiz puede ser menor de 0,79 mm (1/32 de pulgada, 0,03125 pulgadas), p. ej., menor de 0,40 mm (1/64 de pulgada, 0,015625 pulgadas), menor de 0,20 mm (1/128 de pulgada, 0,0078125 pulgadas), o incluso menor de 0,10 mm (1/256 de pulgada, 0,00390625 pulgadas).
35 El cizallamiento se puede realizar con un cortador de cuchillas giratorias. Si se desea, el cizallamiento puede tener lugar mientras la fuente de fibra está seca (p. ej., con menos del 0,25 por ciento en peso de agua absorbida), hidratada o incluso mientras la fuente de fibra esté parcial o totalmente sumergida en un líquido, tal como agua o isopropanol.
El segundo material fibroso puede, p. ej., recogerse en una cuba que puede tener una presión menor a la presión 40 atmosférica nominal, p. ej., al menos un 10 por ciento menor que la presión atmosférica nominal, al menos un 50 por ciento menor que la presión atmosférica nominal o al menos un 75 por ciento menor que la presión atmosférica nominal.
El segundo material fibroso puede, p. ej., cizallarse una o varias veces, p. ej., dos, tres, o incluso más veces, p. ej., 45 diez veces. El cizallamiento puede «abrir» y/o «tensionar» los materiales fibrosos, haciendo que estos sean más dispersables, p. ej., en una solución o en una resina.
El segundo material fibroso puede, p. ej., cizallarse, y el material fibroso resultante se hace pasar a través del primer tamiz.
50
El segundo material fibroso puede cizallarse y el material fibroso resultante se hace pasar a través de un segundo tamiz que tiene un tamaño de abertura promedio menor que el del primer tamiz para proporcionar un tercer material fibroso.
55 Una relación de la relación de longitud respecto a diámetro promedio del segundo material fibroso con la relación de longitud a diámetro promedio del tercer material fibroso puede ser, p. ej., menor que 1,5, menor que 1,4, menor que 1,25, o incluso menor que 1,1.
El segundo material fibroso puede, p. ej., hacerse pasar a través de un segundo tamiz que tiene un tamaño de abertura 60 promedio menor que el del primer tamiz.
El cizallamiento y el traspaso pueden, p. ej., realizarse simultáneamente.
El segundo material fibroso puede tener una relación de longitud respecto al diámetro promedio de, p. ej., mayor de 5 10/1, mayor de 25/1, o incluso mayor de 50/1.
Por ejemplo, una longitud promedio del segundo material fibroso puede estar entre 0,5 mm y 2,5 mm, p. ej., entre 0,75 mm y 1,0 mm. Por ejemplo, un ancho promedio del segundo material fibroso puede estar entre 5 pm y 50 pm, p. ej., entre 10 pm y 30 pm.
10
Una desviación estándar de una longitud del segundo material fibroso puede ser menor del 60 por ciento de una longitud promedio del segundo material fibroso, p. ej., menor del 50 por ciento de la longitud promedio del segundo material fibroso.
15 Un área superficial de BET del segundo material fibroso puede ser mayor de 0.5 m2/g, p. ej., mayor de 1,0 m2/g, mayor de 1,5 m2/g, mayor de 1,75 m2/g, mayor de 2,5 m2/g, mayor de 10,0 m2/g, mayor de 25,0 m2/g, mayor de 50,0 m2/g, o incluso mayor de 100,0 m2/g.
Una porosidad del segundo material fibroso puede ser mayor del 25 por ciento, p. ej., mayor del 50 por ciento, mayor 20 del 75 por ciento, mayor del 85 por ciento, mayor del 90 por ciento, mayor del 92 por ciento, mayor del 95 por ciento, o incluso mayor del 99 por ciento.
El tamiz puede estar formado de monofilamentos entrelazados.
25 La fuente de fibra puede incluir, p. ej., un material celulósico o un material lignocelulósico.
En algunas realizaciones, la fuente de fibra incluye una mezcla de fibras, p. ej., fibras derivadas de una fuente de papel y fibras derivadas de una fuente textil, p. ej., algodón. También se describen procedimientos de fabricación de materiales fibrosos que incluyen el cizallamiento de la fuente de fibra para proporcionar un primer material fibroso; y 30 el hacer pasar el material fibroso a través de un primer tamiz para proporcionar un segundo material fibroso. Una relación de la relación de longitud respecto al diámetro promedio del primer material fibroso con la relación de longitud a diámetro promedio del segundo material fibroso es inferior a 1,5.
También se describen procedimientos de fabricación de materiales fibrosos que incluyen el cizallamiento de la fuente 35 de fibra para proporcionar un primer material fibroso; y el hacer pasar el material fibroso a través de un primer tamiz para obtener un segundo material fibroso; y después cizallar de nuevo el segundo material fibroso para obtener un tercer material fibroso.
Se describen adicionalmente materiales compuestos o composiciones fabricados a partir de cualquiera de los 40 materiales fibrosos descritos en el presente documento. Por ejemplo, las composiciones pueden incluir cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente documento y una bacteria y/o una enzima. Las composiciones que incluyen cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente documento y la bacteria y/o enzima pueden estar en estado seco, o pueden incluir un líquido, tal como el agua.
45 Por ejemplo, el material compuesto puede estar en la forma de taburete con peldaños, tuberías, paneles, materiales para tarimas, tableros, carcasas, láminas, bloques, ladrillos, postes, vallados, extremidades, puertas, obturadores, toldos, persianas, señales, marcos, jambas de ventanas, tablas, pavimentos, baldosas, traviesas de ferrocarril, bandejas, mangos de herramientas, compartimentos, películas, fundas, cintas, cajas, cestas, estanterías, estuches, carpetas, separadores, paredes, tapetes, bastidores, librerías, esculturas, sillas, mesas, escritorios, juguetes, juegos, 50 palés, embarcaderos, muelles, botes, mástiles, tanques sépticos, paneles de automóviles, carcasas de ordenadores, revestimientos eléctricos por encima y bajo tierra, mobiliario, mesas de pícnic, bancos, refugios, cubetas, perchas, fuentes de mesa, cofres, cubiertas de libros, bastones y muletas.
Los materiales fibrosos pueden tener una relación longitud-diámetro promedio mayor de 5, con una desviación 55 estándar en la longitud de fibra de menos del sesenta por ciento de una longitud de fibra promedio.
Por ejemplo, la relación longitud-diámetro promedio del segundo material fibroso puede ser mayor de 10/1, p. ej., mayor de 15/1, mayor de 25/1, mayor de 35/1, mayor de 45/1, o incluso mayor de 50/1.
60 Por ejemplo, la longitud promedio puede estar entre 0,5 mm y 2,5 mm.
También se describen procedimientos de fabricación de materiales fibrosos que incluyen el cizallamiento de la fuente de fibra para proporcionar un primer material fibroso; la recogida del primer material fibroso; y después el cizallamiento del primer material fibroso para proporcionar un segundo material fibroso.
5
También se describen procedimientos para fabricar un material útil, tal como un combustible. Los procedimientos incluyen cizallar una fuente de fibra para proporcionar un primer material fibroso; hacer pasar el primer material fibroso a través de un primer tamiz con un tamaño de abertura promedio de alrededor de 1,59 mm o inferior (1/16 de pulgada, 0,0625 pulgadas) para proporcionar un segundo material fibroso; y combinar el segundo material fibroso con una 10 bacteria y/o enzima, con lo que la bacteria y/o la enzima utiliza el segundo material fibroso para producir un combustible que incluye hidrógeno, un alcohol, un ácido orgánico y/o un hidrocarburo.
El alcohol puede ser, p. ej., metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, etilenglicol, propilenglicol, 1,4-butano diol, glicerina, o mezclas de estos alcoholes; el ácido orgánico puede ser, p. ej., ácido malónico, ácido succínico, ácido 15 glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido láctico, ácido Y-hidroxibutírico, o mezclas de estos ácidos; y el hidrocarburo puede ser, p. ej., metano, etano, propano, isobuteno, pentano, n-hexano, o mezclas de estos hidrocarburos.
Antes de combinarlos con la bacteria y/o la enzima, cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente 20 documento puede hidrolizarse para descomponer los carbohidratos de peso molecular superior en carbohidratos de peso molecular inferior.
T ambién se describen procedimientos para fabricar un material útil, tal como un combustible, mediante el cizallamiento de una fuente de fibra o un material fibroso, para después combinarlo con una bacteria y/o una enzima. Por ejemplo, 25 la fuente de fibra puede cizallarse una vez para obtener un material fibroso, y después el material fibroso puede combinarse con una bacteria y/o una enzima para fabricar un material útil.
También se describen materiales compuestos que incluyen un material fibroso, una resina y un tinte.
30 Por ejemplo, el material fibroso puede tener una relación longitud-diámetro promedio mayor de 5, con una desviación estándar en la longitud de fibra de menos del sesenta por ciento de una longitud de fibra promedio.
El material compuesto puede incluir adicionalmente un pigmento.
35 El tinte puede absorberse por las fibras o aplicarse a ellas superficialmente.
También se describen procedimientos de fabricación de materiales compuestos que incluyen la tinción de un material fibroso; que combinan el material fibroso con una resina, y forman un material compuesto a partir de dicha combinación.
40
También se describen procedimientos de fabricación de materiales compuestos que incluyen la adición de un tinte a una resina para proporcionar una combinación tinte/resina con un material fibroso; y que forma un material compuesto a partir de la combinación del tinte/resina y el material fibroso.
45 La expresión "material fibroso", tal como se usa en el presente documento, es un material que incluye numerosas fibras sueltas, discretas y separables. Por ejemplo, un material fibroso puede prepararse a partir de una fuente de fibra de papel policubierto o papel Kraft blanqueado, mediante cizallamiento, p. ej., con un cortador de cuchillas giratorias.
El término "tamiz", tal como se usa en el presente documento, significa un miembro que es capaz de tamizar material 50 de acuerdo con el tamaño, p. ej., una placa perforada, un cilindro o semejante, o una malla metálica, o bien un tejido de tela.
La presente invención puede tener una cualquiera, o combinaciones, de las ventajas siguientes. Los materiales fibrosos son abiertos y/o tensionados, haciendo que estos materiales sean más dispersables, p. ej., en una solución o 55 en una resina, y volviéndoles más susceptibles al ataque biológico, enzimático o químico. Los materiales fibrosos pueden tener, p. ej., una relativamente estrecha longitud y/o una distribución de la relación longitud-diámetro, de tal forma que sus propiedades se definen de forma consistente. Por ejemplo, cuando se combinan con una solución o una resina fundida, las fibras de los materiales fibrosos pueden modificar la reología de la solución o la resina fundida de forma consistente y previsible, p. ej., originando combinaciones de material fibroso/resina que son, p. ej., más 60 fáciles de moldear y extrudir. Por ejemplo, los materiales fibrosos pueden hacerse pasar fácilmente a través de canales
o aberturas pequeñas, tales como aquellas encontradas en, o asociadas con, los moldes de inyección, p. ej., puertas o canales calientes. Las partes moldeadas a partir de materiales fibrosos pueden exhibir un buen acabado superficial, p. ej., con pocas motas visibles de partículas grandes y/o partículas aglomeradas. Otras ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, así como de las reivindicaciones.
5
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Fig. 1 es un diagrama de bloques que ilustra la conversión de una fuente de fibra en un primer y segundo material fibroso.
10 La Fig. 2 es una vista en sección transversal de un cortador de cuchillas giratorias.
Las Figuras 3 a 8 son vistas desde arriba de una variedad de tamices hechos a partir de monofilamentos.
La Fig. 9 es un diagrama de bloques que ilustra la conversión de una fuente de fibra en un primer, segundo y tercer material fibroso.
Las Figuras 10A y 10B son fotografías de fuentes de fibra; la Fig. 10A es una fotografía de un recipiente de 15 papel policubierto, mientras que la Fig. 10B es una fotografía de rollos de papel blanqueado Kraft.
Las Figuras 11 y 12 son unas micrografías electrónicas de barrido de un material fibroso producido a partir de papel policubierto, a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente. El material fibroso se produjo en un cortador de cuchillas giratorias que utiliza un tamiz con aberturas de 0,32 cm (1/8 de pulgada).
Las Figuras 13 y 14 son micrografías electrónicas de barrido de un material fibroso producido a partir de 20 cartón Kraft blanqueado, a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente. El material fibroso se produjo
en un cortador de cuchillas giratorias que utiliza un tamiz con aberturas de 0,32 cm (1/8 de pulgada).
Las Figuras 15 y 16 son micrografías electrónicas de barrido de un material fibroso producido a partir de cartón Kraft blanqueado, a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente. El material fibroso se cizalló dos veces en un cortador de cuchillas giratorias que utiliza un tamiz con aberturas de 0,16 cm (1/16 de 25 pulgada) durante cada cizallamiento.
Las Figuras 17 y 18 son micrografías electrónicas de barrido de un material fibroso producido a partir de cartón Kraft blanqueado, a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente. El material fibroso se cizalló tres veces en un cortador de cuchillas giratorias. Durante el primer cizallamiento, se usó un tamiz de 0,32 cm (1/8 de pulgada); durante el segundo cizallamiento, se usó un tamiz de 0,16 cm (1/16 de pulgada), y durante 30 el tercer cizallamiento se usó un tamiz de 0,79 mm (1/32 de pulgada).
La Fig. 19 es un diagrama de un bloque que ilustra la densificación aparente reversible de una composición de material fibroso.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
35
En referencia a la Fig. 1, una fuente de fibra (10) se cizalla, p. ej., en un cortador de cuchillas giratorias, para proporcionar un primer material fibroso (12). El primer material fibroso (12) se pasa a través de un primer tamiz (16) que tiene un tamaño de abertura promedio de 1,59 mm o menos (1/16 de pulgada, 0,0625 pulgadas) para proporcionar un segundo material fibroso (14). Si se desea, la fuente de fibra (10) se puede cortar antes del cizallamiento, p. ej., 40 con una desmenuzadora. Por ejemplo, cuando se usa un papel como fuente de fibra (10), primero se puede cortar el papel en tiras, p. ej., de 0,64 a 1,27 cm (de 1/4 a 1/2 de pulgada) de ancho, usando una desmenuzadora, p. ej., una desmenuzadora de tornillo de rotación inversa, tal como las fabricadas por Munson (Utica, N.Y.). Como alternativa al desmenuzado, se puede reducir el tamaño del papel mediante un corte al tamaño deseado con el uso de un cortador de tipo guillotina. Por ejemplo, el cortador de tipo guillotina se puede usar para cortar el papel en láminas de, p. ej., 45 25,4 cm (10 pulgadas) de ancho por 30,5 cm (12 pulgadas) de largo.
El cizallamiento de la fuente de fibra (10) y el paso del primer material fibroso resultante (12) a través del primer tamiz (16) puede realizarse simultáneamente. El cizallamiento y el paso también se pueden realizar con un proceso en lotes.
50 Por ejemplo, se puede usar un cortador de cuchillas giratorias para el cizallamiento de la fuente de fibra (10) y el tamizado del primer material fibroso (12) de forma simultánea. En referencia a la Fig. 2, un cortador de cuchillas giratorias (20) incluye una tolva (22) que puede cargarse con una fuente de fibra desmenuzada (10') preparada por la fuente de fibra desmenuzada (10). La fuente de fibra desmenuzada (10') se cizalla entre las cuchillas estacionarias (24) y las cuchillas giratorias (26) para proporcionar un primer material fibroso (12). El primer material fibroso (12) pasa 55 a través del tamiz (16), con las dimensiones descritas anteriormente, y el segundo material fibroso resultante (14) se captura en una cuba (30). Para facilitar la recogida del segundo material fibroso (14), la cuba (30) puede tener una presión menor a la presión atmosférica nominal, p. ej., al menos un 10 por ciento menor que la presión atmosférica nominal, p. ej., al menos un 25 por ciento menor que la presión atmosférica nominal, al menos un 50 por ciento menor que la presión atmosférica nominal, o al menos un 75 por ciento menor que la presión atmosférica nominal. En algunas 60 realizaciones, se utiliza una fuente de vacío (50) (Fig. 2) para mantener la cuba a una presión menor que la presión
atmosférica nominal.
El cizallamiento puede ser ventajoso para "abrir" y "tensionar" los materiales fibrosos, haciendo que estos materiales sean más dispersables, p. ej., en una solución o en una resina, y volviéndoles más susceptibles al ataque biológico, 5 enzimático o químico. Sin desear ceñirse a ninguna teoría particular, se cree entonces que, al menos, en algunas realizaciones, el cizallamiento puede funcionalizar las superficies fibrosas con los grupos funcionales, tales como los grupos de ácidos carboxílicos e hidroxilos, que pueden, p. ej., ayudar a dispersar las fibras en una resina fundida o bien favorecer el ataque químico o biológico.
10 La fuente de fibra puede cizallarse en un estado seco, un estado hidratado (p. ej., que tiene hasta un diez por ciento en peso de agua absorbida), o en estado húmedo, p. ej., que tiene entre aproximadamente un 10 por ciento y aproximadamente un 75 por ciento en peso de agua. La fuente de fibra se puede cizallar incluso mientras está parcial o totalmente sumergida bajo un líquido, tal como agua, etanol o isopropanol.
15 La fuente de fibra también puede cizallarse mediante un gas (tal como una corriente o atmósfera de gas que no sea aire), p. ej., oxígeno o nitrógeno, o vapor.
Otros procedimientos de fabricación de los materiales fibrosos incluyen trituración en molinos de piedra, rasgado o desgarro mecánico, trituración en molino de púas, o molienda por abrasión con aire.
20
Si se desea, los materiales fibrosos se pueden separar, p. ej., continuamente o en lotes, en fracciones de acuerdo con su longitud, anchura, densidad, tipo de material, o alguna combinación de estos atributos. Por ejemplo, para formar materiales compuestos, a menudo es deseable tener una distribución relativamente limitada de las longitudes de fibra. Además, p. ej., al fabricar composiciones que incluyan bacterias y/o una enzima, a menudo se desea utilizar un 25 material sustancialmente único como una materia prima.
Por ejemplo, los materiales ferrosos pueden separarse de cualquiera de los materiales fibrosos haciendo pasar un material fibroso que incluye un material ferroso pasado un imán, p. ej., un electroimán, y luego haciendo pasar el material fibroso resultante a través de una serie de tamices, teniendo cada tamiz aberturas de diferente tamaño.
30
Los materiales fibrosos también pueden separarse, p. ej., usando un gas a alta velocidad, p. ej., aire. En tal enfoque, los materiales fibrosos se separan extrayendo diferentes fracciones, que se pueden caracterizar fotónicamente, si se desea. Tal aparato de separación se describe, por ejemplo, en la patente de Lindsey et al, de EE. UU. con n° 6.883.667.
35 Los materiales fibrosos pueden utilizarse inmediatamente después de su preparación, o pueden secarse, p. ej., a aproximadamente 105 °C durante 4-18 horas, de manera que el contenido de humedad sea, p. ej., menor de aproximadamente el 0,5 % antes del uso.
Si se desea, la lignina puede retirarse de cualquiera de los materiales fibrosos que incluyan lignina, tales como 40 materiales lignocelulósicos. También, si se desea, el material fibroso puede ser esterilizado para destruir cualquier microorganismo que pudiera estar en este material fibroso. Por ejemplo, el material fibroso se puede esterilizar exponiendo el material fibroso a radiación, tal como radiación infrarroja, radiación ultravioleta o una radiación ionizante, tal como radiación gamma. Los materiales fibrosos también pueden ser esterilizados mediante un ajuste en la temperatura, p. ej., calentando o enfriando el material fibroso bajo condiciones y tiempo suficientes para destruir 45 cualquier microorganismo, o mediante la utilización de un esterilizante químico, tales como lejía (p. ej., hipoclorito de sodio), clorhexidina u óxido de etileno. Los materiales fibrosos pueden también esterilizarse con el uso de un organismo competitivo, tal como la levadura contra bacterias.
En referencia a las Figuras 3-8, el tamaño de abertura promedio del primer tamiz (16) puede ser menor de 0,79 mm 50 (1/32 de pulgada, 0,03125 pulgadas), p. ej., menor de 0,51 mm (1/50 de pulgada, 0,02000 pulgadas), menor de 0,40 mm (1/64 de pulgada, 0,015625 pulgadas), menor de 0,23 mm (0,009 pulgadas), menor de 0,20 mm (1/128 de pulgada, 0,0078125 pulgadas), menor de 0,18 mm (0,007 pulgadas), menor de 0,13 mm (0,005 pulgadas), o incluso menor de 0,10 mm (1/256 de pulgada, 0,00390625 pulgadas). El tamiz (16) se prepara entrelazando monofilamentos (52) que tienen un diámetro apropiado para dar el tamaño de abertura deseado. Por ejemplo, los monofilamentos pueden estar 55 hechos de un metal, p. ej., acero inoxidable. A medida que los tamaños de apertura se hacen más pequeños, las demandas estructurales de los monofilamentos pueden aumentar. Por ejemplo, para tamaños de abertura de menos de 0,40 mm, puede ser ventajoso fabricar los tamices a partir de monofilamentos hechos de un material que no sea acero inoxidable, p. ej., titanio, aleaciones de titanio, metales amorfos, níquel, tungsteno, rodio, renio, cerámica o vidrio. El tamiz puede estar hecho de una placa, p. ej., una placa de metal, que tenga aberturas, p. ej., cortadas en la 60 placa usando un láser.
El segundo material fibroso (14) puede cizallarse y hacerse pasar a través del primer tamiz (16) o un tamiz de diferente tamaño. El segundo material fibroso (14) puede hacerse pasar a través de un segundo tamiz que tenga un tamaño de abertura promedio igual o menor que el del primer tamiz (16).
5
En referencia a la Fig. 9, se puede preparar un tercer material fibroso (62) a partir del segundo material fibroso (14) cizallando el segundo material fibroso (14) y pasando el material resultante a través de un segundo tamiz (60) que tenga un tamaño de abertura promedio menor que el del primer tamiz (16).
10 Las fuentes de fibra incluyen fuentes de fibra celulósica, que incluyen papel y productos del papel como los mostrados en las Figuras 10A (papel policubierto) y 10B (papel Kraft), y fuentes de fibra lignocelulósica, que incluyen madera y materiales relacionados con la madera, p. ej., tableros de partículas. Otras fuentes de fibra adecuadas incluyen fuentes de fibra natural, p. ej., hierbas, cascarillas de arroz, bagazo, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, mazorcas de maíz, pelo de coco y fuentes de fibra con alto contenido de a-celulosa, p. ej. algodón. Las fuentes de 15 fibra naturales se pueden obtener a partir de materiales textiles vírgenes de desecho, p. ej., remanentes, o pueden ser residuos posconsumo, p.ej., trapos. Cuando se usan productos de papel como fuentes de fibra, pueden ser materiales vírgenes, p. ej., materiales vírgenes de desecho, o pueden ser residuos posconsumo. Además de materias primas vírgenes, también se pueden usar residuos posconsumo, industriales (p. ej., desperdicios) y de procesamiento (p. ej., efluente procedente del procesamiento del papel) como fuentes de fibra. La fuente de fibra también puede obtenerse 20 o proceder de residuos humanos (p. ej., aguas residuales), animales o de plantas. Se han descrito fuentes de fibra adicionales en las patentes de EE. UU. n° 6.448.307,6.258.876,6.207.729,5.973.035y5.952.105. Pueden usarse mezclas de cualquiera de las fuentes de fibras anteriores.
Generalmente, las fibras de los materiales fibrosos pueden tener una relación longitud-diámetro promedio 25 relativamente grande (p. ej., mayor de 20 a 1), incluso si se han cizallado más de una vez. Además, las fibras de los materiales fibrosos descritos en el presente documento pueden tener una longitud y una distribución de la relación longitud-diámetro relativamente limitadas. Sin desear ceñirse a ninguna teoría particular, se cree actualmente que la relativamente grande relación longitud-diámetro promedio y la relativamente limitada longitud y/o distribución de la relación longitud-diámetro son, al menos en parte, responsables de la facilidad con la que los materiales fibrosos se 30 dispersan en una resina, p. ej., una resina termoplástica fundida. También se cree que la relativamente grande relación longitud-diámetro promedio y la relativamente limitada longitud y/o distribución de la relación longitud-diámetro son, al menos en parte, responsables de las propiedades consistentes de los materiales fibrosos, la previsible modificación de la reología que imparten los materiales fibrosos en una resina, la facilidad con la que las combinaciones de materiales fibrosos y resinas son fundidas, extraídas e inyectadas en moldes, la facilidad con la que los materiales 35 fibrosos pasan a través de aberturas y canales pequeños y a menudo complicados, y los acabados excelentes en superficies posibles con las partes moldeadas, p. ej., acabados brillantes y/o acabados sustancialmente desprovistos de motas visibles.
Como se usa en el presente documento, las anchuras promedio de fibra (p.ej., diámetros) son aquellas determinadas 40 ópticamente por selección aleatoria de aproximadamente 5.000 fibras. Las longitudes promedio de fibra son longitudes ponderadas corregidas. Las áreas superficiales BET (Brunauer, Emmet y Teller) son áreas superficiales multipunto y las porosidades son las determinadas mediante porosímetro de mercurio.
La relación longitud-diámetro promedio del segundo material fibroso (14) puede ser, p. ej., mayor de 8/1, p. ej., mayor 45 de 10/1, mayor de 15/1, mayor de 20/1, mayor de 25/1, o mayor de 50/1. Una longitud promedio del segundo material fibroso (14) puede estar, p. ej., entre aproximadamente 0,5 mm y 2,5 mm, p. ej., entre aproximadamente 0,75 mm y 1,0 mm, y puede tener un ancho promedio (es decir, diámetro) del segundo material fibroso (14), p. ej., de entre aproximadamente 5 pm y 50 pm, p. ej., entre aproximadamente 10 pm y 30 pm.
50 Una desviación estándar de la longitud del segundo material fibroso (14) puede ser menor del 60 por ciento de una longitud promedio del segundo material fibroso (14), p. ej., menos del 50 por ciento de la longitud promedio, menos del 40 por ciento de la longitud promedio, menos del 25 por ciento de la longitud promedio, menos del 10 por ciento de la longitud promedio, menos del 5 por ciento de la longitud promedio, o incluso menos del 1 por ciento de la longitud promedio.
55
Un área superficial BET del segundo material fibroso (14) puede ser mayor de 0,1 m2/g, p. ej., mayor de 0,25 m2/g, mayor de 0,5 m2/g, mayor de 1,0 m2/g, mayor de 1,5 m2/g, mayor de 1,75 m2/g, mayor de 5,0 m2/g, mayor de 10 m2/g, mayor de 25 m2/g, mayor de 35 m2/g, mayor de 50 m2/g, mayor de 60 m2/g, mayor de 75 m2/g, mayor de 100 m2/g, mayor de 150 m2/g, mayor de 200 m2/g o incluso mayor de 250 m2/g. Una porosidad del segundo material fibroso (14) 60 puede ser, p. ej., mayor de un 20 por ciento, mayor de un 25 por ciento mayor de un 35 por ciento, mayor de un 50
por ciento, mayor de un 60 por ciento, mayor de un 70 por ciento, p. ej., mayor de un 80 por ciento, mayor de un 85 por ciento, mayor de un 90 por ciento, mayor de un 92 por ciento, mayor de un 94 por ciento, mayor de un 95 por ciento, mayor de un 97,5 por ciento, mayor de un 99 por ciento o incluso mayor de un 99,5 por ciento.
5 Una relación de la relación longitud-diámetro promedio del primer material fibroso (12) con respecto a la relación longitud-diámetro promedio del segundo material fibroso (14) puede ser, p. ej., menor de 1,5, p. ej., menor de 1,4, menor de 1,25, menor de 1,1, menor de 1,075, menor de 1,05, menor de 1,025, o incluso sustancialmente igual a 1.
El segundo material fibroso (14) puede cizallarse de nuevo y el material fibroso resultante se hace pasar a través de 10 un segundo tamiz que tiene un tamaño de abertura promedio menor que el del primer tamiz para proporcionar un tercer material fibroso (62). En tales casos, una relación de la relación de longitud respecto al diámetro promedio del segundo material fibroso (14) con la relación de longitud-diámetro promedio del tercer material fibroso (62) puede ser, p. ej., menor que 1,5, p. ej., menor que 1,4, menor que 1,25, o incluso menor que 1,1.
15 Al tercer material fibroso (62) se le puede hacer pasar, p. ej., a través de un tercer tamiz para producir un cuarto material fibroso. Al cuarto material fibroso se le puede hacer pasar, p. ej., a través de un cuarto tamiz para producir un quinto material. Se pueden repetir procesos de tamizado similares tantas veces como se desee para producir el material fibroso deseado que tenga las propiedades deseadas.
20 Los materiales fibrosos deseados pueden incluir fibras que tengan una relación longitud-diámetro promedio mayor de 5, con una desviación estándar en la longitud de fibra de menos del sesenta por ciento de la longitud promedio. Por ejemplo, la relación longitud-diámetro promedio puede ser mayor de 10/1, p. ej., mayor de 25/1, o mayor de 50/1, y la longitud promedio puede estar entre aproximadamente 0,5 mm y 2,5 mm, p. ej., entre aproximadamente 0,75 mm y 1,0 mm. Un ancho promedio del material fibroso puede estar entre aproximadamente 5 pm y 50 pm, p. ej., entre 25 aproximadamente 10 pm y 30 pm. Por ejemplo, la desviación estándar puede ser menos del 50 por ciento de la longitud promedio, p. ej., menos del 40 por ciento, menos del 30 por ciento, menos del 25 por ciento, menos del 20 por ciento, menos del 10 por ciento, menos del 5 por ciento, o incluso menos del 1 por ciento de la longitud promedio. Un material fibroso deseable puede tener, p. ej., un área superficial BET mayor de 0.5 m2/g, p. ej., mayor de 1,0 m2/g, mayor de 1,5 m2/g, mayor de 1,75 m2/g, mayor de 5 m2/g, mayor de 10 m2/g, mayor de 25,0 m2/g, mayor de 50,0 m2/g, mayor 30 de 75,0 m2/g, o incluso mayor de 100,0 m2/g. Un material deseado puede tener, p. ej., una porosidad mayor del 70 por ciento, p. ej., mayor del 80 por ciento, mayor del 87,5 por ciento, mayor del 90 por ciento, mayor del 92,5 por ciento, mayor del 95 por ciento, mayor del 97,5 por ciento, o incluso mayor del 99 por ciento. Una superficie BET puede tener un área mayor de 1,25 m2/g y una porosidad mayor del 85 por ciento.
35 MATERIALES COMPUESTOS DE RESINA/MATERIAL FIBROSO
Los materiales compuestos que incluyen cualquiera de los materiales fibrosos o combinaciones de cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente documento (incluyendo cualquiera de los materiales fibrosos divulgados en las patentes de EE. UU. con nos 6.448.307,6.258.876,6.207.729,5.973.035y5.952.105), p. ej., el primer (12) o el 40 segundo material fibroso (14) y una resina, p. ej., una resina termoplástica o una resina termoestable, pueden prepararse mediante la combinación del material fibroso deseado y la resina deseada. El material fibroso deseado puede combinarse con la resina deseada, p. ej., mediante la mezcla del material fibroso y la resina en un extrusor u otro mezclador. Para formar el material compuesto, el material fibroso puede combinarse con la resina como el material fibroso en sí mismo o como un material fibroso densificado que puede volverse a abrir durante la combinación. Tal 45 material densificado es tratado en la Solicitud Internacional con n.° PCT/US2006/010648, depositada el 23 de marzo de 2006. Ejemplos de resinas termoplásticas incluyen termoplásticos elastoméricos y rígidos. Los termoplásticos rígidos incluyen poliolefinas (p. ej., polietileno, polipropileno, o copolímeros de poliolefina), poliésteres (p. ej., tereftalato de polietileno), poliamidas (p. ej., nailon 6, 6/12 o 6/10), y polietileneiminas. Ejemplos de resinas termoplásticas elastoméricas incluyen copolímeros estirénicos elastoméricos (p. ej., copolímeros estireno-etileno-butileno-estireno), 50 elastómeros de poliamida (p. ej., copolímeros de poliéter-poliamida) y copolímero de acetato de etileno-vinilo.
La resina termoplástica puede tener una velocidad de flujo de fusión de entre 10 g/10 minutos a 60 g/10 minutos, p. ej., de entre 20 g/10 minutos a 50 g/10 minutos, o de entre 30 g/10 minutos a 45 g/10 minutos, tal como se ha calculado usando la norma ASTM 1238.
55
Pueden usarse mezclas compatibles de cualquiera de las resinas termoplásticas anteriores.
La resina termoplástica puede tener un índice de polidispersidad (PDI), es decir, una relación del peso molecular promedio en peso con respecto al peso molecular medio numérico, mayor de 1,5, p. ej., mayor de 2,0, mayor de 2,5, 60 mayor de 5,0, mayor de 7,5, o incluso mayor de 10,0.
En realizaciones específicas, las poliolefinas o mezclas de poliolefinas se utilizan como la resina termoplástica. Ejemplos de resinas termoestables incluyen el caucho natural, el caucho-butadieno y los poliuretanos.
5 Además del material fibroso deseado y la resina, pueden añadirse aditivos, p. ej., en forma de un sólido o un líquido, a la combinación de material fibroso y resina. Por ejemplo, aditivos adecuados incluyen rellenos tales como carbonato cálcico, grafito, wollastonita, mica, vidrio, fibra de vidrio, sílice y talco; retardantes de llama inorgánicos tales como trihidrato de alúmina o hidróxido de magnesio; retardantes de llama orgánicos tales como compuestos orgánicos bromados o clorados; escombros de construcción en tierra; caucho destinado a ruedas de tierra; fibras de carbono; o 10 fibras o polvos metálicos (p. ej., aluminio, acero inoxidable). Estos aditivos pueden reforzar, ampliar, o cambiar las propiedades de compatibilidad o de tipo eléctrico y mecánico. Otros aditivos incluyen fragancias, agentes de acoplamiento, compatibilizadores, p. ej., polipropileno maleado, auxiliares de procesamiento, lubricantes, p. ej., polietileno fluorinado, plastificantes, antioxidantes, opacificantes, estabilizantes térmicos, colorantes, agentes espumantes, modificadores de impacto, polímeros, p. ej., polímeros degradables, fotoestabilizadores, biocida, agentes 15 antiestáticos, p. ej., estearatos o aminas de ácidos grasos etoxilados. Compuestos antiéstaticos adecuados incluyen negros de humo conductor, fibras de carbono, rellenos de metal, compuestos catiónicos, p. ej., compuestos de amonio cuaternario, p. ej., clorudo de N-(3-cloro-2-hidroxipropil)-trimetilamonio, alcalolaminas, y aminas. Polímeros degradables representativos incluyen ácidos polihidroxi, p. ej., polilactidas, poliglicolidas y copolímeros de ácido láctico y ácido glicólico, ácido (poli)hidroxibutírico, ácido (poli)hidroxivalérico, poli[lactida-co-(e-caprolactona)], poli[glicolida- 20 co-(e-caprolactona)], policarbonatos, ácidos (poli)aminos, poli(hidroxialcanoato)s, polianhídridos, poliortoésteres y mezclas de estos polímeros.
En algunas realizaciones, el material fibroso se esteriliza antes de combinarlo con una resina para destruir cualquier microorganismo que pueda estar en este material fibroso. Por ejemplo, el material fibroso puede esterilizarse mediante 25 la exposición del material fibroso a radiación; mediante la aplicación de calor al material fibroso bajo las condiciones y el tiempo suficientes para destruir cualquier microorganismo, p. ej., mediante ebullición a presión atmosférica normal; o empleando esterilizantes químicos.
Puede ser ventajoso hacer que el material compuesto desprenda olor y/o parezca madera natural, p. ej., madera de 30 cedro. Por ejemplo, la fragancia, p. ej., una fragancia a madera natural, puede combinarse con la resina utilizada para fabricar el material compuesto. En algunas implementaciones, la fragancia se combina directamente con la resina en forma de aceite. Por ejemplo, el aceite puede combinarse con la resina utilizando un molino de rodillos, p. ej., un mezclador Banbury® o un extrusor, p. ej., un extrusor de husillo doble con tornillos de rotación inversa. Un ejemplo de mezclador Banbury® es el mezclador F-Series Banbury®, fabricado por Farrel. Un ejemplo de extrusor de husillo doble 35 es el WP ZSK 50 MEGAcompunder™, fabricado por Krupp Werner & Pfleiderer. Después de la combinación, la resina aromática puede añadirse al material fibroso y extraerse o moldearse. Alternativamente, los lotes principales de resinas rellenas de fragancia se encuentran disponibles en el mercado gracias a International Flavors & Fragrances, con el nombre comercial de Polylff™ o a través de RTP Company. En algunas realizaciones, la cantidad de fragancia en el material compuesto está entre aproximadamente el 0,005 % por peso y aproximadamente el 10 % por peso, p. ej., 40 entre aproximadamente el 0,1 % y aproximadamente el 5 % o entre el 0,25 % y aproximadamente el 2,5 %. Otras fragancias a madera natural incluyen encina o secuoya. Otras fragancias incluyen hierbabuena, cereza, frambuesa, melocotón, lima, menta verde, canela, anís, albahaca, bergamota, pimienta negra, alcanfor, camomila, citronela, eucalipto, pino, abeto, geranio, jengibre, pomelo, jazmín, bayas de enebro, lavanda, limón, mandarina, mejorana, almizcle, mirra, naranja, pachulí, rosa, romero, salvia, sándalo, árbol del té, tomillo, abedul, ylang ylang, vainilla, aroma 45 a coche nuevo o mezclas de estas fragancias. En algunas realizaciones, la cantidad de fragancia en la combinación de fragancia-material fibroso está entre aproximadamente el 0,005 % por peso y aproximadamente el 20 % por peso, p. ej., entre aproximadamente el 0,1 % y aproximadamente el 5 % o entre el 0,25 % y aproximadamente el 2,5 %. Incluso se describen otras fragancias y procedimientos en la patente de EE. UU. con n° de solicitud de aplicación provisional 60/688.002, depositada el 7 de junio de 2005.
50
Cualquiera de los materiales fibrosos descritos anteriormente, p. ej., el primer (12) o segundo material fibroso (14) junto con una resina, pueden usarse para fabricar artículos tales como tuberías, paneles, materiales para tarimas, tableros, carcasas, láminas, bloques, ladrillos, postes, vallados, extremidades, puertas, obturadores, toldos, persianas, señales, marcos, jambas de ventanas, tablas, pavimentos, baldosas, traviesas de ferrocarril, bandejas, mangos de 55 herramientas, compartimentos, películas, fundas, cintas, cajas, cestas, estanterías, estuches, carpetas, separadores, paredes, tapetes, bastidores, librerías, esculturas, sillas, mesas, escritorios, juguetes, juegos, palés, embarcaderos, muelles, botes, mástiles, tanques sépticos, paneles de automóviles, carcasas de ordenadores, revestimientos eléctricos por encima y bajo tierra, mobiliario, mesas de pícnic, bancos, refugios, cubetas, perchas, fuentes de mesa, cofres, cubiertas de libros, bastones, muletas, aislamientos, hilo, paños, bisutería, enseres domésticos y estructuras. 60 El material fibroso puede teñirse antes de combinarlo con la resina y de mezclarse para formar los materiales
compuestos descritos anteriormente. En algunas realizaciones, esta tinción puede ser útil para enmascarar u ocultar el material fibroso, especialmente las grandes aglomeraciones del material fibroso, en partes extraídas o moldeadas. Tales grandes aglomeraciones, cuando se presentan en concentraciones relativamente altas, pueden aparecer en forma de motas en las superficies de las partes extraídas o moldeadas.
5
Por ejemplo, el material fibroso deseado puede teñirse usando un tinte ácido, un tiente directo o un tinte reactivo. Dichos tintes están disponibles gracias a Spectra Dyes, Kearney, Nueva Jersey, o a través de Keystone Aniline Corporation en Chicago, Illionois. Algunos ejemplos concretos de estos tintes incluyen: SPECTRA™ LIGHT YELLOW 2G, SPECTRACID™ YELLOW 4GL CONC 200, SPECTRANYL™ RHODAMINE 8, SPECTRANYL™ NEUTRAL RED 10 B, SPECTRAMINE™ BENZOPERPURINE, SPECTRADIAZO™ BLACK OB, SPECTRAMINE™ TURQUOISE G, y SPECTRAMINE™ GREY LVL 200%, todos disponibles a través de Spectra Dyes.
Los concentrados de color de la resina que contienen pigmentos pueden mezclarse con estos tintes. Cuando tales mezclas son entonces combinadas con el material fibroso deseado, el material fibroso puede teñirse in situ durante la 15 combinación. Los concentrados de color están disponibles a través de Clariant.
EJEMPLOS
Las micrografías electrónicas de barrido se obtuvieron con un microscopio electrónico de barrido de campo de emisión 20 del tipo JEOL 65000. Los anchos y las longitudes de fibra (es decir, diámetros) fueron determinados por Integrated Paper Services, Inc., Appleton, Wisconsin, usando un analizador automatizado (TAPPI T271). El área superficial BET fue determinada por Micromeritics Analytical Services, además de la porosidad y la densidad aparente.
Ejemplo 1: preparación de material fibroso a partir de papel policubierto
25
Se obtuvo un palé de 680,39 kg (1500 libras) de cajas de cartón de zumo vírgenes de medio galón hechas de cartón Kraft blanco policubierto no impreso con una densidad aparente de 320,4 kg/m3 (20 lb/pie3) de International Paper. El material se cortó en piezas de 20,96 cm (8 1/4 pulgadas) por 27,9 cm (11 pulgadas) usando una cuchilla tipo guillotina y que alimentó un cortador de cuchillas giratorias, modelo SC30. El modelo SC30 está equipado con cuatro cuchillas 30 giratorias, cuatro cuchillas fijas y un tamiz de descarga que tiene aberturas de 0,32 cm (1/8 de pulgada). El espacio entre las cuchillas giratorias y las fijas se ajustó a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). El cortador de cuchillas giratorias cizallaba los trozos similares a confeti a través de los bordes de las cuchillas, despedazando los trozos y liberando un material fibroso a un ritmo de aproximadamente 0,45 kilogramos por hora (una libra por hora). El material fibroso tenía un área superficial BET de 0,9748 m2/g +/- 0,0167 m2/g, una porosidad del 89,0437 por ciento y una 35 densidad aparente (@0,53 psia) de 0,1260 g/ml. La longitud promedio de las fibras fue de 1,141 mm y el ancho promedio de las fibras fue de 0,027 mm, dando una L/D promedio de 42:1. Micrografías electrónicas de barrido del material fibroso se muestran en las Figuras 11 y 12 a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente.
Ejemplo 2: preparación de material fibroso a partir de cartón Kraft blanqueado
40
Se obtuvo un palé de 680,39 kg (1500 libras) de cartón Kraft blanco, virgen y blanqueado, con una densidad aparente de 480,6 kg/m3 (30 lb/pie3) de International Paper. El material se cortó en piezas de 20,96 cm (8 1/4 pulgadas) por
27.9 cm (11 pulgadas) usando una cuchilla tipo guillotina y que alimentó un cortador de cuchillas giratorias, modelo SC30. El tamiz de descarga tenía aberturas de 0,32 cm (1/8 de pulgada). El espacio entre las cuchillas giratorias y las
45 fijas se ajustó a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). El cortador de cuchillas giratorias cizallaba los trozos similares a confeti, liberando un material fibroso a un ritmo de aproximadamente 0,45 kilogramos por hora (una libra por hora). El material fibroso tenía un área superficial BET de 1,1316 m2/g +/- 0,0103 m2/g, una porosidad del 88,3285 por ciento y una densidad aparente (@0,53 psia) de 0,1497 g/ml. La longitud promedio de las fibras fue de 1,063 mm y el ancho promedio de las fibras fue de 0,0245 mm, dando una L/D promedio de 43:1. Micrografías electrónicas de 50 barrido del material fibroso se muestran en las Figuras 13 y 14 a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente.
Ejemplo 3: preparación de material fibroso doblemente cizallado a partir de cartón Kraft blanqueado
Se obtuvo un palé de 680,39 kg (1500 libras) de cartón Kraft blanco, virgen y blanqueado, con una densidad aparente 55 de 480,6 kg/m3 (30 lb/pie3) de International Paper. El material se cortó en piezas de 20,96 cm (8 1/4 pulgadas) por
27.9 cm (11 pulgadas) usando una cuchilla tipo guillotina y que alimentó un cortador de cuchillas giratorias de Munson, modelo SC30. El tamiz de descarga tenía aberturas de 0,16 cm (1/16 de pulgada). El espacio entre las cuchillas giratorias y las fijas se ajustó a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). El cortador de cuchillas giratorias cizallaba los trozos similares a confeti, liberando un material fibroso a un ritmo de aproximadamente 0,45 kilogramos
60 por hora (una libra por hora).
El material resultante del primer cizallamiento se alimentó de vuelta al mismo equipo descrito anteriormente y se cizalló de nuevo.
5 El material fibroso resultante tenía un área superficial BET de 1,4408 m2/g +/- 0,0156 m2/g, una porosidad del 90,8998 por ciento y una densidad aparente (@0,53 psia) de 0,1298 g/ml. La longitud promedio de las fibras fue de 0,891 mm y el ancho promedio de las fibras fue de 0,026 mm, dando una L/D promedio de 34:1. Micrografías electrónicas de barrido del material fibroso se muestran en las Figuras 15 y 16 a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente.
10 Ejemplo 4: preparación de material fibroso triplemente cizallado a partir de cartón Kraft blanqueado
Se obtuvo un palé de 680,39 kg (1500 libras) de cartón Kraft blanco, virgen y blanqueado, con una densidad aparente de 480,6 kg/m3 (30 lb/pie3) de International Paper. El material se cortó en piezas de 20,96 cm (8 1/4 pulgadas) por
27,9 cm (11 pulgadas) usando una cuchilla tipo guillotina y que alimentó un cortador de cuchillas giratorias Munson, 15 modelo SC30. El tamiz de descarga tenía aberturas de 0,32 cm (1/8 de pulgada). El espacio entre las cuchillas giratorias y las fijas se ajustó a aproximadamente 0,51 mm (0,020 pulgadas). El cortador de cuchillas giratorias cizallaba los trozos similares a confeti a través de los bordes de las cuchillas. El material resultante del primer cizallamiento se alimentó de vuelta al mismo equipo y el tamiz se sustituyó por un tamiz de 0,16 cm (1/16 de pulgada). Este material se cizalló. El material resultante del segundo cizallamiento se alimentó de vuelta al mismo equipo y el 20 tamiz se sustituyó por un tamiz de 0,79 cm (1/32 de pulgada). Este material se cizalló. El material fibroso resultante tenía un área superficial BET de 1,6897 m2/g +/- 0,0155 m2/g, una porosidad del 87,7163 por ciento y una densidad aparente (@0,53 psia) de 0,1448 g/ml. La longitud promedio de las fibras fue de 0,824 mm y el ancho promedio de las fibras fue de 0,0262 mm, dando una L/D promedio de 32:1. Micrografías electrónicas de barrido del material fibroso se muestran en las Figuras 17 y 18 a 25 aumentos y a 1000 aumentos, respectivamente.
25
OTRAS COMPOSICIONES Y USOS DE LOS MATERIALES FIBROSOS
Se pueden preparar composiciones que incluyan cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente documento, incluyendo cualquiera de los materiales fibrosos, resinas, aditivos u otros componentes descritos en las 30 patentes de EE. UU. con n.os 6.448.307,6.258.876,6.207.729,5.973.035y5.952.105). Por ejemplo, cualquiera de los materiales fibrosos descritos en el presente documento puede combinarse con un sólido, un líquido o un gas, p. ej., una sustancia química o formulación química (en estado sólido o líquido) tales como una sustancia farmacéutica (p. ej., un antibiótico), un material agrícola (p. ej., semillas, un fertilizante, herbicida o pesticida), o una enzima o una formulación que incluya enzimas. También pueden prepararse composiciones que incluyan uno o más tipos de 35 bacterias o bacterias en combinación con una o más enzimas.
Tales composiciones pueden aprovecharse de las propiedades deseables de los materiales fibrosos. Por ejemplo, cualquiera de los materiales fibrosos puede usarse para absorber sustancias químicas, que potencialmente absorben muchas veces su propio peso. Por ejemplo, los materiales fibrosos pueden usarse para absorber aceite derramado, o 40 bien otras sustancias químicas. Con la combinación de estos materiales fibrosos con un microorganismo, como una bacteria, que pueda metabolizar el aceite o la sustancia química, se podría ayudar en su limpieza. Por ejemplo, los materiales fibrosos pueden combinarse con soluciones de enzimas, secarse, y usarse después en ropa de cama de mascotas, o bien combinados con una sustancia farmacéutica, usarse para administrar un agente terapéutico, tal como un fármaco. Si se desea, los materiales fibrosos pueden combinarse con un polímero degradable, p. ej., ácido 45 poliglicólico, ácido poliláctico y copolímeros de ácido láctico y poliglicólico. Anteriormente se han mencionado otros materiales degradables que pueden usarse. Pueden prepararse composiciones -que incluyan materiales fibrosos, p. ej., materiales celulósicos o lignocelulósicos y, p. ej., sustancias químicas o formulaciones químicas en estado sólido, líquido o gaseoso-, p. ej., en varios aparatos de mezclado, pulverización o inmersión. Por ejemplo, las composiciones pueden prepararse usando mezcladores de caucho, mezcladores cónicos, mezcladores cónicos dobles, y 50 mezcladores en V Patterson-Kelly.
Si se desea, la lignina puede retirarse de cualquiera de los materiales fibrosos que incluyen lignina, tales como materiales lignocelulósicos. También, si se desea, el material fibroso puede ser esterilizado para destruir cualquier microorganismo que pudiera estar en este material fibroso. Por ejemplo, el material fibroso se puede esterilizar 55 exponiendo el material fibroso a radiación, tal como radiación infrarroja, radiación ultravioleta o una radiación ionizante, tal como radiación gamma. Los materiales fibrosos también pueden ser esterilizados mediante el calentamiento de los mismos bajo condiciones y tiempo suficientes para destruir cualquier microorganismo, o mediante la utilización de un esterilizante químico, tal como lejía (p. ej., hipoclorito de sodio), clorhexidina u óxido de etileno.
60 Cualquiera de los materiales fibrosos puede lavarse, p. ej., con un líquido tal como agua, para eliminar toda impureza
y/o contaminante indeseable.
Los materiales fibrosos pueden usarse como materia prima para varios microorganismos, tales como levadura y bacterias, que pueden fermentar o alterar de otra forma los materiales fibrosos para producir un material útil, tal como 5 un combustible, p. ej., un alcohol, un ácido orgánico, un hidrocarburo o hidrógeno, o una proteína.
El alcohol producido puede ser un monohidroxialcohol, p. ej., etanol o un polihidroxialcohol, p. ej., etilenglicol o glicerina. Los ejemplos de alcoholes que pueden producirse incluyen metanol, etanol, propanol, isopropanol, butanol, etilenglicol, propilenglicol, 1,4-butanodiol, glicerina o mezclas de estos alcoholes. Los ácidos orgánicos producidos 10 pueden incluir ácidos monocarboxílicos o ácidos policarboxílicos. Los ejemplos de ácidos orgánicos incluyen ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, ácido valérico, ácido capróico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido oleico, ácido linoleico, ácido glicólico, ácido láctico, ácido Y-hidroxibutírico y mezclas de estos ácidos. El hidrocarburo producido puede ser, p. ej., un alcano o un alqueno. Los ejemplos de hidrocarburos que pueden producirse incluyen metano, etano, propano, isobuteno, pentano, 15 n-hexano o mezclas de estos hidrocarburos.
Una fuente de fibra que incluya una fuente de fibra lignocelulósica y/o celulósica puede cizallarse para proporcionar un primer material fibroso. Este primer material fibroso se pasa entonces a través de un primer tamiz que tenga un tamaño de abertura medio de aproximadamente 1,59 mm o menos (1/16 de pulgada, 0,0625 pulgadas) para 20 proporcionar un segundo material fibroso. El segundo material fibroso se combina con una bacteria y/o enzima. En esta realización particular, la bacteria y/o la enzima es capaz de utilizar el segundo material fibroso directamente y sin un pretratamiento para producir un combustible que incluya hidrógeno, un alcohol, un ácido orgánico y/o un hidrocarburo.
25 Antes de combinar la bacteria y/o la enzima, el material fibroso puede ser esterilizado para destruir cualquier microorganismo que pudiera estar en este material fibroso. Por ejemplo, el material fibroso se puede esterilizar exponiendo el material fibroso a radiación, tal como radiación infrarroja, radiación ultravioleta o una radiación ionizante, tal como radiación gamma. Los microorganismos también pueden destruirse usando esterilizantes químicos, tal como lejía (p. ej., hipoclorito de sodio), clorhexidina u óxido de etileno.
30
El material celulósico y/o lignocelulósico del material fibroso puede primero descomponerse en azúcares de peso molecular más bajo, que serán después añadidos a una solución de levadura y/o bacterias que fermentarán estos azúcares de peso molecular más bajo para producir etanol. El material celulósico y/o lignocelulósico puede descomponerse usando sustancias químicas, tales como ácidos o bases, mediante enzimas, o mediante una 35 combinación de ambos. La hidrólisis química de materiales celulósicos es descrita por Bjerre, en Biotechnol. Bioeng., 49:568 (1996) y Kim en Biotechnol. Prog., 18:489 (2002.
Las estrategias de bioetanol son descritas por DiPardo en Journal of Outlook for Biomass Ethanol Production and Demand (EIA Forecasts), 2002; Sheehan en Biotechnology Progress, 15:8179, 1999; Martin en Enzyme Microbes 40 Technology, 31:274, 2002; Greer en BioCycle, 61-65, abril de 2005; Lynd en Microbiology and Molecular Biology Reviews, 66:3, 506-577, 2002; Ljungdahl et al. en la patente de EE. UU. con n.° 4.292.406; y Bellamy en la patente de EE. UU. con n.° 4.094.742. Con referencia ahora a la Fig. 19, un material fibroso que tiene una densidad aparente baja puede combinarse con un microorganismo, p. ej., levadura o bacterias, y/o enzimas liofilizadas, y después densificarse de forma reversible en una composición de material fibroso que tenga una densidad aparente más alta. 45 Por ejemplo, una composición de material fibroso que tiene una densidad aparente de 0,05 g/cm3 se puede densificar sellando el material fibroso en una estructura relativamente impermeable al gas, p. ej., una bolsa hecha de polietileno o una bolsa hecha de capas alternas de polietileno y un nailon, y luego evacuando el gas atrapado, p. ej., aire, de la estructura. Después de la evacuación del aire de la estructura, el material fibroso puede tener, p. ej., una densidad aparente de más de 0,3 g/cm3, p. ej., 0,5 g/cm3, 0,6 g/cm3, 0,7 g/cm3o más, p. ej., 0,85 g/ cm3. Esto puede ser ventajoso 50 cuando es deseable transportar el material fibroso a otra ubicación, p. ej., una planta de fabricación remota, donde la composición de material fibroso se puede añadir a una solución, p. ej., para producir etanol. Después de perforar la estructura sustancialmente impermeable al gas, el material fibroso densificado vuelve a su densidad aparente inicial, p. ej., más del 60 por ciento de su densidad aparente inicial, p. ej., 70 por ciento, 80 por ciento, 85 por ciento o más, p. ej., 95 por ciento de su densidad aparente inicial. Para reducir la electricidad estática en el material fibroso, se puede 55 añadir un agente antiestático al material fibroso. Por ejemplo, un compuesto antiestático, p. ej., un compuesto catiónico, p. ej., un compuesto de amonio cuaternario, pueden añadirse al material fibroso.
La estructura, p. ej., una bolsa, puede estar formada por un material que se disuelve en un líquido, tal como agua. Por ejemplo, la estructura se puede formar a partir de un alcohol polivinílico para que se disuelva cuando entra en contacto 60 con un sistema a base de agua. Tales realizaciones permiten que se añadan estructuras densificadas directamente a
las soluciones, p. ej., que incluyan un microorganismo, sin liberar primero los contenidos de la estructura, p. ej., mediante corte.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento para densificar una composición fibrosa, el procedimiento comprende: cizallar una fuente de fibra para proporcionar un material fibroso;
    5 combinar el material fibroso con un microorganismo y/o enzima para proporcionar una composición de
    material fibroso;
    encapsular la composición en un material sustancialmente impermeable al gas; y eliminar el gas atrapado de la composición encapsulada para densificar la composición, donde la fuente de fibra se selecciona de entre el grupo que consiste en madera, hierbas, cascarillas de arroz, 10 bagazo, algodón, yute, cáñamo, lino, bambú, sisal, abacá, paja, mazorcas de maíz, pelo de coco y papel.
  2. 2. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el material sustancialmente impermeable al gas se disuelve en agua, preferentemente donde el material sustancialmente impermeable al gas tiene la forma de una bolsa, o donde después de eliminar el gas atrapado, el material fibroso tiene una densidad aparente de más de 0,3 g/cm3,
    15 tal como mayor de 0,6 g/cm3.
  3. 3. El procedimiento de la reivindicación 1, donde un agente antiestático se añade al material fibroso, preferentemente un compuesto químico antiestático tal como un compuesto catiónico, por ejemplo, un compuesto de amonio cuaternario.
    20
  4. 4. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el material comprende un alcohol de polivinilo.
  5. 5. El procedimiento de la reivindicación 1, donde después de perforar la membrana sustancialmente impermeable al gas, el material fibroso densificado vuelve a más del 60 por ciento de su densidad aparente inicial.
    25
  6. 6. El procedimiento de la reivindicación 1, donde eliminar el gas atrapado comprende evacuar aire, o donde el microorganismo comprende levadura o bacterias, o una bacteria liofilizadas.
  7. 7. El procedimiento de la reivindicación 2, donde la bolsa comprende polietileno o alternar capas de 30 polietileno y nailon.
  8. 8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde la fuente de fibra se corta antes del cizallamiento.
    35 9. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el cizallamiento se realiza con
    un cortador de cuchillas giratorias.
  9. 10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el material fibroso ha sido
    esterilizado para destruir cualquier microorganismo, preferentemente donde el material fibroso ha sido esterilizado por 40 exposición de este material fibroso a radiación, tal como radiación ionizante.
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