ES2862101T3

ES2862101T3 - Procedimiento para producir materiales no tejidos

Info

Publication number: ES2862101T3
Application number: ES16763735T
Authority: ES
Inventors: Hannu Ahoniemi; Mikael Strandqvist; Gaatze Wijbenga; Arie Venema
Original assignee: Essity Hygiene and Health AB
Current assignee: Essity Hygiene and Health AB
Priority date: 2016-09-01
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2036-09-01
Also published as: CO2019002238A2; WO2018041356A1; RU2705616C1; CA3034510A1; DK3507408T3; AU2016421325A1; NZ751105A; EP3507408B1; AU2016421325B2; PL3507408T3; EP3507408A1; CN109642375B; US20190226133A1; MX2019002446A; CN109642375A; ZA201901870B; CA3034510C; MX378955B; US11136700B2

Abstract

Procedimiento de producción de un material de lámina no tejido compuesto hidroenmarañado de fibras naturales y/o artificiales, que comprende: a) proporcionar una suspensión de tres fases (gas-líquido-sólido) que contiene: - fibras naturales y/o artificiales; - un tensioactivo; - el 20-48% en volumen de aire, b) proporcionar un primer tamiz portador móvil, c) aplicar la suspensión de tres fases sobre el primer tamiz portador móvil para producir una banda fibrosa, d) retirar el residuo acuoso de la suspensión de tres fases a través del primer tamiz portador, e) recircular el residuo acuoso a la etapa a), f) preintegrar la banda fibrosa enjuagando la banda con 0,0005-0,05 m3 de agua por m3 de suspensión de tres fases aplicada, a una presión de 5-50 bar, recoger el agua de enjuague y añadir el agua de enjuague a la etapa de recirculación e), g) transferir la banda fibrosa preintegrada desde dicho primer tamiz portador móvil hasta un segundo tamiz portador móvil, teniendo dicho segundo tamiz portador móvil una porosidad que es menor que la porosidad de dicho primer tamiz portador móvil, h) hidroenmarañar la banda fibrosa sobre dicho segundo portador móvil.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para producir materiales no tejidos

Campo técnico

La presente divulgación se refiere a un procedimiento para producir un material de lámina no tejido compuesto y a un material de lámina que puede obtenerse mediante un procedimiento de este tipo.

Antecedentes

Se usan materiales no tejidos absorbentes para limpiar varios tipos de derrames y suciedad en aplicaciones industriales, médicas, de oficina y domésticas. Normalmente, incluyen una combinación de polímeros termoplásticos (fibras sintéticas) y pulpa celulósica para absorber tanto agua como otras sustancias hidrófilas y sustancias hidrófobas (aceites, grasas). Las toallitas no tejidas de este tipo, además de tener suficiente poder de absorción, son al mismo tiempo fuertes, flexibles y suaves. Pueden producirse colocando en húmedo una mezcla que contiene pulpa sobre una banda de polímero, seguido por deshidratación e hidroenmarañado para anclar la pulpa sobre el polímero y secado final. Se describen materiales no tejidos absorbentes de este tipo y sus procedimientos de producción en el documento WO2005/042819.

El documento WO99/22059 da a conocer un método de producción de un material de lámina no tejido proporcionando filamentos continuos sintéticos hilados o soplados por fusión, aplicando sobre los mismos una espuma de fibras naturales (pulpa) a través de una caja de entrada para producir una combinación de filamentos sintéticos y fibras naturales, seguido por hidroenmarañar la combinación usando chorros de agua, para producir un material de lámina compuesto en el que los filamentos y las fibras naturales están íntimamente integrados dando como resultado un material de lámina de alta resistencia y alta rigidez. El hidroenmarañado puede ir precedido de la aplicación de la espuma también en el otro lado de la banda.

Los documentos WO96/02701 y WO96/02702 dan a conocer un método de producción de un material no tejido hidroenmarañado mediante la formación de espuma de una red fibrosa, seguido por la pulverización de la banda formada por espuma con agua para mantener el equilibrio de agua en el sistema de formación de espuma, en el que la formación de espuma y el hidroenmarañado se realizan en la misma cinta (cable). La espuma contiene el 49-54% en volumen de aire.

El documento WO2012/150902 da a conocer un método de producción de un material no tejido hidroenmarañado en el que una primera red fibrosa de fibras sintéticas cortadas y fibras naturales (pulpa) se coloca en húmedo y se hidroenmaraña usando presiones relativamente bajas de 10-50 bar, se colocan filamentos hilados encima de la primera banda fibrosa hidroenmarañada y una segunda banda fibrosa de fibras naturales se coloca en húmedo encima de los filamentos y posteriormente se hidroenmaraña. Entonces, la banda se invierte y se somete a un tercer tratamiento de hidroenmarañado en el lado de la primera banda fibrosa, para producir un material de lámina compuesto fuerte que tiene lados frontal y posterior esencialmente idénticos.

Se obtienen resultados deseables en cuanto a flexibilidad, resistencia de la lámina y capacidad de absorción cuando la banda fibrosa se produce aplicando las fibras en forma de una espuma que contiene un tensioactivo sobre las fibras sintéticas y uniendo las fibras de pulpa y fibras sintéticas combinadas mediante hidroenmarañado. Sin embargo, pueden producirse irregularidades de superficie o incluso puntos u orificios delgados en el material de lámina final, que afectan negativamente a las propiedades y el rendimiento de la lámina, así como a su aspecto. Este problema podría reducirse mediante el uso de niveles relativamente altos de aire en la espuma, pero esto requiere altos niveles de tensioactivo en la espuma, y altos niveles de tensioactivo pueden obstaculizar el proceso de hidroenmarañado, dando como resultado una unión subóptima en el producto no tejido y una posible obstrucción en el sistema de contracorriente.

Dependiendo de la constitución de la banda formada con espuma, se escapan diferentes cantidades de tensioactivo del bucle de espuma. Así, por ejemplo, altos contenidos de pulpa, banda precursora gruesa y filamentos gruesos o rígidos dan como resultado mayores pérdidas de líquido formador de espuma y, por tanto, una mayor pérdida de tensioactivo. El preenmarañado utilizando altas presiones podría compensar las pérdidas de líquido, pero presenta el riesgo de enmarañar la lámina en la cinta transportadora de soporte, dificultando la transferencia a la siguiente cinta menos permeable, necesaria para un hidroenmarañado óptimo.

Por tanto, existe la necesidad de un procedimiento de producción de materiales no tejidos hidroenmarañados que evite los inconvenientes de características de superficie irregulares o defectuosas y el uso excesivo de tensioactivos.

Sumario

Se desea proporcionar un material no tejido hidroenmarañado, absorbente que tiene una resistencia deseada, y niveles limitados de tensioactivos.

También se desea proporcionar un procedimiento para producir tales materiales no tejidos que implica la etapa de preintegrar una banda fibrosa colocada con espuma usando chorros de agua que enjuagan la banda antes del hidroenmarañado. La preintegración reducirá el nivel de tensioactivo permitiendo, por tanto, un hidroenmarañado más eficaz, y también integrará parcialmente los componentes de la banda, en particular, la banda fibrosa y el polímero, evitando dificultades con la transferencia de la cinta y compensará simultáneamente las pérdidas de agua en el bucle de espuma.

Breve descripción de los dibujos

Las figuras 1 y 2 adjuntas representan esquemáticamente una instalación para producir material de lámina no tejido que contiene pulpa absorbente de la presente divulgación.

Descripción detallada de realizaciones particulares

La invención se refiere a un procedimiento de producción de materiales no tejidos hidroenmarañados tal como se define en la reivindicación adjunta 1. La invención se refiere además a materiales no tejidos hidroenmarañados producidos mediante un procedimiento de este tipo tal como se define en la reivindicación adjunta 15.

El presente procedimiento de producción de un material de lámina no tejido hidroenmarañado incluye las siguientes etapas:

a) proporcionar una suspensión de tres fases (gas-líquido-sólido) que contiene:

- fibras naturales y/o artificiales;

- un tensioactivo;

- el 20-48% en volumen de aire,

b) proporcionar un primer tamiz portador móvil y opcionalmente colocar una banda de polímero sobre el primer tamiz portador móvil,

c) aplicar la suspensión de tres fases sobre el primer tamiz portador móvil o sobre la banda de polímero, para producir una banda fibrosa,

d) recoger y retirar el residuo acuoso de la suspensión de tres fases a través del primer tamiz portador, e) recircular el residuo acuoso a la etapa a),

f) preintegrar la banda fibrosa, enjuagando la banda con 0,0005-0,05 m3 de agua por m3 de suspensión de tres fases aplicada, a una presión de 5-50 bar, y recoger el agua de enjuague,

g) transferir la banda fibrosa preintegrada desde dicho primer tamiz portador móvil hasta un segundo tamiz portador móvil, teniendo dicho segundo tamiz portador móvil una porosidad que es menor que la porosidad de dicho primer tamiz portador móvil,

h) hidroenmarañar la banda fibrosa sobre dicho segundo portador móvil,

i) (opcionalmente) secar la banda hidroenmarañada,

j) (opcionalmente) procesar adicionalmente y finalizar la banda para producir el material no tejido final. En realizaciones particulares, la preintegración de la etapa f) se realiza aplicando chorros de agua perpendicularmente sobre la banda formada a presiones bajas relativas de por ejemplo 2-60 bar, 5-50 bar, 5 25 bar o 5-10 bar. Los chorros pueden cubrir la anchura completa de la banda que forma la lámina final, y, por tanto, también aproximadamente la anchura completa del tamiz portador móvil. Los chorros se colocan ventajosamente a distancias mutuas de entre 0,4 y 2 mm, o entre 0,5 y 1 mm y, por tanto, pueden formar una “cortina” de agua de enjuague. En realizaciones particulares, la cantidad de agua de preintegración es de entre 0,001 y 0,03 m3 de agua por m3 de la suspensión de tres fases aplicada, entre 0,002 y 0,02, o entre 0,003 y 0,01 o incluso entre 0,004 y 0,008 m3 de agua por m3 de suspensión. Alternativamente, la cantidad de agua aplicada en la etapa f) puede definirse independientemente en relación con el material de lámina formado (peso seco), o en términos absolutos, es decir, la cantidad aplicada por unidad de tiempo. Cuando se expresa en relación con el material de lámina formado, la cantidad de agua aplicada en la etapa f) puede ser de entre 0,8 y 20 litros de agua por kg de material de lámina formado, o de entre 1 y 10 l/kg, o entre 1,2 y 5, o incluso entre 1,5 y 3 l/kg de material de lámina formado. Cuando se expresa en términos absolutos, la cantidad de agua aplicada en la etapa f) puede ser de entre 10 y 250 litros de agua por min por m de anchura de banda formada (=0,6-15 m3/h/m) o entre 13 y 170 l/min.m (0,8-10 m3/h/m), o entre 17 y 50 l/min.m (1-3 m3/h/m), o incluso entre 20 y 33 l/min.m (1,2-2 m3/h/m).

En una realización particular, el agua usada para la preintegración es agua dulce, que tiene bajos niveles de materia disuelta, por ejemplo, un TDS (sólidos disueltos totales) menor de 5 g/l, o incluso menor de 1 g/l, y es sustancialmente neutra (por ejemplo pH de entre 5,5 y 8,5). Parte del agua puede suministrarse recirculando el agua de enjuague recogida en la etapa f), opcionalmente tras la (micro)filtración. En una realización, parte del agua de enjuague recogida se alimenta a la suspensión acuosa en la etapa a), es decir, en paralelo con la etapa e), y el resto del residuo acuoso recogido se recircula a la etapa de preintegración f).

La etapa de preintegración y recogida f) puede llevarse a cabo en múltiples fases, por ejemplo, dos fases f1) y f2), o incluso tres fases f1), f2), f3), o incluso más fases, usando múltiples series de chorros de agua, cubriendo cada serie la anchura total de la banda que forma el material de lámina. En el caso de múltiples fases de preintegración, puede ser ventajoso recircular el agua de enjuague recogida de la primera fase f1), que contendrá niveles relativamente altos de tensioactivo, a la suspensión de tres fases (espuma) en la etapa a) y al menos una parte del agua de enjuague recogida de la segunda o última fase f2), que contendrá niveles inferiores de tensioactivo, a la primera etapa de preintegración f1). La distribución más específica del agua de enjuague recogida a la fase de formación de la suspensión y a la preintegración, puede elegirse para tener una calidad óptima de la suspensión y el agua de preintegración en combinación con un uso mínimo de materias primas, incluyendo agua y tensioactivo.

La suspensión de colocación en húmedo se proporciona y se aplica como una espuma, que se obtiene introduciendo aire (u otro gas inerte) en la suspensión. La suspensión (espuma) puede contener entre el 12 y el 48% en volumen de aire, entre el 20 y el 40% en volumen de aire o entre el 24 y el 39% en volumen de aire. Cuando se usa una espuma, el residuo recogido tras aplicar la espuma sobre banda tendrá también la forma de una espuma.

La suspensión de tres fases puede contener un tensioactivo tal como se describe adicionalmente a continuación. Niveles adecuados de tensioactivo pueden estar entre el 0,01 y el 0,2% en peso, o entre el 0,02 y el 0,1% en peso. Como resultado de la etapa de preintegración, el nivel residual de tensioactivo en el producto final será muy bajo, por ejemplo, menos de 100 ppm del tensioactivo, menos de 50 ppm, o menos de 25 ppm del tensioactivo (base en peso seco).

En realizaciones particulares, la etapa de aplicar la suspensión de tres fases (espuma) (etapa c)) implica el uso de una caja de entrada para distribuir la espuma sobre el portador móvil, y la etapa de retirar el residuo acuoso a través del primer portador (etapa d)) implica el uso de una caja de succión, que puede estar dividida en múltiples compartimentos, por ejemplo 2-5 compartimentos, que pueden estar dispuestos consecutivamente a lo largo de la dirección de movimiento del portador, tal como se muestra en las figuras y se explica en más detalle a continuación.

También puede ser ventajoso cuando la etapa de aplicar la suspensión de tres fases c) y la etapa de retirar el residuo acuoso d) se llevan a cabo en al menos dos fases separadas c1), d1) y c2), d2). Cada etapa de aplicar la suspensión implica entonces el uso de una caja de entrada y cada etapa de retirar puede implicar un conjunto de cajas de succión. Esto reducirá adicionalmente los niveles requeridos de tensioactivo y dará como resultado un producto de lámina más uniforme con menos deficiencias de superficie. En esa realización, la etapa de preintegración puede realizarse antes o después de la segunda (o última) fase de colocación de la suspensión o colocación de la espuma. Sin embargo, en realizaciones particulares, la etapa de preintegración y recogida f) se lleva a cabo después de la segunda o última fase de aplicación y retirada c2), d2). También es posible aplicar dos fases de preintegración y recogida cuando se usan dos fases de colocación de la suspensión. El orden puede ser entonces colocación de la suspensión (c1, d1) - colocación de la suspensión (c2, d2) -preintegración (f1) - preintegración (f2), o, alternativamente, colocación de la suspensión (c1, d1) -preintegración (f1) - colocación de la suspensión (c2, d2) - preintegración (f2). Por tanto, la primera fase de preintegración y recogida f1) puede llevarse a cabo antes de la segunda o última fase de aplicación y recogida c2, d2)) y la segunda o última fase de preintegración y recogida f2) se lleva a cabo después de la segunda o última fase de aplicación y retirada c2, d2).

Se encontró que es ventajoso someter el residuo acuoso retirado en la etapa d), que contiene, por tanto aire, a separación de fases, en particular, separación de agua-aire, antes de recircularse en la etapa e). La separación de fases opcional del residuo acuoso implica reducir el contenido de aire del residuo acuoso (suspensión formadora de banda gastada). En realizaciones particulares, el contenido de aire se reduce hasta por debajo del 20% en volumen, por debajo del 15% en volumen o por debajo del 10% en volumen, permitiendo una fácil bombeabilidad del residuo acuoso. Esto puede lograrse retirando y recogiendo el residuo acuoso a través del portador por medio de succión, usando una caja de succión que puede estar dividida en múltiples compartimentos, por ejemplo, 2-6 compartimentos dispuestos a lo largo de la dirección de movimiento del portador, y el residuo recogido en cada compartimento puede transportarse a un tanque de separación de fases distinto. La baja presión en el espacio de cabeza de los tanques de separación reduce el contenido de aire del residuo acuoso. La desaireación se potencia además rompiendo la espuma, por ejemplo, introduciendo turbulencia por medio de un ventilador o mediante pulverización con agua. Tras la recirculación del residuo acuoso desaireado mediante bombeo y la entrada en la etapa de producción de espuma etapa a), el contenido de aire se restaura hasta el nivel requerido, en particular, hasta entre el 20 y el 40% en volumen.

En una realización, el presente procedimiento incluye una etapa adicional, después de la etapa b), de depositar una banda de polímero, que contiene al menos el 50% en peso de filamentos sintéticos, de un modo conocido como tal en la técnica, por ejemplo, mediante una etapa de procedimiento de hilado, colocación por aire o cardado, e ilustrada adicionalmente a continuación. En otra realización, el presente procedimiento incluye una etapa opcional de depositar una capa de polímero sobre la banda fibrosa depositada (combinada) después de la etapa c). Tras la deposición de la banda fibrosa (que contiene fibras cortas) y la banda de polímero de esta realización, la banda combinada puede contener entre el 10 y el 60% en peso, o entre el 15 y el 45% en peso de los filamentos sintéticos en una base de materia seca de la banda combinada.

Una etapa adicional del presente procedimiento es la etapa h) de hidroenmarañar la banda fibrosa formada, como tal, o combinada con una capa de filamentos continuos sintéticos, y, por tanto, integrar la banda usando chorros de agua a alta presión. En realizaciones particulares, el hidroenmarañado se realiza sobre un tamiz portador móvil diferente del portador sobre el que se coloca la banda fibrosa. El hidroenmarañado puede implicar el uso de chorros de agua similares a agujas que cubren la anchura de la banda en movimiento. En determinadas realizaciones, la etapa (o etapas) de hidroenmarañado se realiza sobre un portador diferente (cable en movimiento), que es más denso (aberturas de tamiz más pequeñas) que el portador sobre el que se depositan las suspensiones que contienen fibras (y opcionalmente en primer lugar la banda de polímero). En más determinadas realizaciones, la etapa de hidroenmarañado incluye múltiples chorros de hidroenmarañado en secuencia próxima entre sí. La presión aplicada puede ser del orden de 20-200 bar. El suministro de energía total en la etapa de hidroenmarañado puede ser del orden de 100-400 kWh por tonelada del material tratado, medido y calculado tal como se describe en CA 841938, páginas 11-12.

Las fibras naturales y/o artificiales en la suspensión de tres fases incluyen fibras cortas que pueden tener longitudes de desde 1 hasta 25 mm, y las fibras cortas pueden comprender al menos el 25% en peso, o el 50-90% en peso de fibras de pulpa celulósica, que pueden tener longitudes de fibra de entre 1 y 5 mm. A continuación, se describen composiciones particulares de las fibras de la suspensión acuosa.

El material de lámina tal como se produce mediante el presente procedimiento puede contener el 40-80% en peso, o el 50-75% en peso, de fibras de pulpa y el 15-60% en peso, o el 25-50% en peso, de fibras termoplásticas.

El procedimiento de la presente divulgación puede ser un procedimiento de colocación en húmedo de alta velocidad, en el que la suspensión de tres fases puede depositarse en la etapa b) a una velocidad de entre 2,1 y 6,0 m3/min (35-100 l/s; 126-360 m3/h) para una banda formada que tiene una anchura de 1 m. Esto corresponde a depositar aproximadamente 5-25 kg fibras por min (y por m de anchura) o 6-18 kg de fibras por min y por m, y a una velocidad de movimiento del tamiz portador de 1-8 m/s, o 2,5-6 m/s. Tales valores de velocidad adecuados se combinan con las cantidades de agua de preintegración usadas en la etapa f), ya se expresen por unidad de tiempo, o en volumen por volumen de suspensión, o en volumen por peso de material de lámina formado en cualquier combinación de los mismos.

Las diversas etapas de los procedimientos se llevan a cabo normalmente sobre cables móviles sin fin (tamices portadores: materiales textiles porosos, capaces de portar las diversas fases de la banda en formación) y permitiendo que el fluido excedente pase y se retire, por ejemplo, mediante succión. En realizaciones particulares, la etapa de colocación del polímero b), etapa de aplicación de la suspensión c) y etapa de preintegración f) se llevan a cabo sobre un primer cable en movimiento que tiene una primera porosidad, y la etapa de hidroenmarañado h) se lleva a cabo sobre un segundo cable en movimiento que tiene una segunda porosidad que es menor que la primera porosidad. La permeabilidad del primer portador móvil (cable) puede ser de 250-750 cfm ("cubic foot per min", pie cúbico por min) (= 7,1-21,2 m3/min), o 400-600 cfm (= 11,3 17,0 m3/min), mientras que la permeabilidad del segundo portador móvil puede ser de 100 - 350 cfm (= 2,8 9,9 m3/min), o 150-250 cfm (= 4,2-7,1 m3/min).

El procedimiento según la presente divulgación puede incluir además una etapa i) de secar la lámina hidroenmarañada y etapas adicionales opcional de imprimir, acondicionar, dimensionar y envasar la lámina secada para producir un material de lámina listo para usar.

En la presente divulgación, las indicaciones "entre x e y” y "desde x hasta y” y "de x-y” en las que x e y son números, se considera que son sinónimos, siendo la inclusión o exclusión de los puntos de extremo precisos x e y de significado teórico más que práctico. A continuación, se describen detalles adicionales de realizaciones particulares de las diversas etapas y materiales que van a aplicarse.

Banda de polímero

Portador y banda de polímero

Un tamiz portador móvil sobre el que puede aplicarse la composición acuosa, puede ser un material textil de formación, que puede ser un cable similar a una cinta en movimiento que tiene al menos la anchura del material de lámina que va a producirse, material textil que permite el drenaje del líquido a través del material textil, es decir, que es semipermeable. En una realización, en primer lugar, puede depositarse una banda de polímero sobre el portador mediante colocación de fibras artificiales sobre el portador. Las fibras pueden ser fibras distintas (cortadas) cortas o largas y/o filamentos continuos. El uso o uso conjunto de filamentos es ventajoso en determinadas realizaciones. En otra realización, puede depositarse una capa de polímero sobre la banda fibrosa obtenida en las etapas b) y c), pero antes de la etapa de transferencia g), o incluso antes de la etapa de preintegración f). T ambién es posible depositar, en primer lugar, una capa de polímero, seguido por depositar la suspensión acuosa para formar una banda fibrosa sobre la banda de polímero y depositar una capa de polímero adicional sobre la banda fibrosa.

Los filamentos son fibras que, en proporción a su diámetro, son muy largas, en principio sin fin, durante su producción. Pueden producirse fundiendo y extruyendo un polímero termoplástico a través de boquillas finas, seguido por enfriamiento, tal como usando un flujo de aire, y solidificación para dar hebras que pueden tratarse mediante estiraje, estiramiento o rizado. Los filamentos pueden ser de un material termoplástico que tiene suficientes propiedades coherentes como para permitir la fusión, el estiraje y el estiramiento. Ejemplos de polímeros sintéticos útiles son poliolefinas, tales como polietileno y polipropileno, poliamidas tales como nailon-6, poliésteres tales como poli(tereftalato de etileno), y polilactidas. Por supuesto, también pueden usarse copolímeros de estos polímeros, así como polímeros naturales con propiedades termoplásticas. El polipropileno es una fibra artificial termoplástica particularmente adecuada. Los diámetros de fibra pueden ser, por ejemplo, del orden de 1-25 pm. Las fibras cortadas pueden ser de los mismos materiales artificiales que los filamentos, por ejemplo polietileno, polipropileno, poliamidas, poliésteres, polilactidas, fibras celulósicas, y pueden tener longitudes de por ejemplo 2-40 mm o 5-25 mm. En realizaciones particulares, la banda de polímero contiene al menos el 50% en peso de filamentos termoplásticos (sintéticos), o al menos el 75% en peso, de filamentos sintéticos. La banda combinada contiene entre el 15 y el 45% en peso de los filamentos sintéticos en una base de sólidos secos de la banda combinada.

Suspensión de fibras de tres fases

La suspensión acuosa se obtiene mezclando fibras cortas y agua en un tanque de mezclado. Las fibras cortas pueden incluir fibras naturales, en particular, fibras celulósicas. Entre las fibras celulósicas adecuadas están fibras de semillas o capilares, por ejemplo algodón, lino y pulpa. Son especialmente muy adecuadas fibras de pulpa de madera, y son adecuadas tanto fibras de madera blanda como fibras de madera dura, y también pueden usarse fibras recicladas. Las longitudes de las fibras de pulpa pueden variar entre 0,5 y 5, desde 1 hasta 4 mm, o desde alrededor de 3 mm para fibras de madera blanda hasta alrededor de 1,2 mm para fibras de madera dura y una mezcla de estas longitudes, o incluso más cortas, para fibras recicladas. La pulpa puede introducirse como tal, es decir, como pulpa preproducida, por ejemplo, suministrada en forma de lámina, o producirse in situ, en cuyo caso el tanque de mezclado se denomina comúnmente despulpadora, que implica usar alta cizalladura y posiblemente productos químicos de despulpado, tales como ácido o álcali.

Además o en lugar de las fibras naturales, puede añadirse otros materiales naturales o artificiales a la suspensión, tales como en particular otras fibras cortas. Pueden usarse adecuadamente fibras cortadas (artificiales) de longitud variable, por ejemplo 5-25 mm, como fibras adicionales. La longitud de las fibras cortadas puede ser también bimodal, teniendo una parte una longitud promedio de 5-10 mm y teniendo otra parte una longitud promedio de 15-20 mm. Las fibras cortadas pueden ser fibras artificiales tal como se describió anteriormente, por ejemplo poliolefinas, poliésteres, poliamidas y poli(ácido láctico), o derivados de celulosa tales como Lyocell. Las fibras cortadas pueden ser incoloras, o coloreadas según se desee, y pueden modificar propiedades adicionales de la suspensión que contiene pulpa y del producto de lámina final. Los niveles de fibras adicionales, o únicas, (artificiales), en particular fibras cortadas, pueden estar adecuadamente entre el 3 y el 100% en peso, entre el 5 y el 50% en peso, entre el 7 y el 30% en peso, o entre el 8 y el 20% en peso basándose en los sólidos secos de la suspensión acuosa.

Cuando se usan fibras de polímero como material adicional, habitualmente es necesario añadir un tensioactivo a la suspensión que contiene pulpa. Los tensioactivos adecuados incluyen tensioactivos aniónicos, catiónicos, no iónicos y anfóteros. Los ejemplos adecuados de tensioactivos aniónicos incluyen sales de ácidos grasos de cadena larga (Ic, “long chain") (es decir, que tiene una cadena de alquilo de al menos 8 átomos de carbono, en particular, al menos 12 átomos de carbono), sulfatos de alquilo de Ic, bencenosulfonatos de alquilo de Ic, que están opcionalmente etoxilados. Los ejemplos de tensioactivos catiónicos incluyen sales de alquilamonio dele. Los ejemplos adecuados de tensioactivos no iónicos incluyen alcoholes grasos de Ic etoxilados, alquilamidas de Ic etoxiladas, glicósidos de alquilo de Ic, amidas de ácidos grasos de Ic, mono- y diglicéridos, etc. Los ejemplos de tensioactivos anfóteros (zwitteriónicos) incluyen alcanosulfonatos de alquilamonio de Ic y tensioactivos a base de colina o a base de fosfatidilamina. El nivel de tensioactivo (basándose en la suspensión acuosa) puede ser de entre el 0,005 y el 0,2, entre el 0,01 y el 0,1, o entre el 0,02 y el 0,08% en peso.

Para una aplicación eficaz de la suspensión acuosa, la suspensión contiene aire, es decir, es una suspensión de tres fases usada como una espuma. La cantidad de aire introducida en la suspensión (por ejemplo agitando la suspensión) puede ser de entre el 12 y el 48% en volumen de la suspensión final (incluyendo el aire). El contenido de aire de la suspensión de tres fases puede ser de entre el 20 y el 40% en volumen, o entre el 24 y el 39% en volumen. Cuanto más aire está presente en la espuma, a menudo se requieren niveles superiores de tensioactivos. El término “aire” ha de interpretarse ampliamente como cualquier gas no nocivo, que contiene normalmente al menos el 50% de nitrógeno molecular, y niveles variables adicionales de oxígeno molecular, dióxido de carbono, gases nobles, etc. Puede encontrarse información adicional sobre la formación de espuma, por ejemplo, en el documento WO03/040469.

Aplicación de la suspensión que contiene fibras

La suspensión acuosa que contiene fibras cortas se deposita sobre el portador, o bien directamente, o bien sobre una banda de polímero, por ejemplo, usando una caja de entrada, que guía y extiende la suspensión uniformemente sobre la anchura de la banda en la dirección del material textil en movimiento, provocando que la suspensión penetre parcialmente en la banda de polímero. La suspensión que contiene fibras se aplica a la velocidad de movimiento del material textil (cable) y, por tanto, normalmente la velocidad es la misma que la velocidad de colocación de la banda de polímero, velocidad que puede ser alta, por ejemplo, de entre 1 y 8 m/s (60-480 m/min), especialmente entre 3 y 5 m/s. La cantidad total de líquido que circula mediante la colocación en húmedo o colocación de espuma para una banda formada que tiene una anchura de 1 m puede ser del orden de 1200-5400 kg/min, 1800-4500 kg/min o 2100-3600 kg/min (20-90, 30-75 o 35-60 kg/s). La cantidad que se retira por drenaje por medio de la banda que tiene una anchura de 1 m, es decir, la parte que no se recircula, será del orden de 20-57 kg/min de líquido (36-66 kg/min incluyendo material sólido).

Retirada del residuo acuoso tras la aplicación de la suspensión

La fase gaseosa y líquida excedente se aspira a través de la banda y el material textil dejando las fibras cortas en y sobre la banda. El líquido y gas gastados pueden separarse, procesarse y devolverse al tanque de mezclado para producir nueva suspensión que contiene pulpa.

Aplicación adicional opcional de la suspensión que contiene pulpa

Puede ser adecuado aplicar la suspensión acuosa que contiene pulpa sobre la banda de polímero en al menos dos etapas separadas (c1 y c2) en el mismo lado de la banda de polímero, usando dos cajas de entrada. En realizaciones particulares, tales dos (o más) etapas están separadas por una etapa de succión (d1) o por una etapa de succión (d1) y una etapa de preintegración (f1) y también seguidas por una etapa de succión (d2) y una etapa de preintegración (f2). Esto da como resultado que parte de los sólidos de la suspensión que entra sobre y en la banda de polímero como resultado de la aplicación y posterior retirada (o prácticamente simultánea) del agua y aire excedentes, y en consecuencia la(s) parte(s) restante(s) del sólido suspendido, se extiendan incluso más uniformemente sobre la anchura de la banda y estén incluso más integrados en la banda. El contenido de agua de la banda combinada antes de la segunda etapa de aplicación de pulpa puede ser de hasta el 85% en peso, hasta el 80% en peso o hasta el 60 y el 75% en peso. Por tanto, el contenido de sólidos secos de la banda fibrosa tras la primera etapa de aplicación puede ser de al menos el 15% en peso, entre el 20 y el 40% en peso, o entre el 25 y el 40% en peso, o incluso entre el 25 y el 30% en peso.

Las cantidades relativas de la suspensión (o de los sólidos) aplicadas en las etapas primera y segunda (y posiblemente tercera y adicionales) pueden ser iguales, pero, en determinadas realizaciones, puede aplicarse a la suspensión a niveles ligeramente decrecientes. Por tanto, puede aplicarse entre el 25 y el 75% en peso de la suspensión acuosa (basándose en la pulpa) en una primera etapa, puede aplicarse entre el 15 y el 60% en peso de la suspensión acuosa en una segunda etapa y puede aplicarse entre el 0 y el 40% en peso de la suspensión acuosa en una tercera etapa o adicional opcional. La composición de las suspensiones que contienen pulpa en la primera caja de entrada (primera aplicación) y segunda caja de entrada (y cajas de entrada adicionales opcionales) es particularmente la misma.

Preintegración

La etapa de preintegración f) se realiza tal como se describió anteriormente. Por tanto, la banda fibrosa se somete a chorros de agua, en particular, a un nivel de 0,0005-0,05 m3 de agua por m3 de suspensión de tres fases aplicada, o a niveles correspondientes basándose en el peso de material de lámina producido, o en una base temporal, tal como se describió anteriormente. Los chorros de agua pueden formar una fila de chorros perpendiculares (verticales) que cubren la anchura de la banda móvil y pueden tener una presión de 5-50 bar. La etapa de preintegración y recogida f) puede llevarse a cabo en múltiples fases, por ejemplo, dos fases f1) y f2), o incluso tres fases f1), f2), f3), o incluso más fases, usando múltiples series de chorros de agua, cubriendo cada serie la anchura total de la banda que forma el material de lámina.

Hidroenmarañado

Posteriormente a las etapas de colocación de espuma y preintegración, la banda combinada se somete a hidroenmarañado, es decir, los chorros de agua similares a agujas que cubren la anchura de la banda en movimiento. En realizaciones particulares, la etapa (o etapas) de hidroenmarañado se realizan sobre un material textil diferente (cable en movimiento), que es más denso (aberturas de tamiz más pequeñas) que el material textil sobre el que se aplica la banda de polímero y las suspensiones que contienen pulpa. En realizaciones más particulares, la etapa de hidroenmarañado incluye múltiples chorros de hidroenmarañado en secuencia próxima entre sí. La presión aplicada puede ser del orden de 20-200 bar. El suministro de energía total en la etapa de hidroenmarañado puede ser del orden de 100-400 kWh por tonelada del material tratado, medido y calculado tal como se describe en el documento CA 841938, páginas 11-12. El experto es consciente de los detalles técnicos del hidroenmarañado, tal como se describe, por ejemplo, en los documentos CA 841938 y WO96/02701.

Secado

La banda combinada e hidroenmarañada puede secarse, por ejemplo, usando succión adicional y/o secado en horno a temperaturas por encima de 100°C, tal como entre 110 y 150°C.

Procesamiento adicional

El material no tejido secado puede tratarse adicionalmente añadiendo aditivos, por ejemplo, para lograr una potenciación de la resistencia, el aroma, la impresión, la coloración, la decoración, la impregnación, la humectación, el corte, el plegado, el enrollado, etc. tal como se determina mediante el uso final del material de lámina, tal como en industria, atención médica, aplicaciones domésticas.

Producto final

La presente divulgación también abarca un producto de higiene y/o limpieza que incluye un material de lámina acondicionado, dimensionado y opcionalmente envasado producido mediante el procedimiento tal como se describió anteriormente. Puede usarse para limpieza o aseo en aplicaciones industriales, médicas, de oficina y domésticas. El material de lámina no tejido tal como se produce puede tener cualquier forma, pero frecuentemente tendrá la forma de láminas rectangulares de entre menos de 1 m hasta varios metros. Los ejemplos adecuados incluyen toallitas de 40 cm x 40 cm. Dependiendo del uso previsto, puede tener diversos grosores de por ejemplo entre 100 y 2000 pm, en particular, desde 250 hasta 1000 pm. El grosor puede determinarse tal como se describe a continuación. A lo largo de su sección transversal, el material de lámina puede ser esencialmente homogéneo, o puede cambiar gradualmente desde relativamente rico en pulpa en una superficie hasta relativamente pobre en pulpa en la superficie opuesta (como resultado de, por ejemplo, colocación en húmedo o colocación de espuma de la pulpa en un lado de la banda de polímero solo) o, alternativamente, desde relativamente pobre en pulpa en ambas superficies hasta relativamente pobre en pulpa en el centro (como resultado de, por ejemplo, deposición en húmedo o deposición de espuma de la pulpa en ambos lados de la banda de polímero, cualquiera o ambas en múltiples etapas en el mismo lado). En una realización particular, el material no tejido tal como se produce tiene superficies frontal y trasera de diferente composición, ya que la suspensión que contiene pulpa se aplica en el mismo lado en cada etapa separada, y/o se realiza hidroenmarañado solo en un lado. Otras estructuras son igualmente viables.

La composición puede variar bastante dentro de amplios intervalos. Como ejemplo ventajoso, el material de lámina puede contener entre el 25 y el 85% en peso de pulpa (celulósica), y entre el 15 y el 75% en peso, el 15-60% en peso o el 25-50% en peso, de material de polímero artificial (no celulósico), ya sea como filamentos (semi)continuos o como fibras relativamente cortas (cortadas), o ambos. En un ejemplo más detallado, el material de lámina puede contener entre el 40 y el 80% en peso de pulpa, o el 50-75% en peso de fibras de pulpa, entre el 10 y el 60% en peso de filamentos y entre el 0 y el 50% en peso de fibras cortadas, o, en realizaciones particulares, entre el 50 y el 75% en peso de pulpa, entre el 15 y el 45% en peso de filamentos y entre el 3 y el 15% en peso de fibras cortadas. Como resultado del presente procedimiento, el material de lámina no tejido tiene pocas deficiencias, si las hay, combinado con bajos niveles residuales de tensioactivo de menos de 100 ppm, menos de 50 ppm o menos de 25 ppm.

La figura 1 adjunta muestra el equipo para llevar a cabo el procedimiento descrito en el presente documento. Se alimenta polímero termoplástico al interior de un dispositivo de estiraje calentado 1 para producir filamentos 2, que se depositan sobre un primer cable en movimiento 3. Un tanque de mezclado 4 tiene entradas para pulpa 5, fibra cortada 6, agua 7 y aire 8, dos cualesquiera de las entradas pueden combinarse. La suspensión que contiene pulpa resultante (espuma) 9 se alimenta a la caja de entrada 10 a través de la entrada 14. Las cajas de succión 12 por debajo del cable en movimiento retiran la mayor parte del residuo líquido (y gaseoso) de la suspensión que contiene pulpa gastada, y el líquido acuoso resultante se devuelve al tanque de mezclado a través de las líneas 13. El colector de preintegración 15 se alimenta con el suministro de agua dulce 16 y enjuaga la banda combinada con chorros de agua 17 a alrededor de 10 bar. El agua de enjuague se recoge por debajo del cable en la caja 18 y se transporta a través de la línea 24. Toda o parte del agua gastada puede alimentarse a la mezcladora 4 para compensar la pérdida de agua en el ciclo de espuma 9-13. La banda de pulpa-polímero combinada y preintegrada 19 se transfiere a un segundo cable en movimiento 20 y se somete a generadores de hidroenmarañado 21 que producen múltiples chorros de hidroenmarañado 22, con descargas de agua 23. La banda hidroenmarañada 29 se seca entonces en la secadora 30 y la banda secada 31 se procesa adicionalmente (no mostrado).

La figura 2 muestra el equipo de preintegración en una vista a lo largo de la cinta móvil. Las mismas partes tienen los mismos números que en la figura 1.

Las figuras sirven solo para ilustrar una realización de la invención y no limitan la invención reivindicada de ningún modo. Lo mismo se aplica a los ejemplos a continuación.

EJEMPLOS Y MÉTODOS DE PRUEBA

Los métodos de prueba usados para determinar las propiedades y los parámetros del material no tejido tal como se describe en el presente documento se explicarán ahora en más detalle. También se presenta un método de prueba para medir el contenido de aire de la suspensión formadora de espuma de tres fases.

Además, algunos ejemplos ilustran las ventajas del uso del método tal como se define en las reivindicaciones adjuntas y el producto proporcionado por tal método.

Método de prueba - grosor

El grosor de un material de lámina tal como se describe en el presente documento puede determinarse mediante un método de prueba que sigue los principios del método de prueba estándar para el grosor de materiales no tejidos según EDANA, WSP 120.6.R4 (12). Un aparato según el estándar está disponible de IM TEKNIK AB, Suecia, teniendo el aparato un micrómetro disponible de Mitutoyo Corp, Japón (modelo ID U-1025). La lámina de material que va a medirse se corta en un trozo de 200x200 mm y se acondiciona (23°C, el 50% de HR, >4 horas). La medición debe realizarse en las mismas condiciones. Durante la medición, la lámina se coloca por debajo del pie de presión que luego se baja. El valor de grosor para la lámina se lee entonces tras estabilizarse el valor de presión. La medición se realiza mediante un micrómetro de precisión, en el que se mide una distancia creada por una muestra entre una placa de referencia fija y un pie de presión paralelo. El área de medición del pie de presión es de 5x5 cm. La presión aplicada es de 0,5 kPa durante la medición. Podrían realizarse cinco mediciones en diferentes áreas de la pieza cortada para determinar el grosor como un promedio de las cinco mediciones.

Método de prueba - contenido de aire

Equipo

Una espiral que está conectada a la entrada para la espuma, el aire o el agua y una salida correspondiente, teniendo la espiral un volumen de 2 I. La espiral se coloca sobra una báscula/balanza.

Calibración

La calibración se realiza vaciando la espiral mediante soplado de aire comprimido a su través y ajuste del valor a cero cuando está vacía, es decir, solo llena de aire, que se equilibra con el valor calibrado de cero (0), es decir, el 0% en volumen de líquido presente en la espiral. La espiral se llena entonces de agua y se determina el peso de esta agua, lo que da el valor calibrado de 100, es decir, el 100% en volumen de líquido presente en la espiral.

Medición

Se llena una espiral vacía con la suspensión/espuma que va a someterse a prueba y se pesa, y el peso se correlaciona linealmente con los valores finales de 0 y 100 calibrados que representan el porcentaje en volumen de líquido presente en la espiral. Por tanto, el valor medido corresponde al porcentaje de la parte líquida de la espuma. El contenido de aire se calcula entonces como el porcentaje restante hasta sumar un porcentaje de 100.

Ejemplo 1

Se produjo un paño de limpieza industrial no tejido absorbente colocando una banda de filamentos de polipropileno sobre un primer material textil transportador en movimiento y luego aplicando sobre la banda de polímero una dispersión de pulpa que contenía aproximadamente el 0,5% en peso de una razón en peso de 88:12 de pulpa de madera y fibras cortadas de poliéster, y el 0,01-0,1% en peso de tensioactivo no iónico (alcohol graso etoxilado) mediante formación de espuma en una caja de entrada, introduciendo un total de aproximadamente el 30% en volumen de aire (sobre el volumen de espuma total). El ciclo de espuma en el bucle fue de aproximadamente 4200 mg/min (6,0 m3/min). La anchura de la banda recién colocada en húmedo era de aproximadamente 1,4 m de modo que, por m de anchura de la banda formada, el ciclo de espuma era de aproximadamente 3000 kg/min. La proporción en peso de los filamentos de polipropileno era del 25% en peso basándose en el peso seco del producto final. Las cantidades se eligieron para llegar a un gramaje del producto final de 55 g/m2. La banda de fibras combinadas se sometió entonces a preintegración sobre el primer material textil transportador en movimiento con chorros de agua de 6 bar a una velocidad de aproximadamente 34 l/min, es decir, aproximadamente 24 /min por m de anchura de la banda formada. Posteriormente, la banda preintegrada se sometió a hidroenmarañado sobre un segundo material textil transportador en movimiento usando múltiples chorros de agua a presiones crecientes de 40-100 bar y posteriormente se secó. La velocidad de enrollado de la lámina secada de 1,3 m de anchura era de 225 m/min. El producto formado contiene niveles muy bajos de tensioactivo de 25 ppm o inferiores.

Claims

REIVINDICACIONES

i. Procedimiento de producción de un material de lámina no tejido compuesto hidroenmarañado de fibras naturales y/o artificiales, que comprende:

a) proporcionar una suspensión de tres fases (gas-líquido-sólido) que contiene:

- fibras naturales y/o artificiales;

- un tensioactivo;

- el 20-48% en volumen de aire,

b) proporcionar un primer tamiz portador móvil,

c) aplicar la suspensión de tres fases sobre el primer tamiz portador móvil para producir una banda fibrosa,

d) retirar el residuo acuoso de la suspensión de tres fases a través del primer tamiz portador, e) recircular el residuo acuoso a la etapa a),

f) preintegrar la banda fibrosa enjuagando la banda con 0,0005-0,05 m3 de agua por m3 de suspensión de tres fases aplicada, a una presión de 5-50 bar, recoger el agua de enjuague y añadir el agua de enjuague a la etapa de recirculación e),

g) transferir la banda fibrosa preintegrada desde dicho primer tamiz portador móvil hasta un segundo tamiz portador móvil, teniendo dicho segundo tamiz portador móvil una porosidad que es menor que la porosidad de dicho primer tamiz portador móvil,

h) hidroenmarañar la banda fibrosa sobre dicho segundo portador móvil.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, en la etapa f), la banda se enjuaga con agua a una presión de entre 5 y 10 bar y/o la banda se enjuaga con 0,001-0,03, preferiblemente 0,002-0,02 m3 de agua por m3 de suspensión de tres fases aplicada.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que la etapa de preintegración y recogida f) se lleva a cabo en al menos dos fases f1) y f2).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el agua de enjuague recogida de la primera fase f1) se añade a la etapa de recirculación e) y al menos una parte del agua de enjuague recogida de la segunda o última fase f2) se recircula a la etapa de preintegración f1).
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el residuo acuoso retirado en la etapa d) se somete a separación de agua-aire antes de recircularse en la etapa e).
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión acuosa contiene entre el 0,01 y el 0,2% en peso de un tensioactivo no iónico, y el material de lámina no tejido hidroenmarañado contiene menos de 100 ppm, preferiblemente menos de 50 ppm del tensioactivo.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las etapas de aplicar la suspensión de tres fases en la etapa c) y retirar el residuo acuoso en la etapa d) se llevan a cabo en al menos dos fases separadas c1), d1), y c2), d2).
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la etapa de preintegración y recogida f) se lleva a cabo después de la segunda o última fase de aplicación y retirada c2), d2).
9. Procedimiento según las reivindicaciones 2 y 7, en el que la primera fase de preintegración y recogida f1) se lleva a cabo antes de la segunda o última fase de aplicación y retirada c2), d2) y la segunda o última fase de preintegración y recogida f2) se lleva a cabo después de la segunda o última fase de aplicación y retirada c2), d2).
10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la suspensión de tres fases se aplica en la etapa c) a una velocidad de entre 2,1 y 6,0 m3/min por m de anchura de banda fibrosa formada.
11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa b) comprende además colocar una banda de polímero sobre el primer tamiz portador móvil, y en la etapa c) la suspensión de tres fases se aplica sobre la banda de polímero para producir una banda combinada, en el que la banda de polímero comprende preferiblemente al menos el 50% en peso de filamentos sintéticos.
12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las fibras naturales y/o artificiales en la suspensión de tres fases comprenden fibras cortas que tienen longitudes de desde 1 hasta 25 mm, y las fibras cortas comprenden preferiblemente al menos el 25% en peso, preferiblemente el 50-90% en peso de fibras de pulpa celulósica, más preferiblemente que tienen longitudes de fibra de entre 1 y 5 mm.
13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de lámina contiene el 40-80% en peso, preferiblemente el 50-75% en peso de fibras de pulpa y el 15-60% en peso, preferiblemente el 25-50% en peso de fibras termoplásticas.
14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además la etapa i) de secar la lámina hidroenmarañada y etapas adicionales opcionales de imprimir, acondicionar, dimensionar y envasar la lámina secada para producir un material de lámina listo para usar.
15. Producto de higiene o de limpieza, tal como un producto de toallita, que comprende un material de lámina acondicionado, dimensionado y opcionalmente envasado producido mediante el procedimiento según la reivindicación 14, en el que el material de lámina comprende fibras naturales y/o artificiales que incluyen fibras cortas que tienen longitudes de desde 1 hasta 25 mm, comprendiendo las fibras cortas al menos el 25% en peso, preferiblemente el 50-90% en peso de fibras de pulpa celulósica, y más preferiblemente que tienen longitudes de fibra de entre 1 y 5 mm, y en el que el material de lámina es un material no tejido compuesto hidroenmarañado que contiene un nivel residual de menos de 100 ppm, preferiblemente menos de 50 ppm del tensioactivo.