ES2919328T3 - Fibras que comprenden celulosa microfibrilada y métodos de fabricación de fibras y materiales no tejidos de las mismas - Google Patents
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Abstract
Fibras y materiales no tejidos que comprenden celulosa microfibrilada y material de partículas opcionalmente inorgánicas y/o aditivos adicionales, y opcionalmente un polímero soluble o dispersable de agua. Materiales no tejidos hechos de fibras que comprenden celulosa microfibrilada y material de partículas opcionalmente inorgánicas y/o un polímero soluble en agua o dispersable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Fibras que comprenden celulosa microfibrilada y métodos de fabricación de fibras y materiales no tejidos de las mismas
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se refiere a fibras que contienen celulosa microfibrilada. Las fibras pueden comprender adicionalmente por lo menos un material particulado inorgánico que puede usarse opcionalmente en el procesamiento de la celulosa microfibrilada. Las composiciones de celulosa microfibrilada o celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico pueden comprender adicionalmente un polímero soluble o dispersable en agua, tales composiciones también pueden usarse para formar fibras y materiales no tejidos que comprenden tales fibras.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La celulosa microfibrilada puede añadirse a varias composiciones y productos para reducir el uso de otro componente de la composición y, por consiguiente, reducir el coste, que debe equilibrarse con los requisitos físicos, mecánicos y/u ópticos del producto final. Es deseable utilizar composiciones de celulosa microfibrilada y composiciones que comprenden celulosa microfibrilada y un polímero soluble o dispersable en agua para su uso en la fabricación de fibras y materiales no tejidos que comprenden esas fibras. Las ventajas asociadas con el uso de celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material particulado inorgánico, en la fabricación de fibras y productos no tejidos hechos a partir de las mismas incluyen una mayor carga de minerales, una mayor carga de celulosa microfibrilada, ningún deterioro sustancial en el módulo elástico y/o la resistencia a la tracción de la fibra; mejora del módulo elástico y/o resistencia a la tracción de la fibra; resistencia mejorada a la temperatura, composiciones biodegradables y/o desechables y biodegradables; y composiciones a base de agua (no a base de solventes). Las ventajas adicionales asociadas con el uso de celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material particulado inorgánico, en la fabricación de fibras y productos no tejidos hechos a partir de las mismas incluyen la capacidad de tales fibras y materiales no tejidos para ser compostados y que las fibras y materiales no tejidos provienen de una fuente sostenible.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a celulosa microfibrilada, métodos para preparar las mismas, y a métodos que utilizan tal celulosa microfibrilada para fabricar materiales no tejidos elaborados a partir de y que comprenden dichas fibras.
De acuerdo con un aspecto, la presente invención se refiere a una fibra que comprende un celulosa microfibrilada, la fibra puede obtenerse mediante un método que comprende los pasos de:
(1) preparar una composición que comprende celulosa microfibrilada, en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50; en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) moler un sustrato fibroso que comprenden celulosa en un recipiente de molienda en presencia de un material particulado inorgánico, y (ii) refinar en una refinadora u homogeneizar en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso molido que comprende celulosa y el material particulado inorgánico; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda; en donde el término “medio de molienda” significa un medio distinto del material particulado inorgánico y en donde el medio de molienda tiene 0,5 mm o más de tamaño; (2) extruir la celulosa microfibrilada y el material particulado inorgánico del paso (1) a través de una extrusora; (3) atenuar la celular microfibrilada extruida y el material con un gas de atenuación; y
(4) recoger la fibra extruida.
La celulosa microfibrilada se procesa con un material de molienda de un tamaño mayor de 0,5 mm. en un recipiente de molienda seguido de una segunda etapa de procesamiento en una refinadora, homogeneizadora o por sonicación con un dispositivo ultrasónico que da como resultado, por ejemplo, una celulosa microfibrilada que tiene un diámetro medio (d50) menor de 100 pm, un mayor porcentaje de material más fino de 25 pm y un porcentaje menor de material más grueso de 300 pm, por los métodos de la presente invención. La celulosa microfibrilada obtenida u obtenible mediante el proceso de dos etapas anterior puede extruirse fácilmente a través de una extrusora, secarse con un gas atenuante, tal como una o más corrientes de aire caliente, y recogerse como fibras. Las fibras recogidas pueden usarse para elaborar varios materiales no tejidos, incluyendo artículos y telas unidas no tejidas.
La celulosa microfibrilada se procesa con un material de molienda de un tamaño mayor de 0,5 mm. en un recipiente de molienda seguido de una segunda etapa de procesamiento en una refinadora, homogeneizadora o por sonicación con un dispositivo ultrasónico que da como resultado, por ejemplo, celulosa microfibrilada que tiene un
diámetro medio (d5o) menor de 100 |jm, un mayor porcentaje de material más fino de 25 |jm y un menor porcentaje de material más grueso de 300 jm, mediante los métodos de la presente invención. El microfibrilado obtenido u obtenible mediante el procesamiento de dos etapas anterior puede mezclarse con un polímero soluble o dispersable en agua y puede extruirse fácilmente a través de una extrusora, secarse con un gas atenuante, como una o más corrientes de aire caliente, y recogerse como fibras. Las fibras recogidas pueden usarse para elaborar varios materiales no tejidos, incluyendo artículos y telas unidas no tejidas.
De manera similar, la celulosa microfibrilada de la presente invención se muele (coprocesa) con por lo menos un material particulado inorgánico en presencia de material de molienda de un tamaño mayor de 0,5 mm en un recipiente de molienda seguido de una segunda etapa de procesamiento en una refinadora, homogeneizadora o por sonificación con un dispositivo ultrasónico que da como resultado, por ejemplo, una celulosa microfibrilada que tiene un diámetro medio (d50) menor de 100 jm, un mayor porcentaje de material más fino de 25 jm y un menor porcentaje de material más grueso de 300 jm, mediante los métodos de la presente invención. La celulosa microfibrilada puede mostrar un mayor rendimiento de resistencia a la tracción, permitiendo de este modo que tales composiciones de celulosa microfibrilada se extruyan fácilmente a través de una extrusora, se sequen con un gas atenuante, como una o más corrientes de aire caliente, y se recojan como fibras. Las fibras recogidas pueden usarse para elaborar varios materiales no tejidos, incluyendo artículos y telas unidas no tejidas.
La celulosa microfibrilada de la presente invención se muele (coprocesa) con por lo menos un material particulado inorgánico en presencia o ausencia de material de molienda de un tamaño mayor de 0,5 mm en un recipiente de molienda seguido de una segunda etapa de procesamiento en una refinadora, homogeneizadora o por sonificación con un dispositivo ultrasónico que da como resultado celulosa microfibrilada con un diámetro medio (d50) menor de 100 jm, un mayor porcentaje de material más fino de 25 jm y un menor porcentaje de material más grueso de 300 jm, mediante los métodos de la presente invención. La celulosa microfibrilada puede mostrar un mayor rendimiento de resistencia a la tracción, permitiendo de este modo que tales composiciones de celulosa microfibrilada se extruyan fácilmente a través de una extrusora, se sequen con un gas atenuante, como una o más corrientes de aire caliente, y se recojan como fibras. El microfibrilado obtenido u obtenible mediante el procesamiento de dos etapas anterior puede mezclarse opcionalmente con un polímero soluble o dispersable en agua y puede extruirse fácilmente a través de una extrusora, secarse con un gas atenuante, como una o más corrientes de aire caliente, y recogerse fibras. Las fibras recogidas pueden usarse para elaborar varios materiales no tejidos, incluyendo artículos y telas unidas no tejidas.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona una fibra que comprende, consiste esencialmente de, o consiste de celulosa microfibrilada, en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50; en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) molienda de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un recipiente de molienda y (ii) refinación en una refinadora u homogeneización en una homogeneizadora o sonicación con un dispositivo ultrasónico del sustrato fibrosa molido que comprende celulosa microfibrilada; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda; en donde el término "medio de molienda" significa un medio que no sea material particulado inorgánico y en donde el medio de molienda que tenga un tamaño de 0,5 mm o más.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada tiene un diámetro medio (d50)menor de 100 jm.
En ciertas realizaciones del primer aspecto, el recipiente de molienda puede ser un molino de tambor (por ejemplo, de varillas, de bolas y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (SMD), o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las que se alimenta el alimento a moler.
En ciertas realizaciones del primer aspecto, la refinadora puede ser una refinadora de un único disco, cónico, de doble disco o de placa.
En ciertas realizaciones del primer aspecto, el dispositivo ultrasónico puede ser una sonda ultrasónica, un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónico, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona una fibra que comprende (a) una celulosa microfibrilada, en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50; en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) molienda de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un recipiente de molienda y (ii) refinación en una refinadora u homogeneización en una homogeneizadora o sonicación con un dispositivo ultrasónico del sustrato fibroso que comprende celulosa; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda; en donde el término "medio de molienda" significa un medio que no sea material particulado inorgánico y en donde el medio de molienda que tenga un tamaño de 0,5 mm o más; y (b) un polímero soluble o dispersable en agua.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada tiene un diámetro medio (d50) menor de 100 |jm.
En ciertas realizaciones del segundo aspecto, el recipiente de molienda puede ser un molino de tambor (por ejemplo, de varillas, de bolas y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (SMD) o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las que se alimenta el alimento a moler.
En ciertas realizaciones del segundo aspecto, la refinadora puede ser una refinadora de un único disco, cónica, de doble disco o de placa.
En ciertas realizaciones del segundo aspecto, el dispositivo ultrasónico puede ser una sonda ultrasónica, un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónica, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica.
En ciertas realizaciones del segundo aspecto, los polímeros solubles o dispersables en agua incluyen polímeros solubles en agua, látex natural y sintético, dispersiones coloidales de partículas poliméricas, emulsiones, miniemulsiones, microemulsiones o polimerización en dispersión.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona una fibra que comprende, consiste esencialmente de, o consiste de celulosa microfibrilada, en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50; en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) molienda de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un recipiente de molienda, en donde la molienda del sustrato fibroso que comprende celulosa se realiza en presencia de por lo menos un material particulado inorgánico y (ii) refinar en una refinadora, u homogeneizar en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso que comprende celulosa y por lo menos un material particulado inorgánico; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda; en donde el término “medio de molienda” significa un medio distinto del material particulado inorgánico y en donde el medio de molienda tiene 0,5 mm o más de tamaño.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada tiene un diámetro medio (d50) menor de 100 jm.
En ciertas realizaciones del tercer aspecto, la refinadora puede ser un molino de tambor (por ejemplo, de varillas, de bolas y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (SMD) o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las cuales se alimenta el alimento a moler.
En ciertas realizaciones del tercer aspecto, el recipiente de molienda puede ser un detritor de medio agitado, una moledora tamizada, un molino de torre, SAM o IsaMill.
En ciertas realizaciones del tercer aspecto, el dispositivo ultrasónico puede ser una sonda ultrasónica, un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónica, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica.
De acuerdo con un cuarto aspecto de la presente invención, se proporciona una fibra que comprende, consiste esencialmente de, o consiste de celulosa microfibrilada, en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50; en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) molienda de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un recipiente de molienda, en donde la molienda del sustrato fibroso que comprende celulosa se realiza en presencia de por lo menos un material particulado inorgánico y (ii) refinar en una refinadora, u homogeneizar en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso que comprende celulosa y por lo menos un material particulado inorgánico; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en ausencia de un medio de molienda; en donde el término “medio de molienda” significa un medio distinto del material particulado inorgánico y en donde el medio de molienda tiene 0,5 mm o más de tamaño; y (b) un polímero soluble o dispersable en agua.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada tiene un diámetro medio (d50) menor de 100 jm.
En ciertas realizaciones del cuarto aspecto, la refinadora puede ser una refinadora de un solo disco, cónica, de doble disco o de placa.
En ciertas realizaciones del cuarto aspecto, el recipiente de molienda puede ser un molino de tambor (por ejemplo, de varillas, de bolas y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medio agitado (SMD) o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las que se alimenta el alimento a moler.
En ciertas realizaciones del cuarto aspecto, el dispositivo ultrasónico puede ser una sonda ultrasónica, un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónica, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica.
En ciertas realizaciones del cuarto aspecto, los polímeros solubles o dispersables en agua incluyen polímeros solubles en agua, látex natural y sintético, dispersiones coloidales de partículas poliméricas, emulsiones, miniemulsiones, microemulsiones o polimerización en dispersión. Del primer al cuarto aspectos, el medio de molienda distinto del material particulado inorgánico tiene un tamaño mínimo de 0,5 mm o más. El medio de molienda puede ser un material natural o sintético. El material de molienda puede comprender, por ejemplo, bolas, perlas o sedimentos de cualquier material mineral, cerámico o metálico duro. Tales materiales pueden incluir, por ejemplo, alúmina, zirconio, silicato de zirconio, silicato de aluminio o el material rico en mullita que se produce calcinando arcilla caolinítica a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1300° C a aproximadamente 1800° C. Por ejemplo, en algunas realizaciones se prefiere un medio de molienda Carbolite®. Alternativamente, pueden usarse partículas de arena natural de un tamaño de partícula adecuado. En otras realizaciones, pueden usarse medios de molienda de madera dura (por ejemplo, harina de madera).
En general, el tipo y el tamaño de partícula del medio de molienda que se seleccionará para su uso en los métodos puede depender de las propiedades como, por ejemplo, el tamaño de partícula y la composición química de la suspensión de alimentación del material que se va a moler. En algunas realizaciones, el medio de molienda particulado comprende partículas que tienen un diámetro medio en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 6,0 mm, o en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 4,0 mm. El medio (o medios) de molienda puede estar presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 70% en volumen de la carga. Los medios de molienda pueden estar presentes en una cantidad de por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de la carga, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 40% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen de la carga,
En del primer al cuarto aspectos la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50, medida por Malvern (dispersión de luz láser, usando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd) o por otros métodos que den esencialmente el mismo resultado.
El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila en presencia de un material particulado inorgánico para obtener celulosa microfibrilada que tiene una inclinación de fibra igual medida por Malvern (dispersión de luz láser, usando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd) o por otros métodos que den esencialmente el mismo resultado. La inclinación de fibra (es decir, la inclinación de la distribución del tamaño de partícula de las fibras) se determina mediante la siguiente fórmula:
Inclinación = 100 x (d30/d70).
La celulosa microfibrilada de acuerdo con la invención tiene una inclinación de fibra de aproximadamente 20 a aproximadamente 50.
En ciertas realizaciones del primer al cuarto aspectos, la celulosa microfibrilada tiene un tamaño de partícula de fibra modal que varía de aproximadamente 0,1-500 pm.
En ciertas realizaciones del primer al cuarto aspectos, la celulosa microfibrilada tiene un tamaño de partícula de fibra modal que varía de aproximadamente 0,1-500 pm y un tamaño de partícula de material particulado inorgánico modal que varía de 0,25-20 pm.
En ciertas realizaciones del primer al cuarto aspectos, la celulosa microfibrilada en la primera etapa de molienda se obtiene o puede obtenerse con un molino de tambor (por ejemplo, varilla, bola y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (s Md ), o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las cuales se alimenta la alimentación a moler.
En ciertas realizaciones del primer al cuarto aspectos, el microfibrilado en la segunda etapa de refinado se obtiene o puede obtenerse con una refinadora de un solo disco, cónica, de doble disco o de placa, por ejemplo, una refinadora de un solo disco (fabricada por Sprout) que tiene un único disco de 12 pulgadas (30 cm).
De acuerdo con un quinto aspecto de la invención, se proporciona un método para preparar una fibra que comprende celulosa microfibrilada, el método comprendiendo los pasos de:
(1) preparar una composición que comprende una celulosa microfibrilada,
en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50;
en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) molienda de
un sustrato fibroso en un recipiente de molienda en presencia de por lo menos un material particulado inorgánico y (ii) refinación en una refinadora u homogeneización en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso molido que comprende celulosa y el material particulado inorgánico; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda;
en donde el término "medio de molienda" significa un medio distinto del material particulado inorgánico y que tenga un tamaño de 0,5 mm o más;
(2) extruir la celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico del paso (1) a través de una extrusora;
(3) atenuar la celulosa microfibrilada extruida y por lo menos un material particulado inorgánico con un gas atenuante, por ejemplo, aire caliente; y
(4) recoger las fibras extruidas.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada tiene un diámetro medio (d50) menor de 100 pm.
De acuerdo con un sexto aspecto de la invención, se proporciona un método para preparar una fibra que comprende celulosa microfibrilada, el método comprendiendo los pasos de:
(1) preparar una composición que comprende una celulosa microfibrilada,
en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50;
en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) molienda de un sustrato fibroso en un recipiente de molienda en presencia de por lo menos un material particulado inorgánico y (ii) refinación en una refinadora u homogeneización en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso molido que comprende celulosa y por lo menos un material particulado inorgánico;
en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en ausencia de un medio de molienda;
en donde el término "medio de molienda" significa un medio distinto del material particulado inorgánico y que tenga un tamaño de 0,5 mm o más;
(2) mezclar la composición de celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico con un polímero para formar una segunda mezcla;
(3) extruir la segunda mezcla a través de una extrusora;
(3) atenuar la segunda mezcla extruida con un gas atenuante, por ejemplo, aire caliente; y
(4) recoger las fibras extruidas.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada tiene un diámetro medio (d50) menor de 100 pm.
En del quinto al sexto aspectos, el medio de molienda distinto del material particulado inorgánico tiene un tamaño mínimo de 0,5 mm o más. El medio de molienda, puede ser de un material natural o sintético. El medio de molienda puede comprender, por ejemplo, bolas, perlas o sedimentos de cualquier material mineral, cerámico o metálico duro. Tales materiales pueden incluir, por ejemplo, alúmina, zirconio, silicato dezirconio, silicato de aluminio o el material rico en mullita que se produce calcinando arcilla caolinítica a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1300° C a aproximadamente 1800° C. Por ejemplo, en algunas realizaciones se prefiere un medio de molienda Carbolite®. Alternativamente, pueden usarse partículas de arena natural de un tamaño de partícula adecuado.
En otras realizaciones, pueden usarse medios de molienda de madera dura (por ejemplo, harina de madera). En general, el tipo y el tamaño de partícula del medio de molienda que se seleccionará para su uso en los métodos puede depender de las propiedades como, por ejemplo, el tamaño de partícula y la composición química de la suspensión de alimentación del material que se va a moler. En algunas realizaciones, el medio de molienda particulado comprende partículas que tienen un diámetro medio en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 6,0 mm, o en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 4,0 mm. El medio (o medios) de molienda puede estar presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 70% en volumen de la carga. Los medios de molienda pueden estar presentes en una cantidad de por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de la carga, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 40% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 60% en volumen de la carga.
En del quinto al sexto aspectos, la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50, medida por Malvern (dispersión de luz láser, usando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd) o mediante otros métodos que den esencialmente el mismo resultado. El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila en presencia de un material
particulado inorgánico para obtener celulosa microfibrilada que tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50, medida por Malvern (dispersión de luz láser, usando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd) o mediante otros métodos que den esencialmente el mismo resultado. La inclinación de fibra (es decir, la inclinación de la distribución del tamaño de partículas de la fibra) se determina mediante la siguiente fórmula:
Inclinación=100x(d3o /d7o).
La celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra de aproximdamente 20 a aproximadamente 50. En ciertas realizaciones del quinto al sexto aspectos, la celulosa microfibrilada tiene un tamaño de partícula de fibra modal que varía de aproximadamente 0,1-500 pm.
En ciertas realizaciones del quinto al sexto aspectos, la celulosa microfibrilada tiene un tamaño de partícula de fibra modal que varía de aproximadamente 0,1-500 pm y un tamaño de partícula de material particulado inorgánico modal que varía de 0,25-20 pm.
En ciertas realizaciones del quinto al sexto aspectos, la celulosa microfibrilada en la primera etapa de molienda se obtiene o puede obtenerse con un molino de tambor (por ejemplo, varilla, bola y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (s Md ), o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las cuales se alimenta la alimentación a moler.
En ciertas realizaciones del quinto al sexto aspectos, el microfibrilado en la segunda etapa de refinado se obtiene o puede obtenerse con una refinadora de un solo disco, cónica, de doble disco o de placa, por ejemplo, una refinadora de un solo disco (fabricada por Sprout) que tiene un solo disco de 12 pulgadas (30 cm).
En ciertas realizaciones del primer al sexto aspectos, el diámetro mediano (d50) es menor de 100 pm, y tiene un mayor porcentaje de material más fino de 25 pm y un porcentaje menor de material más grueso de 300 pm, por los métodos de la presente invención en comparación con los métodos que no emplean un proceso de dos etapas de (i) moler un sustrato fibroso en un recipiente de molienda en presencia de por lo menos un material particulado inorgánico y (ii) refinar en una refinadora, u homogeneizar en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso molido que comprende celulosa y por lo menos un material particulado inorgánico.
En ciertas realizaciones del primer al sexto aspectos, el diámetro mediano (d50) es menor de 100 pm, y tiene un mayor porcentaje de material más fino de 25 pm y un porcentaje menor de material más grueso d 300 pm, mediante los métodos de la presente invención en comparación con los métodos que no emplean un proceso de dos etapas de (i) moler un sustrato fibroso en un recipiente de molienda en presencia de por lo menos un material particulado inorgánico y (ii) refinar en una refinadora, u homogeneizar en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso molido que comprende celulosa y por lo menos un material particulado inorgánico; y en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda; en el que el término "medio de molienda" significa un medio que no sea material particulado inorgánico y que tenga un tamaño de 0,5 mm o más.
En ciertas realizaciones del quinto al sexto aspectos, el método comprende extruir la composición que comprende, que consiste esencialmente de o que consiste de celulosa microfibrilada, atenuando o secando las fibras extruidas con un gas atenuante, preferiblemente, una o más corrientes de aire caliente.
El método comprende extruir la composición que comprende, que consiste esencialmente de, o que consiste de celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico, atenuando o secando las fibras extruidas con un gas atenuante, preferiblemente, una o más corrientes de aire caliente.
En realizaciones adicionales, el método comprende extruir la composición que comprende, que consiste esencialmente de, o que consiste de celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico y un polímero soluble o dispersable en agua, atenuando o secando las fibras extruidas con un gas atenuante, preferiblemente, una o más corrientes de aire caliente.
En ciertas realizaciones, el gas atenuante comprende una o más corrientes de aire caliente, que secan la fibra extruida que comprende celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico.
En ciertas realizaciones, el gas atenuante comprende una o más corrientes de aire caliente, que secan la fibra extruida que comprende celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico y un polímero.
En ciertas realizaciones, la velocidad de extrusión es de aproximadamente 0,3 g/min a aproximadamente
2,5 g/min, o en otras realizaciones la velocidad de extrusión puede ser de aproximadamente 0,4 g/min a 0,8 g/min. En ciertas realizaciones, las fibras pueden extruirse a una temperatura igual o menor de 100° C.
En ciertas realizaciones, las fibras tienen un diámetro medio de aproximadamente 0,1 pm a aproximadamente 1 mm. En otras realizaciones, las fibras tienen un diámetro medio de aproximadamente 0,1 pma aproximadamente 180 pm.
En ciertas realizaciones, las fibras tienen un módulo elástico de aproximadamente 5 GPa a aproximadamente 20 GPa. En otras realizaciones más, las fibras tienen una resistencia de fibra de aproximadamente 40 MPa a aproximadamente 200 MPa. En algunas realizaciones, las fibras pueden tener un aumento en el módulo elástico sobre las fibras elaboradas a partir de composiciones que carecen de microfibrilado fabricado por el proceso de dos etapas del método del segundo aspecto de la presente invención.
En ciertas realizaciones, las fibras son fibras hiladas. En otras realizaciones más, las fibras hiladas se forman mediante unión por hilado. En realizaciones adicionales, el paso de unión por hilado puede seleccionarse del grupo que consiste de hilado instantáneo, punzonado con aguja y punzonado con agua.
En ciertas realizaciones, el paso de recogida es el depósito de las fibras sobre una superficie perforada para formar una tela no tejida. En otras realizaciones más , la superficie perforada es un tamiz o alambre móvil.
En ciertas realizaciones, la tela no tejida se une mediante hidroentrelazamiento. En otras realizaciones más, la tela no tejida se une mediante unión térmica a través del aire. En una cierta realización, la tela no tejida se une mecánicamente.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico usado para preparar la composición de celulosa microfibrilada se selecciona del grupo que consiste de carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada como caolín, haloisita o arcilla esférica, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, huntita, hidromagnesita, vidrio esmerilado, perlita o tierra de diatomeas, o wollastonita, o dióxido de titanio, o hidróxido de magnesio, o trihidrato de aluminio, cal, grafito, o combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, la composición de celulosa microfibrilada comprende además uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de almidón, carboximetilcelulosa, goma guar, urea, óxido de polietileno y carboximetilcelulosa anfótera.
En ciertas realizaciones, la composición de celulosa microfibrilada comprende además uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de dispersante, biocida, agente de suspensión y agentes oxidantes.
En un aspecto adicional de la presente invención, se contempla el uso de fibras de acuerdo con el método de la invención para fabricar un producto no tejido.
En ciertas realizaciones, se contempla el uso de fibras para preparar productos no tejidos seleccionados del grupo que consiste de: pañales, productos de higiene femenina, productos para la incontinencia de adultos, materiales de envasado, toallitas, toallas, mopas, prendas industriales, paños médicos, batas médicas, cubre pies, envolturas de esterilización, manteles, pinceles, servilletas, bolsas de basura, varios artículos para el cuidado personal, cobertura de suelo y medios de filtración. En realizaciones adicionales, los productos no tejidos son biodegradables.
También se divulga en la presente un método para elaborar una tela. En ciertas realizaciones, el método comprende dispersar una o más fibras de acuerdo con cualquier aspecto o realización de la presente invención de tal manera que formen un lienzo y unir la una o más fibras en los puntos donde se cruzan. En ciertas realizaciones, el método comprende tejer una o más fibras de acuerdo con cualquier aspecto o realización de la presente invención.
Ciertas realizaciones de la presente invención pueden proporcionar una o más de las siguientes ventajas: mayor carga de minerales; mayor carga de MFC; ningún deterioro sustancial en el módulo elástico y/o la resistencia a la tracción de la composición; resistencia a la temperatura, mejora en el módulo elástico y/o la resistencia a la tracción de la composición; composiciones biodegradables y/o desechables; y composiciones a base de agua (no a base de solventes).
La WO 2014/068441 A1 divulga un método para producir una fibra que comprende un célula microfibrilada altamente refinada y homogeneizada y un agente espesante para suministrar el requisito de viscosidad dinámica para el fluido del filamento celulósico para permitir el hilado de fibras.
Un artículo por GUISEPPINO FORTUNATO ET AL [“Reinforcement of Polymeric Submicrometer-sized Fibers by MicrofibriNated Cellulose”, MACROMOLECULAR MATERIALS AND ENGINEERING, vol. 297, N° 6, 10 de mayo de 2012 (10-05-2012) páginas 576-584, XP055029763, ISSN: 1438-7492, DOI: 10.1002/mame.201100408] divulga el electrohilado de fibras de óxido de polietileno (PEO) que contienen celulosa microfibrilada como material de refuerzo. Las fibras de PEO divulgadas y los procesos para elaborarlas difieren fundamentalmente de la invención reivindicada en que el polímero (PEO) representa la mayor parte del material sólido a extruir como una fibra. De acuerdo con esta publicación, las fibras se hilan a partir de una concentración mucho más baja de celulosa microfibrilada en el fluido
Un artículo por SHINICHIRO IWAMOTO ET AL [“Structure and Mechanical Properties of Wet-Spun Fibers Made from Natural Cellulose Nanofibers”, BOMACROm OlECULES, vol. 12, N° 3, 8 de febrero de 2011, páginas 831-836] describe el hilado de fibras a partir de nanocelulosa (que son fibrillas mucho más finas que las fibras de MFC divulgadas y reivindicadas). La nanocelulosa se produce mediante una oxidación química inicial de celulosa que permite la producción de fibrillas muy finas. De acuerdo con esta publicación, las suspensiones se centrifugan a 9000g para eliminar fibrillas más grandes, como celulosa microfibrilada, que van en el sedimento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 muestra un resumen del efecto del uso de una refinadora de un solo disco en una composición seca que comprende materiales de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio.
La Figura 2 muestra el efecto de la exposición a un baño ultrasónico sobre la viscosidad de MFC.
La Figura 3 muestra el efecto de la exposición a una sonda ultrasónica sobre el índice FLT (Nm/g).
La Figura 4 muestra el efecto de la exposición a una sonda ultrasónica sobre la viscosidad de MFC.
La Figura 5 muestra el efecto de la exposición a ultrasonido pulsado sobre MFC.
La Figura 6 muestra el efecto de la contaminación de los medios cerámicos sobre MFC expuestos a ultrasonificación.
La Figura 7 muestra el efecto de la ultrasonificación sobre una torta prensada con POP al 50%.
La Figura 8 muestra el efecto del alto cizallamiento y la ultrasonificación sobre una torta prensada en cinta libre de minerales.
La Figura 9 muestra el efecto de la ultrasonificación sobre una torta prensada en cinta molida en seco con alto contenido de sólidos.
La Figura 10 muestra el efecto de la ultrasonificación sobre una torta prensada en cinta molida en seco con alto contenido de sólidos.
DESCRIPCION DETALLADA
La presente invención se refiere de manera general al uso de celulosa microfibrilada en varias fibras y productos no tejidos elaborados a partir de dichas fibras. La presente invención también se refiere de manera general al uso de celulosa microfibrilada como relleno en varios productos no tejidos elaborados por moldeo o depósito.
La celulosa microfibrilada puede tener una cualquiera o más de las características de la celulosa microfibrilada descritas en la WO 2010/131016 y la WO 2012/066308. Alternativa o adicionalmente, la celulosa microfibrilada puede elaborarse mediante uno cualquiera o más de los métodos descritos en estos documentos.
La celulosa microfibrilada se elabora moliendo un sustrato fibroso que comprende celulosa en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda, en donde el término "medio de molienda" significa un medio distinto del material particulado inorgánico y que tiene un tamaño de 0,5 mm o más. El sustrato fibroso que comprende celulosa se muele en presencia de un material particulado inorgánico para formar una composición de material particulado inorgánico y celulosa microfibrilada coprocesada.
Como se usa en la presente, "composición de material particulado inorgánico y celulosa microfibrilada coprocesada" se refiere a composiciones producidas mediante los procesos para microfibrilar un sustrato fibroso que comprenden celulosa en presencia de un material particulado inorgánico como se describe en la presente.
El sustrato fibroso que comprende celulosa puede, por ejemplo, molerse en un molino de tambor (por ejemplo, varilla, bola y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (SMD), o un recipiente de molienda que comprenda placas de molienda paralelas rotatorias entre las que se alimenta la alimentación a moler, preferiblemente en un detritor de medios agitados.
La celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50.
Celulosa microfibrilada y métodos para elaborar celulosa microfibrilada
Microfibrilación en presencia de material particulado inorgánico
La pulpa de celulosa se bate en presencia de un material particulado inorgánico, como carbonato de calcio. La celulosa microfibrilada se elabora mediante un método que comprende un paso de microfibrilación de un sustrato fibroso que comprende celulosa en presencia de un material particulado inorgánico. El paso de microfibrilación se realiza en presencia de un material particulado inorgánico que actúa como agente de microfibrilación. Por microfibrilación se entiende un proceso en el que las microfibrillas de celulosa se liberan total o parcialmente como especies individuales o como agregados más pequeños en comparación con las fibras de la pulpa premicrofibrilada. La celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante microfibrilación de celulosa incluyendo, pero no limitado a, los procesos descritos en la presente. Las fibras de celulosa típicas (es decir, pulpa premicrofibrilada) adecuadas para su uso en la elaboración de fibras y materiales no tejidos a partir de tales fibras incluyen agregados más grandes de cientos o miles de microfibrillas de celulosa individuales. Al microfibrilar la celulosa, a la celulosa microfibrilada y a las composiciones que incluyen la celulosa microfibrilada se imparten características y propiedades particulares incluyendo, pero no limitado a, las características y propiedades descritas en la presente.
Para la preparación de celulosa microfibrilada útil para elaborar fibras y materiales no tejidos a partir de dichas fibras, el sustrato fibroso que comprende celulosa se trata preferiblemente en un proceso de fibrilación en dos etapas. El sustrato fibroso puede añadirse a un recipiente de molienda en estado seco. La molienda puede llevarse a cabo en un molino de tambor (por ejemplo, de varillas, de bolas y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (SMD) o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las que se alimenta la alimentación a moler. Preferiblemente, la molienda se lleva a cabo en una moledora tamizada, como una moledora de medios agitados. Por ejemplo, puede añadirse un sustrato fibroso directamente a un recipiente de molienda. El entorno acuoso en el recipiente de molienda facilitará entonces la formación de una pulpa. La segunda etapa de microfibrilación del sustrato fibroso se lleva a cabo en cualquier refinadora, homogeneizadora o mediante sonicación con un dispositivo ultrasónico, por ejemplo, una sonda ultrasónica, un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónica, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica. La refinadora puede ser una refinadora de un solo disco, cónica, de dos discos o de placas, por ejemplo, una refinadora de un solo disco (fabricada por Sprout) que tiene un solo disco de 12 pulgadas (30 cm).
En una realización, el paso de microfibrilación se lleva a cabo en un recipiente de molienda en condiciones de molienda en húmedo.
Molienda húmeda
La molienda se realiza adecuadamente de manera convencional. La molienda es un proceso de molienda por desgaste en presencia de un medio de molienda particulado de 0,5 mm de tamaño o mayor. Por medio de molienda se entiende un medio distinto del material particulado inorgánico de 0,5 mm de tamaño o mayor, que se muele conjuntamente con el sustrato fibroso que comprende celulosa.
El medio de molienda particulado puede ser de un material natural o sintético. El medio de molienda puede comprender, por ejemplo, bolas, perlas o sedimentos de cualquier material mineral, cerámico o metálico duro. Tales materiales pueden incluir, por ejemplo, alúmina, zirconio, silicato de zirconio, silicato de aluminio o el material rico en mullita que se produce calcinando arcilla caolinítica a una temperatura en el intervalo de aproximadamente 1300° C a aproximadamente 1800° C. Por ejemplo, en algunas realizaciones se prefiere un medio de molienda Carbolite®. Alternativamente, pueden usarse partículas de arena natural de un tamaño de partícula adecuado. En otras realizaciones, pueden usarse medios de molienda de madera dura (por ejemplo, harina de madera).
En general, el tipo y el tamaño de partícula del medio de molienda que se seleccionará para su uso en los métodos puede depender de las propiedades como, por ejemplo, el tamaño de partícula y la composición química de la suspensión de alimentación del material que se va a moler. En algunas realizaciones, el medio de molienda particulado comprende partículas que tienen un diámetro medio en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 6,0 mm, o en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 4,0 mm. El medio (o medios) de molienda puede estar presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 70% en volumen de la carga. Los medios de molienda pueden estar presentes en una cantidad de por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de la carga, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 40% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 60% en volumen de la carga.
La molienda puede llevarse a cabo en una o más etapas. Por ejemplo, un material particulado inorgánico grueso puede molerse en el recipiente de molienda hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada, después de lo cual se añade el material fibroso que comprende celulosa y se continúa la molienda hasta que se obtenga el nivel deseado de microfibrilación.
El material particulado inorgánico grueso inicialmente puede tener una distribución de tamaño de partícula en la que menos del 20% en peso de las partículas tienen una e.s.d. de menos de 2 |jm, por ejemplo, menos del
15% en peso o menos de aproximadamente el 10% en peso de las partículas tienen una e.s.d. de menos de 2 pm.
En otra realización, el material particulado inorgánico grueso inicialmente puede tener una distribución de tamaño de partícula, medida usando una máquina Malvern Mastersizer S, en la que menos de aproximadamente el 20% en volumen de las partículas tienen una e.s.d. de menos de 2 jm, por ejemplo, menos de aproximadamente el 15% en volumen, o menos de aproximadamente el 10% en volumen de las partículas tienen una e.s.d. de menos de 2 pm.
El material particulado inorgánico grueso puede molerse en húmedo o seco en ausencia o presencia de un medio de molienda. En el caso de una etapa de molienda en húmedo, el material particulado inorgánico grueso puede molerse en una suspensión acuosa en presencia de un medio de molienda. En dicha suspensión, el material particulado inorgánico grueso puede estar presente preferiblemente en una cantidad de aproximadamente el 30% a aproximadamente el 70% en peso de la suspensión. En algunas realizaciones, el material particulado inorgánico puede estar ausente. Como se ha descrito anteriormente, el material particulado inorgánico grueso puede molerse a una distribución de tamaño de partícula de tal manera que por lo menos aproximadamente el 10% en peso de las partículas tenga una e.s.d. de menos de 2 jm, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en peso, o por lo menos aproximadamente el 30% en peso, o por lo menos aproximadamente el 40% en peso, o por lo menos aproximadamente el 50% en peso, o por lo menos aproximadamente el 60% en peso, o por lo menos aproximadamente el 70% en peso, o por lo menos aproximadamente el 80% en peso, o por lo menos aproximadamente el 90% en peso, o por lo menos aproximadamente el 90% en peso, o por lo menos aproximadamente el 95% en peso, o aproximadamente el 100% en peso de las partículas tengan una e.s.d. de menos de 2 jm, después de lo cual se añade la pulpa de celulosa y los dos componentes se muelen conjuntamente para microfibrilar las fibras de la pulpa de celulosa.
En otra realización, el material particulado inorgánico grueso se muele a una distribución de tamaño de partícula, según se mide usando una máquina Malvern Mastersizer S, de tal manera que por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de las partículas tenga una e.s.d. de menos de 2 jm, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen o por lo menos aproximadamente el 40% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 60% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 70% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 80% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 90% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 95% en volumen, o aproximadamente el 100% en volumen de las partículas, tengan una e.s.d. de menos de 2 jm, después de lo cual se añade pulpa de celulosa y los dos componentes se muelen conjuntamente para microfibrilar las fibras de la pulpa de celulosa
En una realización, el tamaño de partícula medio (d50) del material particulado inorgánico se reduce durante el proceso de molienda conjunta. Por ejemplo, el d50 del material particulado inorgánico puede reducirse en por lo menos aproximadamente un 10% (medido con una máquina Malvern Mastersizer S), por ejemplo, el d50 del material particulado inorgánico puede reducirse en por lo menos aproximadamente un 20%, o reducirse en por lo menos aproximadamente un 30%, o reducirse en por lo menos aproximadamente un 50%, o redu menos aproximadamente u
50%, o reducirse en por 
menos aproximadamente un 60%, o redu menos aproximadamente u
70%, o reducirse en por lo menos aproximadamente un 80%, o redu menos aproximadamente un 90%. Por ejemplo, un material particulado inorgánico que tenga un d50 de 2,5 de la molienda conjunta y un d50 de 1,5 jm después de la molienda conjunta habrá sido sometido a una reducción del 40% en el tamaño de partícula. En realizaciones, el tamaño medio de partícula del material particulado inorgánico no se reduce significativamente durante el proceso de molienda conjunta. Por "no significativamente reducido" se entiende que el d50 del material particulado inorgánico se reduce en menos de aproximadamente un
10%, por ejemplo, el d50 del material particulado inorgánico se reduce en menos de aproximadamente un 5%.
El sustrato fibroso que comprende celulosa puede microfibrilarse en presencia de un material inorgánico particulado para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d50 que varía de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 500 pm, medido por dispersión de luz láser. El sustrato fibroso que comprende celulosa puede microfibrilarse en presencia de un material particulado inorgánico para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d50 de igual o menos de aproximadamente 400 jm, por ejemplo igual o menos de aproximadamente 300 jm, o igual o menos de aproximadamente 200 jm, o igual o menos de aproximadamente 150 jm, o igual o menos de aproximadamente 125 jm, o igual o menos de aproximadamente 100 jm, o igual o menos de aproximadamente 90 jm, o igual o menos de aproximadamente 80 jm, o igual o menos de aproximadamente 70 jm, o igual o menos de aproximadamente 60 jm, o igual o menos de aproximadamente 50 jm, o igual o menos de aproximadamente 40 jg, o igual o menos de aproximadamente 30 jm, o igual o menos de aproximadamente 20 jm, o igual o menos de aproximadamente 10 jm. Preferiblemente, el sustrato fibroso que comprende celulosa puede microfibrilarse en presencia de un material particulado inorgánico para obtener celulosa microfibrilada que tiene un d50 de igual o menos de aproximadamente 100 jm, más preferiblemente igual o menos de aproximadamente 90 jm, o igual o menos de aproximadamente 80 jm, o igual o menos de aproximadamente 70 jm, o igual o menos de aproximadamente 60 jm.
El sustrato fibroso que comprende celulosa puede microfibrilarse en presencia de un material particulado inorgánico para obtener celulosa microfibrilada que tiene un tamaño de partícula de fibra modal que varía entre aproximadamente 0,1-500 jm y un tamaño de partícula de material particulado inorgánico que varía entre 0,25-20 |jm. El sustrato fibroso que comprende celulosa puede microfibrilarse en presencia de un material particulado inorgánico para obtener celulosa microfibrilada que tiene un tamaño de partícula de fibra modal de por lo menos aproximadamente 0,5 pm, por ejemplo, por ejemplo por lo menos aproximadamente 10 pm, o por lo menos aproximadamente 50 pm, o por lo menos aproximadamente 100 pm, o por lo menos aproximadamente 150 pm, o por lo menos aproximadamente 200 pm, o por lo menos aproximadamente 300 pm, o por lo menos aproximadamente 400 pm.
El sustrato fibroso que comprende celulosa se microfibrila en presencia de un material particulado inorgánico para obtener celulosa microfibrilada que tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50, medida por Malvern (dispersión de luz láser, usando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd) o por otros métodos que den esencialmente el mismo resultado. La inclinación de fibra (es decir, la inclinación de la distribución del tamaño de partícula de fibras) se determina mediante la siguiente fórmula:
Pendiente = 100 x (d30/d70).
La celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra de aproximadamente 20 a aproximadamente 50. La molienda se realiza adecuadamente en un recipiente de molienda, como un molino de tambor (por ejemplo, de varillas, de bolas y autógeno), un molino agitado (por ejemplo, SAM o IsaMill), un molino de torre, un detritor de medios agitados (SMD) o un recipiente de molienda que comprende placas de molienda paralelas rotatorias entre las cuales se alimenta el alimento a moler.
En una realización, el recipiente de molienda es un molino de torre. El molino de torre puede comprender una zona de reposo por encima de una o más zonas de molienda. Una zona de reposo es una región localizada hacia la parte superior del interior del molino de torre en la que tiene lugar una molienda mínima o nula y comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico. La zona de reposo es una región en la que las partículas del medio de molienda sedimentan en una o más zonas de molienda del molino de torre.
El molino de torre puede comprender un clasificador encima de una o más zonas de molienda. En una realización, el clasificador está montado en la parte superior y localizado junto a una zona de reposo. El clasificador puede ser un hidrociclón.
El molino de torre puede comprender un tamiz encima de una o más zonas de molienda. En una realización, un tamiz está localizado junto a una zona de reposo y/o un clasificador. El tamiz puede dimensionarse para separar los medios de molienda de la suspensión acuosa del producto que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico y para mejorar la sedimentación de los medios de molienda.
En una realización, la molienda se realiza en condiciones de flujo pistón. En condiciones de flujo pistón, el flujo a través de la torre es tal que hay un mezclado limitado de los materiales de molienda a través de la torre. Esto significa que en diferentes puntos a lo largo del molino de torre, la viscosidad del entorno acuoso variará a medida que aumente la finura de la celulosa microfibrilada. Por tanto, en efecto, puede considerarse que la región de molienda en el molino de torre comprende una o más zonas de molienda que tienen una viscosidad característica. Un experto en la técnica comprenderá que no hay un límite nítido entre las zonas de molienda adyacentes con respecto a la viscosidad.
En una realización, se añade agua en la parte superior del molino cerca de la zona de reposo o el clasificador o el tamiz sobre una o más zonas de molienda para reducir la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico en esas zonas en el molino. Diluyendo el producto de celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico en este punto del molino, se ha descubierto que se mejora la prevención de que los medios de molienda se trasladen a la zona de reposo y/o al clasificador y/o al tamiz. Además, el mezclado limitado a través de la torre permite el procesamiento con sólidos más altos en la parte inferior de la torre y la dilución en la parte superior con un reflujo limitado del agua de dilución que desciende de la torre hacia una o más zonas de molienda. Puede añadirse cualquier cantidad adecuada de agua que sea eficaz para diluir la viscosidad de la suspensión acuosa del producto que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico. El agua puede añadirse continuamente durante el proceso de molienda, o a intervalos regulares, o a intervalos irregulares.
En otra realización, puede añadirse agua a una o más zonas de molienda a través de uno o más puntos de inyección de agua colocados a lo largo del molino de torre, o cada punto de inyección de agua puede localizarse en una posición que corresponde a una o más zonas de molienda. Ventajosamente, la capacidad de añadir agua en
varios puntos a lo largo de la torre permite un ajuste adicional de las condiciones de molienda en cualquiera o todas las posiciones a lo largo del molino.
El molino de torre puede comprender un eje impulsor vertical equipado con una serie de discos de rotor impulsor en toda su longitud. La acción de los discos del rotor impulsor crea una serie de zonas de molienda discretas en todo el molino.
En otra realización, la molienda se realiza en un molino con tamiz, por ejemplo, un molino de medios agitados. El molino con tamiz puede comprender uno o más tamices que tienen un tamaño de apertura nominal de por lo menos aproximadamente 250 pm, por ejemplo, uno o más tamices pueden tener un tamaño de apertura nominal de por lo menos aproximadamente 300 pm, o por lo menos aproximadamente 350 pm, o por lo menos aproximadamente 400 pm, o por lo menos aproximadamente 450 pm, o por lo menos aproximadamente 500 pm, o por lo menos aproximadamente 550 pm, o por lo menos aproximadamente 600 pm, o por lo menos aproximadamente 650 pm, o por lo menos aproximadamente 700 pm, o por lo menos aproximadamente 750 pm, o por lo menos aproximadamente 800 pm, o por lo menos aproximadamente 850 pm, o por lo menos aproximadamente 900 pm, o por lo menos aproximadamente 1000 pm.
Los tamaños de tamiz indicados inmediatamente arriba son aplicables a las realizaciones de molino de torre descritas anteriormente.
Como se ha indicado anteriormente, la molienda se realiza en presencia de un medio de molienda.
En una realización, el medio de molienda es un medio grueso que comprende partículas que tienen un diámetro medio en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 6 mm, por ejemplo, aproximadamente 2 mm, o aproximadamente 3 mm, o aproximadamente 4 mm o aproximadamente 5 mm.
En otra realización, el medio de molienda tiene una gravedad específica de por lo menos 2,5, por ejemplo, por lo menos aproximadamente 3, o por lo menos aproximadamente 3,5, o por lo menos aproximadamente 4,0, o por lo menos aproximadamente 4,5, o por lo menos aproximadamente 5,0, o por lo menos aproximadamente 5,5, o por lo menos aproximadamente 6,0.
En otra realización, los medios de molienda comprenden partículas que tienen un diámetro medio en el intervalo de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 6 mm y tiene una gravedad específica de por lo menos aproximadamente 2,5.
En otra realización, los medios de molienda comprenden partículas que tienen un diámetro medio de aproximadamente 3 mm y una gravedad específica de aproximadamente 2,7.
Como se ha descrito anteriormente, el medio (o medios) de molienda puede estar presente en una cantidad de hasta aproximadamente el 70% en volumen de la carga. Los medios de molienda pueden estar presentes en una cantidad de por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de la carga, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente 40% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen de la carga, o por lo menos aproximadamente el 60% en volumen de la carga.
En una realización, el medio de molienda está presente en una cantidad de aproximadamente el 50% en volumen de la carga.
Por "carga" se entiende la composición que es la alimentación alimentada al recipiente de molienda. La carga incluye agua, medios de molienda, sustrato fibroso que comprende celulosa y material particulado inorgánico, y cualquier otro aditivo opcional como se describe en la presente.
El uso de medios relativamente gruesos y/o densos tiene la ventaja de tasas de sedimentación mejoradas (es decir, más rápidas) y arrastre de medios reducido a través de la zona de reposo y/o clasificador y/o tamiz(es).
Una ventaja adicional de usar medios de molienda relativamente gruesos es que el tamaño medio de partícula (d50) del material particulado inorgánico no puede reducirse significativamente durante el proceso de molienda, de tal manera que la energía impartida al sistema de molienda se gasta principalmente en microfibrilar el sustrato fibroso que comprende celulosa.
Una ventaja adicional de usar tamices relativamente gruesos es que en el paso de microfibrilación puede usarse un medio de molienda relativamente grueso o denso. Además, el uso de tamices relativamente gruesos (es decir, que tengan una apertura nominal de por lo menos aproximadamente 250 pm) permite procesar y retirar de la moledora un producto con un contenido relativamente alto de sólidos, lo que permite una alimentación relativamente alta de sólidos (que comprende un sustrato fibroso que comprende celulosa y material particulado inorgánico) para
ser procesados en un proceso económicamente viable. Se ha descubierto que una alimentación que tenga un alto contenido inicial de sólidos es deseable en términos de suficiencia energética. Además, también se ha descubierto que el producto producido (a una energía dada) con menos sólidos tiene una distribución de tamaño de partículas más gruesa.
De acuerdo con una realización, el sustrato fibroso que comprende celulosa y material particulado inorgánico está presente en el entorno acuoso con un contenido inicial de sólidos de por lo menos aproximadamente el 4% en peso, del cual por lo menos aproximadamente el 2% en peso es sustrato fibroso que comprende celulosa.
El contenido de sólidos inicial puede ser de por lo menos aproximadamente el 10% en peso, o por lo menos aproximadamente el 20% en peso, o por lo menos aproximadamente el 30% en peso, o por lo menos aproximadamente por lo menos el 40% en peso. Por lo menos aproximadamente el 5% en peso del contenido inicial de sólidos puede ser un sustrato fibroso que comprende celulosa, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 10%, o por lo menos aproximadamente el 15%, o por lo menos aproximadamente el 20% en peso del contenido inicial de sólidos puede ser sustrato fibroso que comprende celulosa.
En otra realización, la molienda se realiza en una cascada de recipientes de molienda, uno o más de los cuales pueden comprender una o más zonas de molienda. Por ejemplo, el sustrato fibroso que comprende celulosa y el material particulado inorgánico puede molerse en una cascada de dos o más recipientes de molienda, por ejemplo, una cascada de tres o más recipientes de molienda, o una cascada de cuatro o más recipientes de molienda, o una cascada de cinco o más recipientes de molienda, o una cascada de seis o más recipientes de molienda, o una cascada de siete o más recipientes de molienda, o una cascada de ocho o más recipientes de molienda, o una cascada de nueve o más recipientes de molienda en serie, o una cascada que comprende hasta diez recipientes de molienda. La cascada de recipientes de molienda puede conectarse operativamente en serie o en paralelo o en una combinación de serie y paralelo. La salida de y/o la entrada a uno o más de los recipientes de molienda en la cascada puede someterse a uno o más pasos de tamizado y/o uno o más pasos de calisficación.
El circuito puede comprender una combinación de uno o más recipientes de molienda y homogeneizador.
La energía total gastada en un proceso de microfibrilación puede repartirse por igual entre cada uno de los recipientes de molienda en la cascada. Alternativamente, la entrada de energía puede variar entre algunos o todos los recipientes de molienda en la cascada.
Un experto en la técnica entenderá que la energía gastada por recipiente puede variar entre recipientes en la cascada dependiendo de la cantidad de sustrato fibroso que se está microfibrilando en cada recipiente y, opcionalmente, la velocidad de molienda en cada recipiente, la duración de la molienda en cada recipiente, el tipo de medio de molienda en cada recipiente y el tipo y cantidad de material particulado inorgánico. Las condiciones de molienda pueden variarse en cada recipiente de la cascada para controlar la distribución del tamaño de partículas tanto de la celulosa microfibrilada como del material particulado inorgánico. Por ejemplo, el tamaño de los medios de molienda puede variarse entre recipientes sucesivos en la cascada para reducir la molienda del material particulado inorgánico y para dirigir la molienda del sustrato fibroso que comprende celulosa.
En una realización, la molienda se realiza en un circuito cerrado. En otra realización, la molienda se realiza en circuito abierto. La molienda puede realizarse en modo por lotes. La molienda puede realizarse en un modo por lotes de recirculación.
El circuito de molienda puede incluir un paso de premolienda en el que las partículas inorgánicas gruesas se muelen en un recipiente de molienda hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada, después de lo cual el material fibroso que comprende celulosa se combina con el material particulado inorgánico premolido y la molienda se continúa en el mismo recipiente de molienda o uno diferente hasta que se haya obtenido el nivel deseado de microfibrilación.
Como la suspensión del material a moler puede tener una viscosidad relativamente alta, puede añadirse a la suspensión un agente dispersante adecuado antes de la molienda. El agente dispersante puede ser, por ejemplo, un fosfato condensado soluble en agua, ácido polisilícico o una de sal del mismo, o un polielectrolito, por ejemplo, una sal soluble en agua de un poli(ácido acrílico) o de un poli(ácido metacrílico) que tiene un número de peso molecular medio no superior a 80.000. La cantidad del agente dispersante usado estaría generalmente en el intervalo del 0,1 al 2,0% en peso, en base al peso del material sólido particulado inorgánico seco. La suspensión puede molerse adecuadamente a una temperatura en el intervalo de 4° C a 100° C.
Otros aditivos que pueden incluirse durante el paso de microfibrilación incluyen: carboximetilcelulosa, carboximetilcelulosa anfótera y agentes oxidantes.
El pH de la suspensión del material a moler puede ser de aproximadamente 7 o más de aproximadamente 7 (es decir, básico), por ejemplo, el pH de la suspensión puede ser de aproximadamente 8, o aproximadamente 9, o aproximadamente 10, o aproximadamente 11. El pH de la suspensión del material a moler puede ser menor de 7 (es
decir, ácido), por ejemplo, el pH de la suspensión puede ser de 6, 5, 4 o 3. El pH de la suspensión del material a moler puede ajustarse mediante la adición de una cantidad apropiada de ácido o base. Las bases adecuadas incluyen hidróxidos de metales alcalinos como, por ejemplo, NaOH. Otras bases adecuadas son el carbonato de sodio y el amoníaco. Los ácidos adecuados incluyen ácidos inorgánicos como ácido clorhídrico y sulfúrico, o ácidos orgánicos. Un ácido ejemplar es el ácido ortofosfórico.
La cantidad de material particulado inorgánico y pulpa de celulosa en la mezcla a moler conjuntamente puede variar en una proporción de aproximadamente 0:100 a aproximadamente 30:70, en base al peso seco del material particulado inorgánico y la cantidad de fibra seca en la pulpa, o una proporción de 50:50 en base al peso seco del material particulado inorgánico y la cantidad de fibra seca en la pulpa.
La entrada de energía total en un proceso de molienda típico para obtener la composición de suspensión acuosa deseada puede estar típicamente entre aproximadamente 100 y 1500 kWht-1 en base al peso seco total del relleno particulado inorgánico. La entrada total de energía puede ser menor de aproximadamente 1000 kWht-1, por ejemplo, menor de aproximadamente 800 kWht-1, menor de aproximadamente 600 kWht-1, menor de aproximadamente 500 kWht-1, menor de aproximadamente 400 kWht-1, menor de aproximadamente 400 kWht-1, menor de aproximadamente 300 kWht-1, o menor de aproximadamente 200 kWht-1. Como tal, sorprendentemente se ha descubierto que una pulpa de celulosa puede microfibrilarse a una entrada de energía relativamente baja cuando se muele conjuntamente en presencia de un material particulado inorgánico. Como será evidente, la entrada de energía total por tonelada de fibra seca en el sustrato fibroso que comprende celulosa será menor de aproximadamente 10.000 kWht-1, por ejemplo, menor de aproximadamente 9000 kWht-1, o menor de aproximadamente 8000 kWht-1, o menor de aproximadamente 7000 kWht-1, o menor de aproximadamente 6000 kWht-1, o menor de aproximadamente 5000 kWht-1, por ejemplo, menor de aproximadamente 4000 kWht-1, menor de aproximadamente 3000 kWht-1, menor de aproximadamente 2000 kWht-1, menor de aproximadamente 1500 kWht-1, menor de aproximadamente 1200 kWht-1, menor de aproximadamente 1000 kWht-1, o menor de aproximadamente 800 kWht-1. La entrada de energía total varía dependiendo de la cantidad de fibra seca en el sustrato fibroso que se está microfibrilando y, opcionalmente, la velocidad de molienda y la duración de la molienda.
La cantidad de material particulado inorgánico y la pulpa de celulosa en la mezcla que se va a moler conjuntamente puede variarse para producir una lechada que sea adecuada para su uso como la lechada de la capa superior, o la lechada de la capa, o que puede ser modificada adicionalmente, por ejemplo, con material particulado inorgánico adicional, para producir una lechada que sea adecuada para usar como lechada de capa superior o lechada de capa.
Homogeneización
La microfibrilación del sustrato fibroso que comprende celulosa puede efectuarse en condiciones húmedas en presencia del material particulado inorgánico mediante un método en el que la mezcla de pulpa de celulosa y material particulado inorgánico se presuriza (por ejemplo, a una presión de aproximadamente 500 bar) y luego se pasa a una zona de menor presión. La velocidad a la que la mezcla pasa a la zona de baja presión es suficientemente alta y la presión de la zona de baja presión es suficientemente baja como para provocar la microfibrilación de las fibras de celulosa. Por ejemplo, la caída de presión puede efectuarse forzando la mezcla a través de una abertura anular que tiene un orificio de entrada estrecho con un orificio de salida mucho más grande. La drástica disminución de la presión a medida que se acelera la mezcla a un volumen mayor (es decir, una zona de presión más baja) induce la cavitación que provoca microfibrilación. En una realización, la microfibrilación del sustrato fibroso que comprende celulosa puede efectuarse en una homogeneizadora en condiciones húmedas en presencia del material particulado inorgánico. En la homogeneizadora, la mezcla de pulpa de celulosa y material particulado inorgánico se presuriza (por ejemplo, a una presión de aproximadamente 500 bares) y se fuerza a través de una pequeña boquilla u orificio. La mezcla puede presurizarse a una presión de aproximadamente 100 a aproximadamente 1000 bar, por ejemplo a una presión igual o mayor de 300 bar, o igual o mayor de aproximadamente 500, o igual o mayor de aproximadamente 200 bar, o igual o mayor de aproximadamente 700 bar. La homogeneización somete a las fibras a altas fuerzas de cizallamiento, de tal manera que a medida que la pulpa de celulosa presurizada sale por la boquilla u orificio, la cavitación provoca la microfibrilación de las fibras de celulosa en la pulpa. Puede añadirse agua adicional para mejorar la fluidez de la suspensión a través de la homogeneizadora. La suspensión acuosa resultante que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico puede volver a introducirse en la entrada de la homogeneizadora para múltiples pases a través de la homogeneizadora. En una realización preferida, el material particulado inorgánico es un mineral naturalmente laminar, como el caolín. Como tal, la homogeneización no solo facilita la microfibrilación de la pulpa de celulosa, sino que también facilita la delaminación del material particulado laminar. Una homogeneizadora ejemplar es una homogeneizadora Manton Gaulin (APV). Una homogeneizadora a escala de laboratorio adecuada para la preparación de las composiciones de celulosa microfibrilada, que incluye opcionalmente material particulado inorgánico, es una GEA ANiro Soavi Technical Datasheet Ariete NS3030 disponible en GEA Mechanical Equipment, GEA Niro Soavi, Via A.M. Da Erba Edoari, 29-1, 43123 Parma, Italia. Otras homogeneizadoras a escala comercial están disponibles de GEA Niro Soavi, GEA Reino Unido, Leacroft Road, Birchwood, Warrington, Cheshire UK WA3 6JF. Estos incluyen las series Ariete - 2006, 3006, 3011, 3015, 3037, 3045, 3055, 3075, 3090, 3110*, 5132, 5180,
5250, 5355 además del modelo 3030. Las homogeneizadoras también están disponibles de Microfluidics, 90 Glacier Drive Suite 1000, Westwood, MA 02090 (US) denominadas Microfluidizer, serie 700 y modelos M-7125, M-7250.
Se entiende que un material particulado laminar, como el caolín, tiene un factor de forma de por lo menos aproximadamente 10, por ejemplo, por lo menos aproximadamente 15, o por lo menos aproximadamente 20, o por lo menos aproximadamente 30, o por lo menos aproximadamente 40, o por lo menos aproximadamente 50, o por lo menos aproximadamente 60, o por lo menos aproximadamente 70, o por lo menos aproximadamente 80, o por lo menos aproximadamente 90, o por lo menos aproximadamente 100. El factor de forma, como se usa en la presente, es una medida de la proporción entre el diámetro de las partículas al espesor de las partículas para una población de partículas de tamaño y forma variable, medido usando los métodos, aparatos y ecuaciones de conductividad eléctrica descritos en la patente de Estados Unidos N° 5.576.617.
Una suspensión de un material particulado inorgánico laminar, como el caolín, puede tratares en la homogeneizadora hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada en ausencia del sustrato fibroso que comprende celulosa, después de lo cual el material fibroso que comprende celulosa se añade a la lechada acuosa de material inorgánico particulado y la suspensión combinada se procesan en la homogeneizadora como se ha descrito anteriormente. Se continúa el proceso de homogeneización, incluyendo uno o más pases por la homogeneizadora, hasta que se ha obtenido el nivel deseado de microfibrilación. De manera similar, el material particulado inorgánico laminar puede tratarse en una moledora hasta una distribución de tamaño de partícula predeterminada y luego combinarse con el material fibroso que comprende celulosa seguido de procesamiento en la homogeneizadora. Una homogeneizadora ejemplares la homogeneizadora Manton Gaulin (APV).
Después de que se haya llevado a cabo el paso de microfibrilación, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico puede tamizarse para eliminar la fibra por encima de un cierto tamaño y para eliminar cualquier medio de molienda. Por ejemplo, la suspensión puede someterse a tamizado usando un tamiz que tenga un tamaño de apertura nominal seleccionado para eliminar las fibras que no pasan a través del tamiz. El tamaño nominal de la apertura significa la separación central nominal de los lados opuestos de una apertura cuadrada o el diámetro nominal de una apertura redonda. El tamiz puede ser un tamiz BSS (de acuerdo con BS 1796) que tenga un tamaño de apertura nominal de 150 pm, por ejemplo, un tamaño de apertura nominal de 125 pm, o 106 pm, o 90 pm, o 74 pm, o 63 pm, o 53 pm, 45 pm o 38 pm. En una realización, la suspensión acuosa se tamiza usando un tamiz BSS que tiene una apertura nominal de 75 pm. Luego, opcionalmente la suspensión acuosa puede deshidratarse.
Se entenderá por lo tanto que la cantidad (es decir, el % en peso) de celulosa microfibrilada en la suspensión acuosa después de la molienda u homogeneización puede ser menor que la cantidad de fibra seca en la pulpa si la suspensión molida u homogeneizada se trata para eliminar las fibras por encima de un tamaño seleccionado. Por tanto, las cantidades relativas de pulpa y material particulado inorgánico alimentadas a la moledora u homogeneizadora pueden ajustarse dependiendo de la cantidad de celulosa microfibrilada que se requiere en la suspensión acuosa después de eliminar las fibras por encima de un tamaño seleccionado.
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El sustrato fibroso que comprende celulosa usado para preparar la celulosa microfibrilada.
La celulosa microfibrilada se deriva del sustrato fibroso que comprende celulosa. El sustrato fibroso que comprende celulosa puede derivarse de cualquier fuente adecuada como madera, pastos (por ejemplo, caña de azúcar, bambú) o trapos (por ejemplo, desechos textiles, algodón, cáñamo o lino). El sustrato fibroso que comprende celulosa puede estar en forma de pulpa (es decir, una suspensión de fibras de celulosa en agua), que puede prepararse mediante cualquier tratamiento químico o mecánico adecuado, o una combinación de los mismos. Por ejemplo, la pulpa puede ser una pulpa química, o una pulpa quimiotermomecánica, o una pulpa mecánica, o una pulpa reciclada, o desechos de una fábrica de papel, o una corriente de desechos de una fábrica de papel, o desechos de una fábrica de papel, o una combinación de los mismos. La pulpa de celulosa puede batirse (por ejemplo, en un batidor Valley) y/o refinarse de otro modo (por ejemplo, procesando en una refinadora cónica o de placa) hasta cualquier grado de drenabilidad predeterminado, informado en la técnica como drenabilidad estándar canadiense (CSF) en cm3. CSF significa un valor para la drenabilidad o tasa de drenaje de la pulpa medido por la tasa a la que puede drenarse una suspensión de pulpa. Por ejemplo, la pulpa de celulosa puede tener un grado de drenabilidad estándar canadiense de aproximadamente 10 cm3 o más antes de ser microfibrilada. La pulpa de celulosa puede tener un CSF de aproximadamente 700 cm3 o menos, por ejemplo, igual o menos de aproximadamente 650 cm3, o igual o menos de aproximadamente 600 cm3, o igual o menos de aproximadamente 550 cm3, o igual o menos de aproximadamente 500 cm3, o igual o menos de aproximadamente 450 cm3, o igual o menos de aproximadamente 400 cm3, o igual o menos de aproximadamente 350 cm3, o igual o menos de aproximadamente 300 cm3, o igual o menos de aproximadamente 250 cm3, o igual o menos de aproximadamente 200 cm3, o igual o menos de aproximadamente 150 cm3, o igual o inferior de aproximadamente 100 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 50 cm3. Luego, la pulpa de celulosa puede deshidratarse mediante métodos bien conocidos en la técnica, por ejemplo, la pulpa puede filtrarse a través de un tamiz para obtener una lámina húmeda que comprende por lo menos aproximadamente un 10% de sólidos, por ejemplo, por lo menos aproximadamente un 15% de sólidos, o por lo menos aproximadamente un 20% de sólidos, o por lo menos aproximadamente un 30% de
sólidos, o por lo menos aproximadamente un 40% de sólidos. La pulpa puede utilizarse en estado sin refinar, es decir, sin batir, deshidratar o refinarse de otro modo.
El sustrato fibroso que comprende celulosa puede ser añadido a un recipiente de molienda u homogeneizador en estado seco. Por ejemplo, se puede añadir un trozo de papel seco directamente al recipiente triturador. El ambiente acuoso en el molinillo recipiente facilitará la formación de una pulpa
El material particulado inorgánico que se usa en el proceso de microfibrilación.
El material particulado inorgánico puede ser, por ejemplo, un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada como caolín, haloisita o arcilla esférica, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, huntita, hidromagnesita, vidrio esmerilado, perlita o tierra de diatomeas, o wollastonita, o dióxido de titanio, o hidróxido de magnesio, o trihidrato de aluminio, cal, grafito o combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico comprende o es carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita anhidra, perlita, tierra de diatomeas, wollastonita, hidróxido de magnesio o trihidrato de aluminio, dióxido de titanio o combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico puede ser un material particulado inorgánico tratado superficialmente. Por ejemplo, el material particulado inorgánico puede tratarse con un agente hidrofobizante, como un ácido graso o una sal del mismo. Por ejemplo, el material particulado inorgánico puede ser un carbonato de calcio tratado con ácido esteárico.
Un material particulado inorgánico preferido para uso en los métodos de microfibrilación divulgados en la presente es el carbonato de calcio. En lo sucesivo, la invención tenderá a analizarse en términos de carbonato de calcio y en relación con los aspectos en los que se procesa y/o trata el carbonato de calcio. No debe interpretarse que la invención se limita a tales realizaciones.
El carbonato de calcio particulado usado en la presente invención puede obtenerse de una fuente natural mediante molienda. El carbonato de calcio molido (CCG) generalmente se obtiene aplastando y luego moliendo una fuente mineral como tiza, mármol o piedra caliza, a lo que puede seguir un paso de clasificación por tamaño de partículas para obtener un producto que tenga el grado de finura deseado. También pueden usarse otras técnicas como el blanqueo, la flotación y la separación magnética para obtener un producto con el grado de finura y/o color deseado. El material sólido particulado puede molerse de manera autógena, es decir, por desgaste entre las propias partículas del material sólido o, alternativamente, en presencia de un medio de molienda en partículas que comprende partículas de un material diferente del carbonato de calcio que se va a moler. Estos procesos pueden llevarse a cabo con o sin la presencia de un dispersante o biocidas, que pueden añadirse en cualquier etapa del proceso.
En la presente invención puede usarse carbonato de calcio precipitado (PCC) como fuente de carbonato de calcio particulado y puede producirse mediante cualquiera de los métodos conocidos disponibles en la técnica. TAPPI Monograph Series N° 30, “Paper Coating Pigments”, páginas 34-35 describe los tres procesos comerciales principales para preparar carbonato de calcio precipitado que es adecuado para su uso en la preparación de productos para su uso en la industria del papel, pero también puede usarse en la puesta en práctica de la presente invención. En los tres procesos, primero se calcina un material de alimentación de carbonato de calcio, como piedra caliza, para producir cal viva, y luego la cal viva se apaga en agua para producir hidróxido de calcio o lechada de cal. En el primer proceso, la lechada de cal se carbonata directamente con gas dióxido de carbono. Este proceso tiene la ventaja de que no se forman subproductos, y es relativamente fácil controlar las propiedades y la pureza del producto de carbonato de calcio. En el segundo proceso, la lechada de cal se pone en contacto con ceniza de sosa para producir, por doble descomposición, un precipitado de carbonato de calcio y una solución de hidróxido de sodio. El hidróxido de sodio puede separarse sustancialmente por completo del carbonato de calcio si este proceso se usa comercialmente. En el tercer proceso comercial principal, la lechada de cal se pone primero en contacto con cloruro de amonio para dar una solución de cloruro de calcio y gas amoníaco. Luego, la solución de cloruro de calcio se pone en contacto con ceniza de sosa para producir carbonato de calcio precipitado por descomposición doble y una solución de cloruro de sodio. Los cristales pueden producirse en una variedad de formas y tamaños diferentes, dependiendo del proceso de reacción específico que se use. Las tres formas principales de cristales de PCC son aragonita, romboédrica y escalenoédrica, todas las cuales son adecuadas para su uso en la presente invención, incluyendo mezclas de las mismas.
En ciertas realizaciones, el PCC puede formarse durante el proceso de producción de celulosa microfibrilada.
La molienda en húmedo de carbonato de calcio implica la formación de una suspensión acuosa del carbonato de calcio que luego puede molerse, opcionalmente en presencia de un agente dispersante adecuado. Se
puede hacer referencia, por ejemplo, a la EP-A-614948 (cuyos contenidos se incorporan como referencia en su totalidad) para obtener más información referente a la molienda en húmedo de carbonato de calcio.
En algunas circunstancias, pueden incluirse adiciones menores de otros minerales, por ejemplo, también podría estar presente uno o más de caolín, caolín calcinado, wollastonita, bauxita, talco o mica.
Cuando el material particulado inorgánico se obtiene de fuentes naturales, es posible que algunas impurezas minerales contaminen el material molido. Por ejemplo, el carbonato de calcio de origen natural puede estar presente en asociación con otros minerales. Por tanto, en algunas realizaciones, el material particulado inorgánico incluye una cantidad de impurezas. En general, sin embargo, el material particulado inorgánico usado en la invención contendrá menos de aproximadamente un 5% en peso, preferiblemente menos de aproximadamente un 1% en peso, de otras impurezas minerales.
El material particulado inorgánico usado durante el paso de microfibrilación de los métodos divulgados en la presente tendrá preferiblemente una distribución de tamaño de partícula en la que por lo menos aproximadamente el 10% en peso de las partículas tienen una e.s.d. de menos de 2 pm, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en peso, o por lo menos aproximadamente el 30% en peso, o por lo menos aproximadamente el 40% en peso, o por lo menos aproximadamente el 50% en peso, o por lo menos aproximadamente el 60% en peso, o por lo menos aproximadamente el 70% en peso, o por lo menos por lo menos aproximadamente el 80% en peso, o por lo menos aproximadamente el 90% en peso, o por lo menos aproximadamente el 95% en peso, o aproximadamente el 100% de las partículas tienen una e.s.d. de menos de 2 pm.
A menos que se indique lo contrario, las propiedades del tamaño de partícula a las que se hace referencia en la presente para los materiales particulados inorgánicos se miden de una manera bien conocida mediante la sedimentación del material particulado en una condición completamente dispersa en un medio acuoso usando una máquina Sedigraph 5100 suministrada por Micromeritics Instruments Corporation. Norcross, Georgia, USA (teléfono: 1 770 662 3620; sitio web: www.micromeritics.com), a la que se hace referencia en la presente como "unidad Micromeritics Sedigraph 5100". Dicha máquina proporciona mediciones y un gráfico del porcentaje acumulativo en peso de partículas que tienen un tamaño, al que se hace referencia en la técnica como 'diámetro esférico equivalente' (e.s.d.), menor que los valores de e.s.d. dados. El tamaño medio de partícula d50 es el valor determinado de esta manera del e.s.d. de partículas en las que hay un 50% en peso de partículas que tienen un diámetro esférico equivalente inferior a ese valor d50.
Alternativamente, cuando se indique, las propiedades del tamaño de partícula a las que se hace referencia en la presente para los materiales particulados inorgánicos se miden mediante el método convencional conocido empleado en la técnica de la dispersión de luz láser, usando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd (o mediante otros métodos que den esencialmente el mismo resultado). En la técnica de dispersión de luz láser, el tamaño de las partículas en polvos, suspensiones y emulsiones puede medirse usando la difracción de un rayo láser, en base a una aplicación de la teoría de Mie. Una máquina de este tipo proporciona mediciones y un gráfico del porcentaje acumulativo en volumen de partículas que tienen un tamaño, al que se hace referencia en la técnica como diámetro esférico equivalente (e.s.d), menor que los valores de e.s.d. dados. El tamaño medio de partícula d50 es el valor determinado de esta manera del e.s.d. de partículas en las que hay un 50% en volumen de partículas que tienen un diámetro esférico equivalente menor que ese valor d50.
En otra realización, el material particulado inorgánico usado durante el paso de microfibrilación de los métodos divulgados en el presente tendrá preferiblemente una distribución de tamaño de partículas, medida usando una máquina Malvern Mastersizer S, en la que por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de las partículas tiene un e.s.d. de menos de 2 pm, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 40% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 60% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 70% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 80% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 90% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 95% en volumen, o aproximadamente el 100% de las partículas en volumen tendrán un e.s.d. de menos de 2 pm.
A menos que se indique lo contrario, las propiedades del tamaño de partícula de los materiales de celulosa microfibrilada se miden mediante el método convencional bien conocido empleado en la técnica de la dispersión de luz láser, usando una máquina Malvern Mastersizer S suministrada por Malvern Instruments Ltd (o mediante otros métodos que den esencialmente el mismo resultado).
A continuación se proporcionan detalles del procedimiento usado para caracterizar las distribuciones del tamaño de partículas de mezclas de material particulado inorgánico y celulosa microfibrilada usando una máquina Malvern Mastersizer S.
Otro material particulado inorgánico preferido para su uso en los métodos de microfibrilación divulgados en la presente es la arcilla de caolín. En lo sucesivo, esta sección de la memoria descriptiva tenderá a analizarse en
términos de caolín y en relación con los aspectos en los que se procesa y/o trata el caolín. No debe interpretarse que la invención se limita a tales realizaciones. Por lo tanto, en algunas realizaciones, el caolín se usa en forma no procesada.
La arcilla de caolín puede ser un material procesado derivado de una fuente natural, concretamente, mineral de arcilla de caolín natural en bruto. La arcilla de caolín procesada puede contener típicamente por lo menos aproximadamente el 50% en peso de caolinita. Por ejemplo, la mayoría de las arcillas de caolín procesadas comercialmente contienen más de aproximadamente el 75% en peso de caolinita y pueden contener más de aproximadamente el 90%, en algunos casos más de aproximadamente el 95% en peso de caolinita.
La arcilla de caolín puede prepararse a partir del mineral de arcilla de caolín natural en bruto mediante uno o más procesos que son bien conocidos por los expertos en la técnica, por ejemplo, mediante pasos conocidas de refinado o beneficio.
Por ejemplo, el mineral de arcilla puede blanquearse con un agente blanqueador reductor, como hidrosulfito de sodio. Si se usa hidrosulfito de sodio, el mineral de arcilla blanqueado puede deshidratarse opcionalmente, y opcionalmente lavar y deshidratar de nuevo opcionalmente, después del paso de blanqueamiento con hidrosulfito de sodio.
El mineral de arcilla puede tratarse para eliminar las impurezas, por ejemplo, mediante técnicas de floculación, flotación o separación magnética bien conocidas en la técnica. Alternativamente, el mineral de arcilla puede estar sin tratar en forma de un sólido o como una suspensión acuosa.
El proceso para preparar la arcilla de caolín particulada también puede incluir uno o más pasos de transformación en polvo, por ejemplo, molienda o trituración. Se usa una transformación en polvo ligera del caolín grueso para obtener una deslaminación adecuada del mismo. La transformación en polvo puede llevarse a cabo mediante el uso de auxiliares de molienda o trituración de perlas o gránulos de plástico (por ejemplo, nailon), arena o cerámica. El caolín grueso puede refinarse para eliminar las impurezas y mejorar las propiedades físicas usando procedimientos bien conocidos. La arcilla de caolín puede tratarse mediante un procedimiento de clasificación de tamaños de partícula conocido, por ejemplo, tamizado y centrifugado (o ambos), para obtener partículas que tengan un valor de d50 o una distribución de tamaño de partícula deseados.
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La suspensión acuosa
Las suspensiones acuosas producidas de acuerdo con los métodos descritos en la presente son adecuadas para su uso en varias composiciones y fibras y métodos para elaborar estas fibras y materiales no tejidos a partir de tales fibras.
La suspensión acuosa puede, por ejemplo, comprender, consistir de o consistir esencialmente de celulosa microfibrilada y aditivos opcionales. La suspensión acuosa puede comprender, consistir de o consistir esencialmente de celulosa microfibrilada y un material particulado inorgánico y otros aditivos opcionales. Los otros aditivos opcionales incluyen dispersantes, biocidas, auxiliares de suspensión, sal o sales y otros aditivos, por ejemplo, almidón o carboximetilcelulosa o polímeros, que pueden facilitar la interacción de partículas minerales y fibras durante o después de la molienda.
El material particulado inorgánico puede tener una distribución de tamaño de partículas tal que por lo menos aproximadamente el 10% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 20% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 30% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 40% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 50% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 60% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 70% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 80% en peso, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 90% en peso, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 95% en peso, o por ejemplo aproximadamente el 100% de las partículas tengan un e.s.d. de menos de 2 pm.
En otra realización, el material particulado inorgánico puede tener una distribución de tamaño de partículas, medida por una máquina Malvern Mastersizer S, tal que por lo menos aproximadamente el 10% en volumen, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 30% en volumen, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 40% en volumen, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 50% en volumen, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 60% en volumen, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 70% en volumen, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 80% en volumen, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 90% en volumen, por ejemplo por lo menos aproximadamente el 95% en volumen, o por ejemplo aproximadamente el 100% en volumen de las partículas tengan un e.s.d. de menos de 2 pm.
La cantidad de material particulado inorgánico y pulpa de celulosa en la mezcla a moler conjuntamente
puede variar en una proporción de aproximadamente 0:100 a aproximadamente 30:70, en base al peso seco del material particulado inorgánico y la cantidad de fibra seca en la pulpa, o una proporción de 50:50 en base al peso seco del material particulado inorgánico y la cantidad de fibra seca en la pulpa.
En una realización, la composición no incluye fibras demasiado grandes para pasar a través de un tamiz BSS (de acuerdo con BS 1796) que tiene un tamaño de apertura nominal de 150 pm, por ejemplo, un tamaño de apertura nominal de 125 pm, 106 pm o 90 pm, o 74 pm, o 63 pm, o 53 pm, 45 pm, o 38 pm. En una realización, la suspensión acuosa se tamiza usando un tamiz BSS que tiene una apertura nominal de 75 |jm.
Se entenderá por lo tanto que la cantidad (es decir, % en peso) de celulosa microfibrilada en la suspensión acuosa después de la molienda u homogeneización puede ser menor que la cantidad de fibra seca en la pulpa si la suspensión molida u homogeneizada se trata para eliminar las fibras por encima de un tamaño seleccionado. Por tanto, las cantidades relativas de pulpa y material particulado inorgánico alimentadas a la moledora u homogeneizadora pueden ajustarse dependiendo de la cantidad de celulosa microfibrilada que se requiere en la suspensión acuosa después de eliminar las fibras por encima de un tamaño seleccionado.
En una realización, el material particulado inorgánico es un carbonato de metal alcalinotérreo, por ejemplo, carbonato de calcio. El material particulado inorgánico puede ser carbonato de calcio molido (GCC) o carbonato de calcio precipitado (PCC), o una mezcla de GCC y PCC. En otra realización, el material particulado inorgánico es un mineral naturalmente laminar, por ejemplo, caolín. El material particulado inorgánico puede ser una mezcla de caolín y carbonato de calcio, por ejemplo, una mezcla de caolín y GCC, o una mezcla de caolín y PCC, o una mezcla de caolín, GCC y PCC.
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Composiciones Secas y Semisecas
En otra realización, la suspensión acuosa se trata para eliminar por lo menos una parte o sustancialmente todo el agua para formar un producto parcialmente seco o esencialmente completamente seco. Por ejemplo, puede eliminarse por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de agua en la suspensión acuosa de la suspensión acuosa, por ejemplo, puede eliminarse por lo menos aproximadamente el 20% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 40% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 60% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 70% en volumen o por lo menos aproximadamente el 80% en volumen o por lo menos aproximadamente el 90% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 100% en volumen de agua en la suspensión acuosa. Puede usarse cualquier técnica adecuada para eliminar el agua de la suspensión acuosa incluyendo, por ejemplo, por gravedad o drenaje asistido por vacío, con o sin prensado, o por evaporación, o por filtración, o por una combinación de estas técnicas. El producto parcialmente seco o esencialmente completamente seco comprenderá celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico y cualquier otro aditivo opcional que pueda haber sido añadido a la suspensión acuosa antes del secado. El producto parcialmente seco o esencialmente completamente seco puede almacenarse o envasarse para la venta. El producto parcialmente seco o esencialmente completamente seco puede usarse en cualquiera de las composiciones o productos divulgados en la presente. El producto parcialmente seco o esencialmente completamente seco puede opcionalmente rehidratarse e incorporarse en cualquiera de las composiciones o productos divulgados en la presente.
En ciertas realizaciones, la composición de material particulado inorgánico y celulosa microfibrilada coprocesada puede estar en forma de una composición redispersable seca o por lo menos parcialmente seca, como se produce mediante los procesos descritos en la presente o mediante cualquier otro proceso de secado conocido en la técnica (por ejemplo, secado por congelación). La composición de material particulado inorgánico y celulosa microfibrilada coprocesada seca puede dispersarse fácilmente en un medio acuoso o no acuoso (por ejemplo, polímeros).
Las composiciones de celulosa microfibrilada seca y por lo menos parcialmente seca pueden, por ejemplo, elaborarse mediante deshidratación mecánica, seguido opcionalmente por secado de una composición acuosa (nunca antes secada) que comprende celulosa microfibrilada, opcionalmente en presencia de un particulado inorgánico y/u otro aditivo como se describe en la presente. Esto puede, por ejemplo, potenciar o mejorar una o más propiedades de la celulosa microfibrilada tras la redispersión. Es decir, en comparación con la celulosa microfibrilada antes del secado, la una o más propiedades del microfibrilado redispersado están más cerca de la o las propiedades de la celulosa microfibrilada antes del secado de lo que hubieran estado de no haber sido por la combinación de deshidratación y secado. La incorporación de material particulado inorgánico, o una combinación de material particuldos inorgánicos, y/u otros aditivos como se describe en la presente, puede potenciar la redispersabilidad de la celulosa microfibrilada después del secado inicial.
Por tanto, en ciertas realizaciones, el método para formar una celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca o el método para mejorar la dispersabilidad de una celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca comprende secar o por lo menos secar parcialmente una composición acuosa mediante un método que comprende:
(i) deshidratar la composición acuosa por uno o más de:
(a) deshidratación por prensa de correa, por ejemplo, prensa de correa automatizada de alta presión, (b) deshidratación por centrífuga, (c) deshidratación por prensa de tubo, (d) deshidratación por prensa de tornillo, y (e) deshidratación por prensa rotatoria; seguido de secado, o
(ii) deshidratar la composición acuosa, seguido de secado por uno o más de:
(f) secado en un secador de lecho fluidizado, (g) secado por microondas y/o secador de radiofrecuencia, (h) secado en un molino o secador de barrido de aire caliente, por ejemplo, un molino celular o un molino Atritor®, y (i) secado por liofilización; o
(iii) cualquier combinación de deshidratación de acuerdo con (i) y secado de acuerdo con (ii), o
(iv) una combinación de deshidratación y secado de la composición acuosa.
En ciertas realizaciones, si el secado es por liofilización, la deshidratación comprende uno o más de (a) a (e).
Tras la redispersión posterior, por ejemplo, después del transporte a otra instalación, de la celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca en un medio líquido, la celulosa microfibrilada redispersada tiene una propiedad mecánica y/o física que es más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado o por lo menos un secado parcial de lo que hubiera sido si no hubiera sido por el secado de acuerdo con (i), (ii), (iii) o (iv).
Por tanto, la celulosa microfibrilada puede redispersarse, el método comprendiendo redispersar celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca en un medio líquido, en donde la celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca se preparó deshidratando y secando una composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada por lo que la celulosa microfibrilada redispersada tiene una propiedad mecánica y/o física que es más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado o por lo menos secado parcial de lo que habría sido de no ser por dicha deshidratación y secado, opcionalmente en donde la celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca comprende: (i) material inorgánico particulado, (ii) una combinación de materiales particulados inorgánicos, y/o (iii) un aditivo que no sea material inorgánico particulado, cuya presencia durante la redispersión potencia una propiedad mecánica y/o física de la celulosa microfibrilada redispersada; y opcionalmente en donde la deshidratación se selecciona de uno o más de:
(a) deshidratación por prensa de correa, por ejemplo, prensa de correa automatizada de alta presión;
(b) deshidratación por centrifuga;
(c) deshidratación por prensa de tubo;
(d) deshidratación por prensa de tornillo; y
(e) deshidratación por prensa rotatoria;
y/o en donde el secado se selecciona de uno o más de:
(f) secado en un secador de lecho fluidizado;
(g) secado por microondas y/o secador de radiofrecuencia
(h) secado en un molino o secador de barrido de aire caliente, por ejemplo, un molino celular o un molino Atritor®; y
(i) secado por liofilización.
En ciertas realizaciones, si el secado fue mediante liofilización, la deshidratación comprende uno o más de (a) a (e).
Las referencias a "seco" o "secado" incluyen "por lo menos parcialmente seco" o "o por lo menos parcialmente secado".
En ciertas realizaciones, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante una prensa de correa, por ejemplo, una prensa de correa automatizada de alta presión, seguido de secado, por ejemplo, a través de uno o más de (f) a (i) anteriores.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante centrifuga, seguido de secado, por ejemplo, a través de uno o más de (f) a (i) anteriores.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante una prensa de tubo, seguido de secado, por ejemplo, a través de uno o más de (f) a (i) anteriores.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante una prensa de tomillo, seguido de secado, por ejemplo, a través de uno o más de (f) a (i) anteriores.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se deshidrata mediante prensa rotatoria, seguido de secado, por ejemplo, a través de uno o más de (f) a (i) anteriores.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa se deshidrata, por ejemplo, a través de uno o más de (a) a (e) anteriores, y luego se seca en un secador de lecho fluidizado.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa se deshidrata, por ejemplo, a través de uno o más de (a) a (e) anteriores, y luego se seca mediante microondas y/o secado por radiofrecuencia.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa se deshidrata, por ejemplo, a través de uno o más de (a) a (e) anteriores, y luego se seca en un molino o secador de barrido de aire caliente, por ejemplo, un molino celular o un molino Atritor®. Los molinos y secadores adecuados están disponibles de Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Coventry, West Midlands, Inglaterra. Estos molinos y secadores incluyen un secador-pulverizador Atritor (cualquier modelo, incluido el 8A), un molino celular Atritor, un molino clasificador extendido Atritor y un secador tubular de barrido de aire (AST) Atritor. Estos molinos pueden usarse para preparar la composición acuosa de microfibrilados. celulosa que posteriormente se seca y luego se vuelve a dispersar.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa se deshidrata, por ejemplo, a través de uno o más de (a) a (e) anteriores, y luego se seca mediante secado por congelación. En ciertas realizaciones, la deshidratación se realiza mediante uno o más de (a)-(e) descritos anteriormente.
La deshidratación y el secado pueden llevarse a cabo durante cualquier período de tiempo adecuado, por ejemplo, de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 12 horas, o de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 8 horas, o de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 4 horas, o de aproximadamente 30 minutos a aproximadamente 2 horas.
El período de tiempo dependerá de factores como, por ejemplo, el contenido de sólidos de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada, la cantidad a granel de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada y la temperatura de secado.
En ciertas realizaciones, el secado se lleva a cabo a una temperatura de aproximadamente 50° C a aproximadamente 120° C, por ejemplo, de aproximadamente 60° C a aproximadamente 100° C, o por lo menos aproximadamente 70° C, o por lo menos aproximadamente 75° C, o por lo menos aproximadamente 80° C.
En ciertas realizaciones, el método comprende además redispersar la celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca en un medio líquido, que puede ser un líquido acuoso o no acuoso. En ciertas realizaciones, el medio líquido es un líquido acuoso, por ejemplo, agua. En ciertas realizaciones, el agua es un agua residual o un agua residual reciclada derivada de la planta de fabricación en la que se está usando celulosa microfibrilada redispersada para fabricar un artículo, producto o composición. Por ejemplo, en plantas de fabricación de papel/cartón, el agua puede ser o comprender aguas blancas recicladas del proceso de fabricación de papel. En ciertas realizaciones, por lo menos una parte de cualquier material particulado inorgánico y/o aditivo distinto del material particulado inorgánico estará presente en el agua blanca reciclada.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca comprende material particulado inorgánico y/o un aditivo, cuya presencia potencia una propiedad física y/o mecánica de la celulosa microfibrilada redispersada. Tales materiales particulados inorgánicos y aditivos se describen en la presente a continuación.
La composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada puede deshidratarse y secarse para reducir el contenido de agua en por lo menos un 10% en peso, en base al peso total de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada antes de la deshidratación y el secado, por ejemplo, en por lo menos un 20% en peso, o por lo menos un 30% en peso, o por lo menos un 40% en peso, o por lo menos un 50% en peso, o por lo menos un 60% en peso, o por lo menos un 70% en peso, o por lo menos un 80% en peso, o por lo menos un 80% en peso, o por lo menos un 90% en peso, o por lo menos aproximadamente un 95% en peso, o por lo menos aproximadamente un 99% en peso, o por lo menos aproximadamente un 99,5% en peso, o por lo menos un 99,9% en peso.
Por "secado" o "seco" se entiende que el contenido de agua de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se reduce en por lo menos un 95% en peso.
Por "parcialmente secado" o "parcialmente seco" se entiende que el contenido de agua de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se reduce en una cantidad menor del 95% en peso. En ciertas
realizaciones, "parcialmente secado" o "parcialmente seco" significa que el contenido de agua de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada se reduce en por lo menos un 50% en peso, por ejemplo, por lo menos un 75% en peso o por lo menos un 90% en peso.
La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, tratarse antes de la deshidratación y/o el secado. Por ejemplo, pueden añadirse a la celulosa microfibrilada uno o más aditivos como se especifica a continuación (por ejemplo, sal, azúcar, glicol, urea, glicol, carboximetilcelulosa, goma guar o una combinación de los mismos como se especifica a continuación). Por ejemplo, pueden añadirse uno o más oligómeros (por ejemplo, con o sin los aditivos especificados anteriormente) a la celulosa microfibrilada. Por ejemplo, pueden añadirse uno o más materiales particulados inorgánicos a la celulosa microfibrilada para mejorar la dispersabilidad (por ejemplo, talco o minerales que tengan un tratamiento superficial hidrófobo, como un tratamiento superficial con ácido esteárico (por ejemplo, carbonato de calcio tratado con ácido esteárico). Los aditivos pueden, por ejemplo, suspenderse en solventes de baja dielectricidad. La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, estar en una emulsión, por ejemplo una emulsión de aceite/agua, antes de deshidratarse y/o secarse. La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, estar en una composición de mezcla maestra, por ejemplo, una composición de mezcla maestra de polímero y/o una composición de mezcla maestra con alto contenido de sólidos, antes de la deshidratación y/o el secado. La celulosa microfibrilada puede, por ejemplo, ser una composición con alto contenido de sólidos (por ejemplo, un contenido de sólidos igual o mayor a aproximadamente el 60% en peso o igual o mayor a aproximadamente el 70% en peso o igual o mayor a aproximadamente el 80% en peso o igual o mayor a aproximadamente el 90% en peso o igual o mayor a aproximadamente el 95% en peso o igual o mayor a aproximadamente el 98% en peso o igual o mayor a aproximadamente el 99% en peso antes de la deshidratación y/o el secado. Adicional o alternativamente cualquier combinación de uno o más tratamientos puede ser aplicable a la celulosa microfibrilada después de la deshidratación y el secado pero antes de o durante la redispersión.
La celulosa microfibrilada redispersada puede tener una propiedad mecánica y/o física más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado o por lo menos del secado parcial de lo que hubiera sido si no hubiera sido por el secado de acuerdo con (i), (ii), (iii) o (iv) anteriores.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada redispersada tiene una propiedad mecánica y/o física que es más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado o por lo menos del secado parcial de lo que hubiera sido si no hubiera sido por el secado de acuerdo con (i), (ii) o (iii).
La propiedad mecánica puede ser cualquier propiedad mecánica determinable asociada con la celulosa microfibrilada. Por ejemplo, la propiedad mecánica puede ser una propiedad de resistencia, por ejemplo, el índice de tracción. El índice de tracción puede medirse usando un probador de tracción. Puede usarse cualquier método y aparato adecuado siempre que se controle para comparar el índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado y después de la redispersión. Por ejemplo, la comparación debe realizarse a concentraciones iguales de celulosa microfibrilada y cualquier otro aditivo o material o materiales particulados inorgánicos que pueda estar presente. El índice de tracción puede expresarse en cualquier unidad adecuada como, por ejemplo, Nm/g o kNm/kg.
La propiedad física puede ser cualquier propiedad física determinable asociada con la celulosa microfibrilada. Por ejemplo, la propiedad física puede ser la viscosidad. La viscosidad puede medirse usando un viscosímetro. Puede usarse cualquier método y aparato adecuado siempre que se controle para comparar la viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado y después de la redispersión. Por ejemplo, la comparación debería realizarse a concentraciones iguales de celulosa microfibrilada y cualquier otro aditivo o material particulado inorgánico que pueda estar presente. En ciertas realizaciones, la viscosidad es la viscosidad Brookfield, con unidades de mPa s.
En ciertas realizaciones, el índice de tracción y/o la viscosidad de la celulosa microfibrilada redispersada es por lo menos de aproximadamente el 25% del índice de tracción y/o la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 30%, o por lo menos aproximadamente el 35%, o por lo menos aproximadamente el 40%, o por lo menos el 45%, o por lo menos aproximadamente el 50%, o por lo menos aproximadamente el 55%, o por lo menos aproximadamente el 60%, o por lo menos aproximadamente el 65%, o por lo menos aproximadamente el 70%, o por lo menos aproximadamente el 75%, o por lo menos aproximadamente el 80% del índice de tracción y/o viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado.
Por ejemplo, si el índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado era de 8 N m/g, entonces un índice de tracción de por lo menos el 50% de este valor sería de 4 N m/g.
En ciertas realizaciones, el índice de tracción de la celulosa microfibrilada redispersada es de por lo menos aproximadamente el 25% del índice de tracción de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 30% o por lo menos aproximadamente el 35%, o por lo menos aproximadamente el 40%, o por lo menos el 45%, o por lo menos aproximadamente el 50%, o por lo menos
aproximadamente el 55%, o por lo menos aproximadamente el 60%, o por lo menos aproximadamente el 65%, o por lo menos aproximadamente el 70%, o por lo menos aproximadamente el 75%, o por lo menos aproximadamente el 80% del índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado.
En ciertas realizaciones, la viscosidad de la celulosa microfibrilada redispersada es de por lo menos aproximadamente el 25% de la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 30%, o por lo menos aproximadamente el 35%, o por lo menos aproximadamente el 40%, o por lo menos el 45%, o por lo menos aproximadamente el 50%, o por lo menos aproximadamente el 55%, o por lo menos aproximadamente el 60%, o por lo menos aproximadamente el 65%, o por lo menos aproximadamente el 70%, o por lo menos aproximadamente el 75%, o por lo menos aproximadamente el 80% de la viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico y un aditivo distinto del material particulado inorgánico está presente durante la deshidratación y el secado. El material particulado inorgánico y/o el aditivo pueden añadirse en cualquier etapa antes de la deshidratación y el secado. Por ejemplo, el material particulado inorgánico y/o el aditivo pueden añadirse durante la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada, después de la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada, o ambas. En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico se incorpora durante la fabricación de la celulosa microfibrilada (por ejemplo, mediante coprocesamiento, por ejemplo, molienda conjunta, como se describe en la presente) y el aditivo distinto del material particulado inorgánico se añade después de la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada. En ciertas realizaciones, puede añadirse material particulado inorgánico adicional (que puede ser igual o diferente al particulado inorgánico añadido durante la fabricación de la celulosa microfibrilada) después de la fabricación de la celulosa microfibrilada, por ejemplo, al mismo tiempo que se añade un aditivo que no sea material particulado inorgánico. En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada de la composición acuosa tiene una inclinación de fibra de 20 a 50. Los detalles del material particulado inorgánico, los aditivos y las cantidades de los mismos se describen a continuación.
En un aspecto adicional, el método de redispersión de celulosa microfibrilada comprende redispersar celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca en un medio líquido y en presencia de un aditivo que no sea material particulado inorgánico que mejore una propiedad mecánica y/o física del microfibrilado redispersado. La celulosa microfibrilada antes de secarse o secarse por lo menos parcialmente tiene una inclinación de fibra de 20 a 50.
En un aspecto adicional más, el método de redispersión de celulosa microfibrilada comprende redispersar celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca en un medio líquido y en presencia de una combinación de materiales particulados inorgánicos, en donde la combinación de materiales particulados inorgánicos mejora una propiedad mecánica y/o física del microfibrilado redispersado. En ciertas realizaciones, la combinación de materiales particulados inorgánicos comprende carbonato de calcio y un mineral laminar, por ejemplo, un caolín laminar o talco.
En ciertas realizaciones, el aditivo, cuando está presente, es una sal, azúcar, glicol, urea, glicol, carboximetilcelulosa, goma guar o una combinación de los mismos.
En ciertas realizaciones, el aditivo, cuando está presente, es una sal, azúcar, glicol, urea, glicol, goma guar o una combinación de los mismos.
En ciertas realizaciones, el azúcar se selecciona de monosacáridos (por ejemplo, glucosa, fructosa, galactosa), disacáridos (por ejemplo, lactosa, maltosa, sacarosa), oligosacáridos (cadenas de 50 o menos unidades de uno o más monosacáridos), polisacáridos y combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, la sal es un cloruro de metal alcalino o alcalinotérreo, por ejemplo, cloruro de sodio, potasio, magnesio y/o calcio. En ciertas realizaciones, la sal comprende o es cloruro de sodio.
En ciertas realizaciones, el glicol es un alquilenglicol de, por ejemplo, seleccionado de etilenglicol, propilenglicol y butilenglicol, y combinaciones de los mismos. En ciertas realizaciones, el glicol comprende o es etilenglicol.
En ciertas realizaciones, el aditivo comprende o es urea.
En ciertas realizaciones, el aditivo comprende o es goma guar.
En ciertas realizaciones, el aditivo comprende o es carboximetilcelulosa. En ciertas realizaciones, el aditivo no es carboximetilcelulosa.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada antes del secado o secado por lo menos parcialmente no
se acetila. En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada antes del secado o secado por lo menos parcialmente no se somete a acetilación.
El material particulado inorgánico puede añadirse en una o más de las siguientes etapas: (i) antes o durante la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (ii) después de la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (iii) durante la deshidratación de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; (iv) durante el secado de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; y (v) antes o durante la redispersión de la celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca.
La celulosa microfibrilada redispersada tiene una propiedad mecánica y/o física que es más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado y la redispersión de lo que habría sido si no hubiera sido por la presencia de las partículas inorgánicas y/o el aditivo. En otras palabras, la presencia del material particulado inorgánico y/o aditivo distinto del material particulado inorgánico mejora una propiedad mecánica y/o física del microfibrilado redispersado.
En ciertas realizaciones, la celulosa microfibrilada redispersada tiene una propiedad mecánica y/o física que es más cercana a la de la celulosa microfibrilada antes del secado o por lo menos secado parcial de lo que habría sido de no haber sido por la presencia del material particulado inorgánico y/o aditivo.
Como se ha descrito anteriormente, la propiedad mecánica puede ser cualquier propiedad mecánica determinable asociada con la celulosa microfibrilada. Por ejemplo, la propiedad mecánica puede ser una propiedad de resistencia, por ejemplo, el índice de tracción. El índice de tracción puede medirse usando un probador de tracción. Puede usarse cualquier método y aparato adecuado siempre que se controle para comparar el índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado y después de la redispersión. Por ejemplo, la comparación debería realizarse a concentraciones iguales de celulosa microfibrilada y cualquier otro aditivo o material particulado inorgánico que pueda estar presente. El índice de tracción puede expresarse en cualquier unidad adecuada como, por ejemplo, Nm/g o kNm/kg.
La propiedad física puede ser cualquier propiedad física determinable asociada con la celulosa microfibrilada. Por ejemplo, la propiedad física puede ser la viscosidad. La viscosidad puede medirse usando un viscosímetro. Puede usarse cualquier método y aparato adecuado siempre que se controle para comparar la viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado y después de la redispersión. Por ejemplo, la comparación debería realizarse a concentraciones iguales de celulosa microfibrilada y cualquier otro aditivo o material particulado inorgánico que pueda estar presente. En ciertas realizaciones, la viscosidad es la viscosidad Brookfield, con unidades de mPa s.
En ciertas realizaciones, el índice de tracción y/o la viscosidad de la celulosa microfibrilada redispersada es de por lo menos aproximadamente el 25% del índice de tracción y/o la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 30%, o por lo menos aproximadamente el 35%, o por lo menos aproximadamente el 40%, o por lo menos el 45%, o por lo menos aproximadamente el 50%, o por lo menos aproximadamente el 55%, o por lo menos aproximadamente el 60%, o por lo menos aproximadamente el 65%, o por lo menos aproximadamente el 70%, o por lo menos aproximadamente el 75%, o por lo menos aproximadamente el 80% del índice de tracción y/o viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado.
Por ejemplo, si el índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado era de 8 N m/g, entonces un índice de tracción de por lo menos el 50% de este valor sería de 4 N m/g.
En ciertas realizaciones, el índice de tracción de la celulosa microfibrilada redispersada es de por lo menos aproximadamente el 25% del índice de tracción de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 30% o por lo menos aproximadamente el 35%, o por lo menos aproximadamente el 40%, o por lo menos el 45%, o por lo menos aproximadamente el 50%, o por lo menos aproximadamente el 55%, o por lo menos aproximadamente el 60%, o por lo menos aproximadamente el 65%, o por lo menos aproximadamente el 70%, o por lo menos aproximadamente el 75%, o por lo menos aproximadamente el 80% del índice de tracción de la celulosa microfibrilada antes del secado.
En ciertas realizaciones, la viscosidad de la celulosa microfibrilada redispersada es de por lo menos aproximadamente el 25% de la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 30%, o por lo menos aproximadamente el 35%, o por lo menos aproximadamente el 40%, o por lo menos el 45%, o por lo menos aproximadamente el 50%, o por lo menos aproximadamente el 55%, o por lo menos aproximadamente el 60%, o por lo menos aproximadamente el 65%, o por lo menos aproximadamente el 70%, o por lo menos aproximadamente el 75%, o por lo menos aproximadamente el 80% de la viscosidad de la celulosa microfibrilada antes del secado.
El material particulado inorgánico y/o el aditivo, cuando están presentes, lo están en cantidades suficientes
para mejorar la redispersabilidad de la celulosa microfibrilada, es decir, mejora una propiedad mecánica y/o física del microfibrilado redispersado.
En base al peso total de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada (incluyendo las partículas inorgánicas cuando están presentes) antes del secado, el aditivo puede añadirse en una cantidad de aproximadamente el 0,1% en peso a aproximadamente el 20% en peso, o de aproximadamente el 0,25% en peso a aproximadamente el 15% en peso, o de aproximadamente el 0,5% en peso a aproximadamente el 10% en peso, o de aproximadamente el 0,5% en peso a aproximadamente el 7,5% en peso, o de aproximadamente el 0,5% en peso a aproximadamente el 5% en peso, o de aproximadamente el 0,5% en peso a aproximadamente el 4% en peso, o de aproximadamente el 9,5% en peso a aproximadamente el 4% en peso, o de aproximadamente el 1% en peso a aproximadamente 3% en peso.
La composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico opcional puede tener un contenido de sólidos de hasta aproximadamente el 50% en peso antes del secado, por ejemplo, hasta aproximadamente el 40% en peso, o hasta aproximadamente el 30% en peso, o hasta aproximadamente el 20% en peso, o hasta aproximadamente el 15% en peso, o hasta aproximadamente el 10% en peso, o hasta aproximadamente el 5% en peso, o hasta aproximadamente el 4% en peso, o hasta aproximadamente el 3% en peso, o hasta aproximadamente el 2% en peso, o hasta aproximadamente el 2% en peso.
en base al contenido de sólidos de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, las partículas inorgánicas pueden constituir hasta aproximadamente el 99% del contenido total de sólidos, por ejemplo, hasta aproximadamente el 90% o hasta aproximadamente el 80% en peso, o hasta aproximadamente el 70% en peso, o hasta aproximadamente 60% en peso, o hasta aproximadamente el 50% en peso, o hasta aproximadamente el 40%, o hasta aproximadamente el 30%, o hasta aproximadamente el 20%, o hasta aproximadamente el 10%, o hasta aproximadamente el 5% del contenido total de sólidos.
En ciertas realizaciones, la proporción en peso de partículas inorgánicas a celulosa microfibrilada en la composición acuosa es de aproximadamente 10:1 a aproximadamente 1:2, por ejemplo, de aproximadamente 8:1 a aproximadamente 1:1, o de aproximadamente 6:1 a aproximadamente 3:2, o de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 2:1, o de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 3:1, o de aproximadamente 4:1 a aproximadamente 3:1, o aproximadamente 4:1.
En ciertas realizaciones, la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado o secado por lo menos parcialmente tiene un contenido de sólidos de hasta aproximadamente un 20% en peso, opcionalmente en donde hasta aproximadamente el 80% de los sólidos son material particulado inorgánico.
El material particulado inorgánico puede ser, por ejemplo, un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada como caolín, haloisita o arcilla esférica, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, huntita, hidromagnesita, vidrio esmerilado, perlita o tierra de diatomeas, o wollastonita, o dióxido de titanio, o hidróxido de magnesio, o trihidrato de aluminio, cal, grafito o combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico comprende o es carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla kandita anhidra, perlita, tierra de diatomeas, wollastonita, hidróxido de magnesio o trihidrato de aluminio, dióxido de titanio o combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico puede ser un material particulado inorgánico tratado superficialmente. Por ejemplo, el material particulado inorgánico puede tratarse con un agente hidrofobizante, como un ácido graso o una sale del mismo. Por ejemplo, el material particulado inorgánico puede ser un carbonato de calcio tratado con ácido esteárico.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico es o comprende un mineral laminar, por ejemplo, caolín y/o talco, opcionalmente en combinación con otro material particulado inorgánico, como, por ejemplo, carbonato cálcico.
Por caolín “laminar” se entiende caolín, un producto de caolín que tiene un alto factor de forma. Un caolín laminar tiene un factor de forma de aproximadamente 20 a menos de aproximadamente 60. Un caolín hiperlaminar tiene un factor de forma de aproximadamente 60 a 100 o incluso mayor de 100. El "factor de forma", como se usa en la presente, es una medida de la relación de diámetro de partícula a espesor de partícula para una población de partículas de tamaño y forma variable, medido usando los métodos, aparatos y ecuaciones de conductividad eléctrica descritos en la Patente de Estados Unidos N° 5.576.617, que se incorpora en la presente por referencia. Como la técnica para determinar el factor de forma se describe adicionalmente en la patente '617, la conductividad eléctrica de una composición de una suspensión acuosa de partículas orientadas bajo prueba se mide a medida que la composición fluye a través de un recipiente. Las medidas de la conductividad eléctrica se toman a lo largo de una dirección del recipiente y a lo largo de otra dirección del recipiente transversal a la primera dirección. Usando la
diferencia entre las dos mediciones de conductividad, se determina el factor de forma del material particulado bajo prueba.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico es o comprende talco, opcionalmente en combinación con otro material particulado inorgánico como, por ejemplo, carbonato de calcio.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico es carbonato de calcio, que puede tratarse superficialmente, y la composición acuosa comprende además uno o más de los aditivos distintos del material particulado inorgánico como se describe en la presente.
El material particulado inorgánico puede tener una distribución de tamaño de partícula en la que por lo menos aproximadamente el 10% en peso de las partículas tienen un e.s.d. de menos de 2 pm, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en peso, o por lo menos aproximadamente el 30% en peso, o por lo menos aproximadamente el 40% en peso, o por lo menos aproximadamente el 50% en peso, o por lo menos aproximadamente el 60% en peso, o por lo menos aproximadamente el 70% en peso, o por lo menos aproximadamente el 80% en peso, o por lo menos aproximadamente el 90% en peso, o por lo menos aproximadamente el 95% en peso, o aproximadamente el 100% de las partículas tienen un e.s.d. de menos de 2 |jm.
En otra realización, el material particulado inorgánico tiene una distribución de tamaño de partícula, medida usando una máquina Malvern Mastersizer S, en la que por lo menos aproximadamente el 10% en volumen de las partículas tiene un e.s.d. de menos de 2 pm, por ejemplo, por lo menos aproximadamente el 20% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 30% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 40% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 50% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 60% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 70% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 80% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 90% en volumen, o por lo menos aproximadamente el 95% en volumen, o aproximadamente el 100% de las partículas en volumen tienen un e.s.d. de menos de 2 jm.
Los varios métodos descritos en la presente proporcionan la fabricación de celulosa microfibrilada redispersada que tiene propiedades ventajosas.
Por tanto, en un aspecto adicional, se proporciona una composición que comprende celulosa microfibrilada redispersada dispersada en un medio líquido y que puede obtenerse mediante un método de acuerdo con cualquiera de los aspectos del método descritos en la presente y que tiene, a una concentración comparable, un índice de tracción y/o viscosidad que es por lo menos el 50% del índice de tracción y/o la viscosidad de la composición acuosa de celulosa microfibrilada antes del secado, en donde o (i) la celulosa microfibrilada de la composición acuosa tiene una inclinación de fibras de 20 a 50, y/o (ii) la composición acuosa de celulosa microfibrilada comprende material particulado inorgánico, y opcionalmente comprende además un aditivo distinto del material particulado inorgánico.
La celulosa microfibrilada redispersada puede usarse en un artículo, producto o composición, por ejemplo, papel, cartón, artículos poliméricos, pinturas y similares.
• Procedimientos ejemplares para caracterizar la distribución del tamaño de partículas de una mezcla de minerales (GCC o caolín) y fibras de pulpa de celulosa microfibrilada
- carbonato de calcio
Se pesa en un vaso de precipitados una muestra de lechada molida conjuntamente suficiente para dar 3 g de material seco, se diluye a 60 g con agua desionizada y se mezcla con 5 cm3 de una solución de poliacrilato de sodio de 1,5 p/v% activo. Se añade agua desionizada adicional con agitación hasta un peso de lechada final de 80 g. - caolín
Se pesa en un vaso de precipitados una muestra de lechada molida conjuntamente suficiente para dar 5 g de material seco, se diluye a 60 g con agua desionizada y se mezcla con 5 cm3 de una solución al 1,0% en peso de carbonato de sodio y 0,5% en peso de hexametafosfato de sodio. Se añade agua desionizada adicional con agitación hasta un peso de suspensión final de 80 g.
Luego, la lechada se añade en alícuotas de 1 cm3 al agua en la unidad de preparación de muestras conectada al Mastersizer S hasta que se muestra el nivel óptimo de oscurecimiento (normalmente 10-15%). Luego se lleva a cabo el procedimiento de análisis de dispersión de luz. El intervalo del instrumento seleccionado fue 300RF: 0,05-900, y la longitud del haz se fijó en 2,4 mm.
Para muestras molidas conjuntamente que contienen carbonato de calcio y fibra, se usa el índice de refracción para carbonato de calcio (1.596). Para muestras molidas conjuntamente de caolín y fibra, se usa el RI
para caolín (1.5295).
La distribución del tamaño de partículas se calcula a partir de la teoría de Mie y proporciona la salida como una distribución basada en el volumen diferencial. Se interpreta que la presencia de dos picos distintos surge del mineral (pico más fino) y la fibra (pico más grueso).
El pico de mineral más fino se ajusta a los puntos de datos medidos y se resta matemáticamente de la distribución para dejar el pico de fibra, que se convierte en una distribución acumulativa. De manera similar, el pico de fibra se resta matemáticamente de la distribución original para dejar el pico mineral, que también se convierte en una distribución acumulativa. Ambas de estar curvas acumulativas pueden usarse para calcular el tamaño medio de partícula (d50) y la inclinación de la distribución (d3ü/d70 x 100). La curva diferencial puede usarse para encontrar el tamaño de partícula modal para las fracciones de fibra y mineral.
El proceso de ultrasonificación
En resumen, la sonicación, la ultrasonicación o la ultrasonificación (en la presente se usan indistintamente a menos que se indique lo contrario) es la irradiación de una muestra líquida con ondas sonoras ultrasónicas (>20 kHz) que dan como resultado la agitación del líquido. Las ondas de sonido se propagan en un medio líquido que da como resultado ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción). Durante la rarefacción, las ondas sónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o vacíos en el líquido, que luego colapsan violentamente (cavitación) durante la compresión, creando temperaturas locales muy altas y agitación. La combinación de estos eventos da como resultado altas fuerzas de cizallamiento capaces de descomponer o reducir los materiales en constituyentes más pequeños, esencialmente emulsionando el material. Este proceso puede cambiar las propiedades físicas del material dependiendo de los parámetros de funcionamiento elegidos. La ultrasonicación también ayuda en el mezclado de materiales a través de la agitación del material. Aunque la presente invención no se limita al uso de ningún dispositivo particular de sonicación, la ultrasonicación se realiza más típicamente mediante el uso de un baño ultrasónico o una sonda (o transductor) ultrasónica. Los dispositivos adecuados conocidos en la técnica también incluyen, y no se limitan a, una homogeneizadora ultrasónica, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica.
Cualquier efecto de la cavitación inducida por ultrasonicación en un material se controla mediante una combinación de parámetros que incluyen diferentes frecuencias, amplitudes de desplazamiento o vibración, tiempo de exposición al proceso y modo de administración del proceso (por ejemplo, administración continua o pulsada). Las frecuencias usadas típicamente varían de aproximadamente 25 a 55 kHz. Las amplitudes usadas típicamente varían de aproximadamente 22 a 50 pm. La elección de usar un baño ultrasónico, una sonda ultrasónica u otro dispositivo también puede influir en el resultado final del proceso.
Con respecto a la presente invención, se ha descubierto que la ultrasonicación de la suspensión acuosa que comprende la celulosa microfibrilada o la celulosa microfibrilada y un material particulado inorgánico de la presente invención (a lo que se hace referencia colectivamente como "suspensión acuosa") mejora las propiedades físicas del material. Por ejemplo, la ultrasonicación de una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada o que comprende celulosa microfibrilada y un material particulado inorgánico da como resultado sorprendente e inesperadamente una viscosidad y/o resistencia a la tracción mejoradas del material, como se demuestra en la sección de Ejemplos de esta memoria descriptiva. La mejora de las propiedades físicas del material de la presente invención y el grado de mejora depende de los parámetros operativos usados. En vista de las enseñanzas de esta memoria descriptiva, un experto en la técnica será capaz de distinguir los parámetros apropiados para lograr un resultado deseado sin experimentación excesiva.
En un aspecto, la ultrasonicación de la suspensión acuosa de la presente invención comprende producir una suspensión sonicada que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico con propiedades mejoradas de viscosidad y/o resistencia a la tracción, el método comprendiendo un paso de microfibrilación de un sustrato fibroso que comprende celulosa en un entorno acuoso en presencia de un material particulado inorgánico para producir una suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico, y que comprende además someter la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico a sonicación para producir la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción. El paso de microfibrilación puede comprender moler el sustrato fibroso que comprende celulosa en presencia del material particulado inorgánico y puede comprender además un paso inicial de moler el material particulado inorgánico en ausencia del sustrato fibroso que comprende celulosa para obtener un material particulado inorgánico que tiene un tamaño de partícula deseado.
En una realización, también puede usarse un medio de molienda, como se ha analizado anteriormente, para producir la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción.
La ultrasonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico puede realizarse con una sonda ultrasónica o un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónica, una lámina ultrasónica o una bocina ultrasónica. El uso de tales dispositivos es conocido por los expertos en la técnica.
En una realización de la presente invención, los métodos de la presente invención pueden comprender además uno o más de mezclado, homogeneización o refinado de alto cizallamiento antes o después del paso de sonicación, todos los cuales son conocidos por un experto en la técnica y pueden incorporarse a los métodos de la presente invención sin experimentación indebida en vista de las enseñanzas de esta memoria descriptiva.
En una realización de la presente invención, la resistencia a la tracción de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción aumenta en por lo menos un 5%, por lo menos un 10%, por lo menos un 20%, por lo menos un 50%, por lo menos un 100% o por lo menos un 200% sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico no sometido a sonicación.
En una realización de la presente invención, la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción aumenta en por lo menos un 5%, por lo menos un 10% o por lo menos un 20%, por lo menos un 50%, por lo menos un 100% sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico no sometido a sonicación.
En una realización de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico se somete a sonicación durante por lo menos 30 segundos, por lo menos 1 minuto, por lo menos 2 minutos, por lo menos 5 minutos, por lo menos 10 minutos y por lo menos 20 minutos o más. El período de tiempo puede ser determinado por un experto en la técnica en base a las enseñanzas de esta memoria descriptiva.
En una realización de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico se somete a sonicación a una tasa de compensación de energía de hasta 1000 kwh por tonelada de fibrillas secas, 2500 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 5000 kwh por tonelada de fibrillas secas y hasta 10000 kwh por tonelada de fibrillas secas.
La suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico puede sonicarse haciendo funcionar el sonicador en modo continuo o en modo pulsado o una combinación de ambos. Es decir, donde se realizan pulsos largos y pulsos cortos alternados según patrones deseados o al azar.
La suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico puede formarse en un producto semiseco antes de la sonicación. Una torta prensada en cinta es un ejemplo de un producto semiseco adecuado para uso en la presente invención. A menudo se convierte el producto en un producto semiseco, por ejemplo, para facilitar la manipulación y/o el transporte. En el caso de usar un producto semiseco como material de partida, la sonicación no solo proporciona propiedades físicas mejoradas al material, sino que también ayuda en al desembolso del material en la solución en un proceso denominado rehumectación.
La sonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico no se limita a ningún parámetro de sonicación particular o específico, ya que un cambio en un parámetro puede compensar un cambio en otro parámetro, dentro de los límites físicos y prácticos del equipo y el material que se somete a sonicación. Por ejemplo, alargar el tiempo de sonicación puede compensar, por lo menos en parte, el uso de una amplitud reducida.
En realizaciones preferidas, la sonicación se realiza a una amplitud de hasta el 60%, hasta el 80%, hasta el 100% y hasta el 200% o más, según las limitaciones físicas del sonicador usado. Dichos límites físicos superiores de amplitud de un dispositivo particular usado son conocidos por los expertos en la técnica.
El sustrato fibroso que comprende celulosa puede estar en forma de pulpa, por ejemplo, pulpa química, pulpa quimiotermomecánica, pulpa mecánica, pulpa reciclada, pulpa de papel roto, corriente de desechos de una fábrica de papel o desechos de una fábrica de papel, o combinaciones de los mismos.
El material particulado inorgánico puede ser un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada como caolín, haloisita o arcilla esférica, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) como metacaolín o caolín, talco, mica, perlita o tierra de diatomeas totalmente calcinados, o combinaciones de los mismos. En una realización preferida, el material particulado inorgánico es un carbonato de metal alcalinotérreo, por ejemplo, carbonato de calcio o caolín o una combinación de los mismos.
El recipiente de molienda puede ser un molino de torre.
En una realización, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción obtenidas mediante el método de la presente invención es adecuada para su uso en un método para fabricar papel o papel de recubrimiento y es adecuada para otros usos en otros procesos y materiales en los que típicamente se usa MFC, tales ejemplos se detallan a continuación en la sección titulada "Otros usos".
La ultrasonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada puede realizarse con una sonda ultrasónica o un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónico, una lámina ultrasónica o una bocina ultrasónica. El uso de tales dispositivos es conocido por los expertos en la técnica.
Tales sondas son conocidas por los expertos en la técnica. A la vista de las enseñanzas de esta memoria descriptiva, un experto en la técnica podrá discernir los parámetros apropiados sin experimentación indebida.
En una realización de la presente invención, los métodos de la presente invención pueden comprender además uno o más de mezclado, homogeneización o refinado de alto cizallamiento antes o después del paso de sonicación, todos los cuales son conocidos por un experto en la técnica y pueden incorporarse a los métodos de la presente invención sin experimentación indebida en vista de las enseñanzas de esta memoria descriptiva.
En una realización de la presente invención, la resistencia a la tracción de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción aumenta en por lo menos un 5%, por lo menos un 10%, por lo menos un 20%, por lo menos un 50%, por lo menos un 100% o por lo menos un 200% sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico no sometido a sonicación.
En una realización de la presente invención, la viscosidad de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción aumenta por lo menos en un 5%, por lo menos un 10% o por lo menos un 20%, por lo menos un 50%, por lo menos un 100% sobre la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico no sometida a sonicación.
En una realización de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se somete a sonicación durante por lo menos 30 segundos, por lo menos 1 minuto, por lo menos 2 minutos, por lo menos 5 minutos, por lo menos 10 minutos y por lo menos 20 minutos o más. El período de tiempo puede ser determinado por un experto en la técnica en base a las enseñanzas de esta memoria descriptiva.
En una realización de la presente invención, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada se somete a sonicación a una tasa de compensación de energía de hasta 1000 kwh por tonelada de fibrillas secas, 2500 kwh por tonelada de fibrillas secas, hasta 5000 kwh por tonelada de fibrillas secas y hasta 10000 kwh por tonelada de fibrillas secas.
La suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada puede sonicarse haciendo funcionar el sonicador en modo continuo o en modo pulsado o una combinación de ambos. Es decir, donde se realizan pulsos largos y pulsos cortos alternos según patrones deseados o al azar.
La suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada puede convertirse en un producto semiseco antes de la sonicación. Una torta prensada en cinta es un ejemplo de un producto semiseco adecuado para su uso en la presente invención. A menudo se convierte el producto en un producto semiseco, por ejemplo, para facilitar la manipulación y/o el transporte. En el caso de usar un producto semiseco como material de partida, la sonicación no solo proporciona propiedades físicas mejoradas al material, sino que también ayuda en el desembolso del material en la solución.
La sonicación de la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada no se limita a ningún parámetro de sonicación particular o específico, ya que un cambio en un parámetro puede compensar un cambio en otro parámetro, dentro de límites físicos y prácticos. Por ejemplo, prolongar el tiempo de sonicación puede compensar, por lo menos en parte, una amplitud reducida.
En realizaciones preferidas, la sonicación se realiza a una amplitud de hasta el 60%, hasta el 80%, hasta el 100% y hasta el 200% o más, según las limitaciones físicas del sonicador usado. Dichos límites físicos superiores de amplitud de un dispositivo particular usado son conocidos por los expertos en la técnica.
El sustrato fibroso que comprende celulosa puede estar en forma de pulpa, por ejemplo, pulpa química, pulpa quimiotermomecánica, pulpa mecánica, pulpa reciclada, pulpa de papel roto, corriente de desechos de una fábrica de papel o desechos de una fábrica de papel, o combinaciones de los mismos.
En una realización, la suspensión acuosa que comprende celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico con propiedades mejoradas de viscosidad y resistencia a la tracción obtenida mediante el método de la presente invención es adecuada para su uso en un método para fabricar papel o papel de recubrimiento y es adecuada para otros usos en otros procesos y materiales donde típicamente se usa MFC y es adecuado para otros usos en otros procesos y materiales donde típicamente se usa MFC, ejemplos de los cuales se detallan a continuación en la sección titulada "Otros usos".
Usos de la celulosa microfibrilada y composiciones y productos que comprenden la celulosa microfibrilada
La celulosa microfibrilada divulgada en la presente y elaborada mediante los métodos divulgados en la presente puede usarse en varias composiciones, artículos y productos. Incluyendo las fibras producidas a partir de tales composiciones.
Fibras y telas
La celulosa microfibrilada como se divulga en la presente o la celulosa microfibrilada elaborada mediante cualquiera de los métodos divulgados en la presente, incluyendo todas las realizaciones de los mismos, pueden usarse para elaborar fibras. Estas fibras pueden usarse, por ejemplo, para elaborar una tela, por ejemplo, una tela tejida o no tejida.
La celulosa microfibrilada puede utilizarse opcionalmente como una composición que comprende uno o más materiales particulados inorgánicos.
El material particulado inorgánico puede añadirse en una o más de las siguientes etapas: (i) antes o durante la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (ii) después de la fabricación de la composición acuosa que comprende celulosa microfibrilada; (iii) durante la deshidratación de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; (iv) durante el secado de la composición acuosa de celulosa microfibrilada; y (v) antes o durante la redispersión de la celulosa microfibrilada seca o por lo menos parcialmente seca.
La cantidad de material particulado inorgánico y pulpa de celulosa en la mezcla a moler conjuntamente puede variar en una proporción de aproximadamente 0:100 a aproximadamente 30:70, en base al peso seco del material particulado inorgánico y la cantidad de fibra seca en la pulpa, o una proporción de 50:50 en base al peso seco del material particulado inorgánico y la cantidad de fibra seca en la pulpa.
El material particulado inorgánico puede ser, por ejemplo, un carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, como carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla de kandita hidratada como caolín, haloisita o arcilla esférica, una arcilla de kandita anhidra (calcinada) como metacaolín o caolín completamente calcinado, talco, mica, huntita, hidromagnesita, vidrio esmerilado, perlita o tierra de diatomeas, o wollastonita, o dióxido de titanio, o hidróxido de magnesio, o trihidrato de aluminio, cal, grafito o combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico comprende o es carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, yeso, una arcilla kandita anhidra, perlita, tierra de diatomeas, wollastonita, hidróxido de magnesio o trihidrato de aluminio, dióxido de titanio o combinaciones de los mismos.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico puede ser un material particulado inorgánico tratado superficialmente. Por ejemplo, el material particulado inorgánico puede tratarse con un agente hidrofobizante, como un ácido graso o una sal del mismo. Por ejemplo, el material particulado inorgánico puede ser un carbonato de calcio tratado con ácido esteárico.
En ciertas realizaciones, el material particulado inorgánico es o comprende un mineral laminar, por ejemplo, caolín y/o talco, opcionalmente en combinación con otro material particulado inorgánico, como, por ejemplo, carbonato cálcico.
La celulosa microfibrilada se deriva de un sustrato fibroso que comprende celulosa. El sustrato fibroso que comprende celulosa puede derivarse de cualquier fuente adecuada, como madera, pastos (por ejemplo, caña de azúcar, bambú) o trapos (por ejemplo, desechos textiles, algodón, cáñamo o lino). El sustrato fibroso que comprende celulosa puede estar en forma de pulpa (es decir, una suspensión de fibras de celulosa en agua), que puede prepararse mediante cualquier tratamiento químico o mecánico adecuado, o una combinación de los mismos. Por ejemplo, la pulpa puede ser una pulpa química, o una pulpa quimiotermomecánica, o una pulpa mecánica, o una pulpa reciclada, o desechos de una fábrica de papel, o una corriente de desechos de una fábrica de papel, o desechos de una fábrica de papel, o una combinación de los mismos. La pulpa de celulosa puede batirse (por ejemplo, en un batidor Valley) y/o refinarse de otro modo (por ejemplo, procesamiento en una refinadora cónica o de placa) hasta cualquier grado de drenabilidad predeterminado, informado en la técnica como drenabilidad estándar canadiense (CSF) en cm3. CSF significa un valor para la drenabilidad o tasa de drenaje de la pulpa medido por la
tasa a la que puede drenarse una suspensión de pulpa. Por ejemplo, la pulpa de celulosa puede tener un grado de drenabilidad estándar canadiense de aproximadamente 10 cm3 o más antes de ser microfibrilada. La pulpa de celulosa puede tener un CSF de aproximadamente 700 cm3 o menos, por ejemplo, igual o menos de aproximadamente 650 cm3, o igual o menos de aproximadamente 600 cm3, o igual o menos de aproximadamente 550 cm3, o igual o menos de aproximadamente 500 cm3, o igual o menos de aproximadamente 450 cm3, o igual o menos de aproximadamente 400 cm3, o igual o menos de aproximadamente 350 cm3, o igual o menos de aproximadamente 300 cm3, o igual o menos de aproximadamente 250 cm3, o igual o menos de aproximadamente 200 cm3, o igual o menos de aproximadamente 150 cm3, o igual o inferior de aproximadamente 100 cm3, o igual o inferior a aproximadamente 50 cm3. Luego, la pulpa de celulosa puede deshidratarse mediante métodos bien conocidos en la técnica, por ejemplo, la pulpa puede filtrarse a través de un tamiz para obtener una lámina húmeda que comprende por lo menos aproximadamente un 10% de sólidos, por ejemplo, por lo menos aproximadamente un 15% de sólidos, o por lo menos aproximadamente un 20% de sólidos, o por lo menos aproximadamente un 30% de sólidos, o por lo menos aproximadamente un 40% de sólidos. La pulpa puede utilizarse en estado sin refinar, es decir, sin batir, deshidratar o refinarse de otro modo.
El experto en la técnica entenderá que la celulosa microfibrilada, ya sea procesada como una suspensión acuosa como se ha descrito anteriormente en esta memoria descriptiva o ya sea seca o parcialmente seca y usada como tal o reconstituida con un líquido antes de su uso, puede usarse como una composición de celulosa microfibrilada (con o sin materiales particulados inorgánicos y con o sin aditivos adicionales, en la fabricación de fibras, la fabricación de materiales no tejidos fabricados con dichas fibras que comprenden celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material particulado inorgánico. También se divulgan en la presente fibras que comprenden, consisten esencialmente de o consisten de celulosa microfibrilada y uno o más materiales particulados inorgánicos, como se divulga en la presente o celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico elaborado mediante cualquiera de los métodos divulgados en la presente, incluyendo todas las realizaciones de los mismos. Las fibras pueden ser, por ejemplo, fibras de monofilamento.
La por lo menos una resina polimérica puede elegirse entre resinas poliméricas convencionales que proporcionen las propiedades deseadas para cualquier producto o aplicación de fibra y/o no tejido en particular. La por lo menos una resina polimérica puede elegirse entre polímeros termoplásticos incluyendo pero no limitados a: poliolefinas como homopolímeros y copolímeros de polipropileno y polietileno, incluyendo copolímeros con 1-buteno, 4-metil-1-penteno y 1-hexano; poliamidas, como nailon; poliésteres; copolímeros de cualquiera de los polímeros mencionados anteriormente; y mezclas de los mismos.
Los ejemplos de productos comerciales adecuados como por lo menos una resina de polímero incluyen, pero no se limitan a: Exxon 3155, un homopolímero de polipropileno que tiene un índice de fluidez de aproximadamente 30 g/10 min, disponible de Exxon Mobil Corporation; PF305, un homopolímero de polipropileno que tiene un índice de fluidez de aproximadamente 38 g/10 min, disponible de Montell USA; ESD47, un homopolímero de polipropileno que tiene un índice de fluidez de aproximadamente 38 g/10 min, disponible de Union Carbide; 6D43, un copolímero de polipropileno-polietileno que tiene un índice de fluidez de aproximadamente 35 g/10 min, disponible de Union Carbide; p Ph 9099 un homopolímero de polipropileno que tiene un índice de fluidez de aproximadamente 25 g/10 min, disponible de Total Petrochemicals; PPH 10099 un homopolímero de polipropileno que tiene un índice de fluidez de aproximadamente 35 g/10 min, disponible de Total Petrochemicals; Moplen HP 561R un homopolímero de polipropileno que tiene un índice de fluidez de aproximadamente 25g/10min, disposible de Lyondell Basell.
El polímero puede ser, por ejemplo, un biopolímero (un polímero biodegradable). El polímero puede ser, por ejemplo, soluble en agua.
Los ejemplos de polímeros biocompatibles que son biodegradables en las técnicas biomédicas incluyen polímeros hidrófilos biodegradables. Estos incluyen sustancias como: polisacáridos, polímeros proteínicos, derivados solubles de polisacáridos, derivados solubles de polímeros proteínicos, polipéptidos, poliésteres, poliortoésteres y similares. Los polisacáridos pueden ser poli-1,4-glucanos, por ejemplo, glicógeno de almidón, amilosa y amilopectina, y similares. Los polímeros hidrófilos biodegradables pueden ser derivados solubles en agua de poli-1,4-glucano, incluyendo amilopectina hidrolizada, derivados hidroxialquilados de amilopectina hidrolizada como hidroxietilalmidón (HES), hidroxietilamilasa, dialdehído almidón y similares. Los polímeros proteicos y sus derivados solubles incluyen polipéptidos sintéticos biodegradables por gelificación, elastina, colágeno alquilado, elastina alquilada, y similares. Los polipéptidos sintéticos biodegradables incluyen poli-(N-hidroxialquil)-L-asparagina, poli-(N-hidroxialquil)-L-glutamina, copolímeros de N-hidroxialquil-L-asparagina y N-hidroxialquil-L-glutamina con otros aminoácidos. Los aminoácidos sugeridos incluyen L-alanina, L-lisina, L-fenilalanina, L-leucina, L-valina, L-tirosina y similares.
Las fibras pueden, por ejemplo, comprender hasta aproximadamente el 1% en peso, hasta aproximadamente el 2% en peso, hasta aproximadamente el 3% en peso, hasta aproximadamente el 4% en peso, hasta aproximadamente el 5% en peso, hasta aproximadamente el 6% en peso, hasta aproximadamente el 7% en peso, hasta aproximadamente el 8% en peso, hasta aproximadamente el 9% en peso, o hasta aproximadamente el
10% en peso. Las fibras pueden, por ejemplo, comprender el 0% en peso de polímero.
Las fibras pueden, por ejemplo, comprender hasta aproximadamente el 100% en peso de celulosa microfibrilada. Por ejemplo, las fibras pueden comprender hasta aproximadamente el 99% en peso de celulosa microfibrilada o hasta aproximadamente el 98% en peso, o hasta aproximadamente el 97% en peso, o hasta aproximadamente el 96% en peso, o hasta aproximadamente el 95% en peso, o hasta aproximadamente el 94% en peso, o hasta aproximadamente el 93% en peso, o hasta aproximadamente el 92% en peso, o hasta aproximadamente el 91% en peso, o hasta aproximadamente el 90% en peso, o hasta aproximadamente el 80% en peso, o hasta aproximadamente el 70% en peso, o hasta aproximadamente el 60% en peso, o hasta aproximadamente el 50% en peso o hasta aproximadamente el 40% en peso de celulosa microfibrilada.
Las fibras pueden, por ejemplo, comprender hasta aproximadamente el 60% en peso material particulado inorgánico. Por ejemplo, las fibras pueden comprender de aproximadamente el 0,1% en peso a aproximadamente el 50% en peso o de aproximadamente el 0,5% en peso a aproximadamente el 45% en peso o de aproximadamente el 1% en peso a aproximadamente el 40% en peso o de aproximadamente el 5% en peso a aproximadamente el 35% en peso o de aproximadamente el 10% en peso a aproximadamente el 30% en peso de material particulado inorgánico.
El tamaño de partícula del material particulado inorgánico puede afectar a la cantidad máxima de material particulado inorgánico que puede incorporarse eficazmente en las fibras poliméricas divulgadas en la presente, así como las propiedades estéticas y la resistencia de los productos resultantes. La distribución del tamaño de partícula de la carga puede ser lo suficientemente pequeña como para no debilitar significativamente las fibras individuales y/o hacer abrasiva la superficie de las fibras, pero lo suficientemente grande como para crear una textura superficial estéticamente agradable.
Además de la celulosa microfibrilada y el polímero opcional, las fibras pueden comprender además por lo menos un aditivo. El por lo menos un aditivo puede elegirse entre cargas minerales adicionales, por ejemplo, talco, yeso, tierra de diatomeas, caolín, atapulgita, bentonita, montmorillonita y otras arcillas naturales o sintéticas. El por lo menos un aditivo puede elegirse de compuestos inorgánicos, por ejemplo, sílice, alúmina, óxido de magnesio, óxido de zinc, óxido de calcio y sulfato de bario. El por lo menos un aditivo puede elegirse entre uno del grupo que consiste de: blanqueadores ópticos; estabilizadores de calor; antioxidantes; agentes antiestáticos; agentes antibloqueantes; colorantes; pigmentos, por ejemplo dióxido de titanio; agentes para mejorar el brillo; surfactantes; aceites naturales; y aceites sintéticos.
Las fibras pueden, por ejemplo, elaborarse por extrusión, moldeo o depósito. Por ejemplo, las fibras pueden ser fibras extruidas. Por ejemplo, las fibras pueden ser fibras extruidas, que pueden elaborarse, atenuando o secando las fibras extruidas con un gas atenuante, preferiblemente, una o más corrientes de aire caliente.
La celulosa microfibrilada y los aditivos opcionales (por ejemplo, material particulado inorgánico) pueden incorporarse al polímero usando los métodos descritos en esta memoria descriptiva. Por ejemplo, la celulosa microfibrilada y, opcionalmente, los materiales inorgánicos particulados, pueden añadirse a la resina polimérica durante cualquier paso previo a la extrusión, por ejemplo, durante o antes del paso de calentamiento.
En otra realización, puede premezclarse una "mezcla maestra" de por lo menos un polímero y la celulosa microfibrilada, y opcionalmente un material particulado inorgánico, opcionalmente formado en gránulos o sedimentos y mezclado con por lo menos una resina de polímero virgen adicional antes de la extrusión del fibras La resina de polímero virgen adicional puede ser igual o diferente de la resina de polímero usada para elaborar la mezcla maestro. En ciertas realizaciones, la mezcla maestra comprende una concentración más alta de celulosa microfibrilada, por ejemplo, una concentración que varía de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 75% en peso que se desea en el producto final, y puede mezclarse con el polímero en una cantidad adecuada para obtener la concentración deseada de carga en el producto de fibra final. Por ejemplo, una mezcla maestra que comprenda aproximadamente el 50% en peso de celulosa microfibrilada, y, opcionalmente, material particulado inorgánico, puede mezclarse con una cantidad igual de la resina de polímero virgen para producir un producto final que comprenda aproximadamente el 25% en peso de celulosa microfibrilada. La celulosa microfibrilada y el polímero opcional pueden, por ejemplo, mezclarse y sedimentarse usando un aparato adecuado. Por ejemplo, puede usarse una extrusora doble ZSK 30 para mezclar y extruir la mezcla maestra, y puede usarse un peletizador Cumberland para convertir opcionalmente la mezcla maestra en sedimentos.
Una vez que se forma la celulosa microfibrilada y, opcionalmente, el material particulado inorgánico, y se mezcla con cualquier aditivo opcional adicional, la mezcla puede extruirse continuamente a través de por lo menos una hilera para producir filamentos largos. La velocidad de extrusión puede variar de acuerdo con la aplicación deseada. En una realización, la velocidad de extrusión varía de aproximadamente 0,3 g/min a aproximadamente 2,5 g/min. En otra realización, la velocidad de extrusión varía de aproximadamente 0,4 g/min a aproximadamente 0,8 g/min.
La temperatura de extrusión también puede variar dependiendo de la aplicación deseada. Por ejemplo, la temperatura de extrusión puede variar hasta aproximadamente 100° C. El aparato de extrusión puede elegirse entre los usados convencionalmente en la técnica, por ejemplo, el aparato Reicofil 4 producido por Reifenhauser. La hilera del Reicofil 4, por ejemplo, contiene 6800 orificios por metro de longitud de aproximadamente 0,6 mm de diámetro.
Las fibras pueden, por ejemplo, tener un diámetro medio que varía de aproximadamente 0,1 pm a aproximadamente 1 mm. Por ejemplo, las fibras pueden tener un diámetro medio que varía de aproximadamente 0,5 |jm a aproximadamente 0,9 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,8 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,7 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,6 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,5 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,4 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,3 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,2 mm o de aproximadamente 0,5 jm a aproximadamente 0,1 mm. Las fibras pueden, por ejemplo, tener un diámetro medio que varía de aproximadamente 0,1 jm a aproximadamente 200 jm o de aproximadamente 0,1 jm a aproximadamente 90 jm o de aproximadamente 0,1 jm a aproximadamente 180 jm o de aproximadamente 0,1 jm a aproximadamente 170 jm o de aproximadamente 0,1 jm a aproximadamente 170 jm o de aproximadamente 0,1 pm a aproximadamente 160 pm o de aproximadamente 0,1 pm a aproximadamente 150 pm. Por ejemplo, las fibras pueden tener un diámetro medio que varía de aproximadamente 150 pm a aproximadamente 200 pm o de aproximadamente 150 pm a aproximadamente 180 pm.
Las fibras pueden, por ejemplo, tener un diámetro medio que varía de aproximadamente 0,5 pm a aproximadamente 50 pm o más. Por ejemplo, las fibras pueden tener un diámetro que varía de aproximadamente 5 jm micras a aproximadamente 50 jm o de aproximadamente 10 jm a aproximadamente 50 jm o de aproximadamente 20 jm a aproximadamente 50 jm.
Después de la extrusión, los filamentos pueden atenuarse. Las fibras pueden, por ejemplo, ser atenuadas por corrientes convergentes de aire caliente para formar fibras de diámetro fino.
Después de la atenuación, las fibras pueden dirigirse sobre una superficie perforada, como un tamiz o alambre móvil, para formar una tela no tejida. Luego, las fibras pueden depositarse aleatoriamente sobre la superficie con algunas fibras situadas en dirección transversal, de modo que formen un lienzo o lámina unida de forma suelta. En ciertas realizaciones, el lienzo se mantiene sobre la superficie perforada por medio de una fuerza de vacío. En este punto, el lienzo puede caracterizarse por su peso base, que es el peso de un área particular del lienzo, expresado en gramos por metro cuadrado (gsm o g/m2). El peso base del lienzo puede variar de aproximadamente 10 a aproximadamente 55 gsm. El peso base del lienzo puede variar de aproximadamente 12 a aproximadamente 30 gsm.
Una vez que se forma un lienzo, puede unirse de acuerdo con métodos convencionales, por ejemplo, métodos de fusión y/o entrelazamiento, tales como hidroentrelazamiento y unión por aire. Las fibras pueden, por ejemplo, unirse mecánicamente (por ejemplo, entrelazándolas con agujas dentadas). Las fibras pueden, por ejemplo, unirse con un adhesivo.
Las fibras pueden ser, por ejemplo, fibras hiladas. Las fibras hiladas generalmente se elaboran mediante un proceso continuo, en el que las fibras se hilan y se dispersan en una tela no tejida. Dos ejemplos de procesos de hilado son la unión por hilatura o el soplado por fusión. En particular, las fibras unidas por hilatura pueden producirse hilando una resina polimérica en forma de fibra, por ejemplo, calentando la resina por lo menos hasta su temperatura de reblandecimiento, extruyendo la resina a través de una hilera para formar fibras y transfiriendo las fibras a un unidad de estirado de fibras para ser recogida en forma de lienzos hilados. Las fibras fundidas por soplado pueden producirse extruyendo la resina y atenuando las corrientes de resina con aire caliente para formar fibras con un diámetro fino y recogiendo las fibras para formar lienzos hilados.
Un proceso de hilado puede comenzar con el calentamiento de por lo menos una resina polimérica por lo menos hasta su punto de reblandecimiento, o hasta cualquier temperatura adecuada para la extrusión de la resina polimérica microfibrilada. La celulosa microfibrilada y la resina polimérica pueden calentarse a una temperatura que varía hasta aproximadamente 100° C, preferiblemente de 80° C a 100° C.
Las fibras unidas por hilado pueden producirse mediante cualquiera de las técnicas conocidas que incluyen, pero no se limitan a, procesos generales de unión por hilado, hilado instantáneo, punzonado con aguja y punzonado con agua. En Spunbond Technology Today 2 - Onstream in the 90 's (Miller Freeman (1992)), Patente de Estados Unidos N° 3.692.618 de Dorschner et al., Patente de Estados Unidos N° 3.802.817 de Matuski et al., y la Patente de Estados Unidos N° 4.340.563 de Appel et al. se describen procesos de unión por hilado ejemplares.
Las fibras pueden ser, por ejemplo, fibras discontinuas. Las fibras discontinuas se elaboran mediante hilado y pueden cortarse a la longitud deseada y colocarse en fardos. Para formar una tela no tejida, las fibras discontinuas pueden dispersarse en una cinta transportadora y extenderse en un lienzo uniforme o no uniforme (por ejemplo, por tendido al aire, tendido en húmedo o proceso de cardado/superposición cruzada).
Las fibras pueden, por ejemplo, hilarse instantáneamente.
Telas no tejidas
Las telas no tejidas comprenden productos hechos de lienzos colocados en paralelo, cruzados o colocados aleatoriamente unidos con la aplicación de adhesivos o fibras termoplásticas bajo la aplicación de calor o presión. En otras palabras, una tela no tejida es una tela producida de otra manera que no sea tejido o punto. La tela no tejida puede fabricarse en un intervalo de grueso a suave y extremadamente difícil de rasgar a débil.
Las fibras de la presente invención que comprenden celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material particulado inorgánico y/u otros aditivos y un polímero, pueden usarse para producir un lienzo que puede unirse mediante una variedad de técnicas como fieltro, unión adhesiva, unión térmica, unión por puntos, punzonado, hidroentrelazamiento y colocación por rotación. El polímero combinado con celulosa microfibrilada y, opcionalmente, un material particulado inorgánico y/u otros aditivos puede usarse para producir una fibra que puede formar un lienzo capaz de unirse para producir una tela no tejida.
Las propiedades físicas de las fibras adecuadas para la fabricación de materiales no tejidos son conocidas en la técnica. Estos incluyen, por ejemplo, rizado, denier, longitud y acabado. La cantidad y la naturaleza física del rizado de la fibra determinarán los requisitos para que la tela no tejida se produzca a partir de una fibra determinada. Esto es cierto también para el denier del filamento. Las fibras más finas dan como resultado una densidad, resistencia y suavidad más altas de la tela no tejida. Las fibras de denier más pesado ayudan en la fabricación de un lienzo uniforme a velocidades de producción más altas. El ajuste de estas propiedades permite al experto producir materiales no tejidos con los atributos físicos deseados.
La longitud de la fibra puede depender del tipo de equipo de formación de lienzo utilizado para producir la tela no tejida. Por tanto, el experto en la técnica puede ajustar la longitud de las fibras para adaptarse al equipo de formación de lienzos para controlar la rotura de fibra y la calidad de la tela no tejida y las tasas de producción.
Las telas no tejidas producidas con las fibras de la presente invención pueden controlar propiedades como la recuperación, la resistencia al calor, compostable y biodegradable.
Las telas no tejidas producidas a partir de las fibras de la presente invención pueden unirse mediante una variedad de medios conocidos en la técnica. Los agentes de unión actúan como un pegamento para unir las fibras en una tela no tejida. A tales telas se hace referencia típicamente como telas unidas no tejidas. Por lo tanto, los agentes de unión controlan propiedades importantes de la tela no tejida unida final. Estas propiedades incluyen: resistencia, elasticidad, manejo y drapeado, solidez y resistencia a productos químicos, oxígeno, luz, calor, resistencia a las llamas y solventes, como se ejemplifica, por ejemplo, por la hidrofilicidad o hidrofobicidad de las fibras unidas en la tela unida no tejida.
Los agentes de unión para telas unidas no tejidas son conocidos en la técnica y pueden usarse para unir las fibras de la presente invención, elaboradas mediante los procesos descritos en esta memoria descriptiva. El experto en la técnica puede elegir entre polímeros de butadieno, a los que se hace referencia frecuentemente como látex sintético, polímeros de ácido acrílico, a los que se hace referencia a veces como polímeros insaturados, y polímeros de vinilo como acetato de vinilo, éter de vinilo, éster de vinilo y cloruro de vinilo.
Los polímeros combinados con celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material particulado inorgánico y/u otros aditivos opcionales pueden ser preferiblemente polímeros termoplásticos como alcohol polivinílico (PVA), copoliamidas, poliolefinas, poliésteres y cloruros de polivinilo. En algunas realizaciones, pueden usarse acetatos de polietileno y etilenvinilo.
El experto en la técnica seleccionará el agente de unión que se utilizará en base a las propiedades deseadas en la tela no tejida, incluyendo la suavidad o firmeza, la adhesión, la resistencia, la durabilidad, la rigidez, el retardo del fuego, la hidrofilicidad/hidrofobicidad, la compatibilidad con productos químicos, la tensión superficial y la estabilidad dimensional y la resistencia a los solventes.
Después de la unión, la lámina resultante puede someterse opcionalmente a varios procesos de postratamiento, como procesos de orientación de dirección, crespado, hidroentrelazamiento y/o estampado. La lámina tratada posteriormente puede usarse opcionalmente para fabricar varios productos no tejidos. Los métodos para fabricar productos no tejidos se describen de manera general en la técnica, por ejemplo, en The Nonwovens Handbook, The Association of the Nonwoven Industry (1988) y Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, vol. 10, John Wiley and Sons (1987).
En la técnica se conocen una serie de procesos de fabricación para la preparación de telas no tejidas a partir de fibras. Estos incluyen telas unidas en seco, telas unidas por hilado y telas unidas en húmedo. Los lienzos de
telas formados por fibras pueden dividirse en lienzos tendidos en húmedo y lienzos tendidos en seco, estos últimos incluyendo lienzos tendidos en paralelo, entrecruzados y dispuestos aleatoriamente. Cuando la fibra se extruye de forma continua, pueden formarse lienzos hilados y lienzos fundidos por soplado. Los lienzos tendidos en húmedo son similares en muchos aspectos a los procesos de fabricación de papel.
Las fibras de celulosa microfibriladas, opcionalmente con material particulado inorgánico y/u otros aditivos y un polímero, pueden dispersarse en un medio acuoso como agua y luego colocarse sobre una malla de alambre. Esto permite que el líquido se filtre y forme un lienzo húmedo en el alambre. El lienzo húmedo se transfiere a una etapa de secado, como un fieltro, antes de curarse. Tales procesos son de naturaleza continua. El lienzo es típicamente un lienzo que comprende fibras dispuestas aleatoriamente de fibras de celulosa microfibriladas, opcionalmente con material particulado inorgánico y/u otros aditivos y un polímero. Pueden superponerse múltiples lienzos depositados en húmedo para producir lienzos dispuestos en paralelo dispuestos en húmedo. Tales múltiples lienzos depositados en húmedo pueden producirse en maquinaria de fabricación de papel.
Los lienzos depositdos en seco se producen típicamente preparando una fibra en forma de filamento y luego abriendo, limpiando y mezclando las fibras. Esto va seguido típicamente de un paso de cardado realizado en una tarjeta (o tarjetas), para desenredar las fibras para su posterior procesamiento. La tarjeta puede ser enrollable o una tarjeta más clara. Luego, las fibras se colocan típicamente en una alineación paralela, una alineación cruzada o una alineación aleatoria.
Los lienzos de filamentos continuos pueden formarse a partir de lienzos depositados hilados y lienzos fundidos por soplado como se conoce en la técnica. Los lienzos hilados implican la extrusión de fibras a partir de la composición de celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material particulado inorgánico y/u otros aditivos opcionales, mezclados con un polímero, como se ha descrito anteriormente. La composición se extruye a través de hileras mediante un gas, preferiblemente aire, a alta velocidad. Las fibras se depositan en uno de una variedad de soportes, que incluyen, por ejemplo, una malla o un tambor de tamiz para formar un lienzo. Luego, el lienzo se une para formar la tela unida no tejida.
Alternativamente, las fibras que extruyen fibras a partir de la composición de celulosa microfibrilada y, opcionalmente, material particulado inorgánico y/u otros aditivos opcionales, se mezclan con un polímero, como se ha descrito anteriormente, de la manera descrita para fibras hiladas, excepto a una velocidad significativamente mayor de flujo de gas.
Las telas no tejidas se unen de numerosas maneras, como se sabe en la técnica. Estas incluyen unión mecánica, unión química/adhesiva, unión térmica y unión de lienzos hilados. La unión mecánica puede lograrse usando punzonado con aguja, unión por puntadas e hidroentrelazamiento. La unión química puede emplear técnicas descritas como saturación, adhesivo por pulverización, unión por espuma o mediante la aplicación de polvos y unión por impresión.
Las telas no tejidas pueden usarse para elaborar pañales, productos de higiene femenina, productos para la incontinencia de adultos, materiales de envasado, toallitas, toallas, mopas, prendas industriales, paños médicos, batas médicas, cubiertas para los pies, envolturas de esterilización, manteles, pinceles, servilletas, bolsas de basura, varios artículos de cuidado personal, cobertura del suelo y medios de filtración.
Las fibras pueden, por ejemplo, tener un módulo elástico que varía de aproximadamente 5 GPa a aproximadamente 20 GPa. Por ejemplo, las fibras pueden tener un módulo elástico que varía de aproximadamente 6 GPa a aproximadamente 19 GPa o de aproximadamente 7 GPa a aproximadamente 18 GPa o de aproximadamente 8 GPa a aproximadamente 17 GPa o de aproximadamente 9 GPa a aproximadamente 16 GPa o de aproximadamente 10 GPa a aproximadamente 15 GPa. Las fibras que comprenden un polímero pueden, por ejemplo, tener un módulo elástico más alto que una fibra correspondiente que es idéntica excepto que no comprende polímero.
Las fibras pueden, por ejemplo, tener una resistencia de fibra que varía entre aproximadamente 40 MPa y aproximadamente 200 MPa. Por ejemplo, las fibras pueden tener una resistencia de fibra que varía de aproximadamente 50 MPa a aproximadamente 180 MPa o de aproximadamente 60 MPa a aproximadamente 160 MPa o de aproximadamente 50 MPa a aproximadamente 150 MPa o de aproximadamente 70 MPa a aproximadamente 140 MPa o de aproximadamente 80 MPa a aproximadamente 120 MPa o de aproximadamente 80 MPa a aproximadamente 100 MPa. Las fibras que comprenden un polímero pueden, por ejemplo, tener una mayor resistencia de fibra que una fibra correspondiente que es idéntica excepto que no comprende polímero. El módulo de fibra y la resistencia de la fibra pueden determinarse usando un tensiómetro.
EJEMPLOS
Ejemplo 1 (comparativo)
Se elaboró una composición que consistía en un 85% de celulosa microfibrilada y un 15% de mineral de caolín de acuerdo con los métodos descritos en la presente moliendo pulpa kraft con mineral con bajo contenido de sólidos en un molino de medios agitados. La composición tenía la siguiente distribución de tamaño de partículas medida por difracción láser (Tabla 1).
Tabla 1
La mezcla se espesó hasta obtener una consistencia de pasta mediante filtración a presión y luego se añadió agua para ajustar el contenido de sólidos de la celulosa microfibrilada al 8%. Se hicieron varios intentos para extruir el material a través de una aguja de jeringuilla de 0,5 mm de diámetro interno, pero la aguja se bloqueó rápidamente en cada ocasión.
Ejemplo 2 (comparativo)
Se elaboró una composición que consistía de un 85% de celulosa microfibrilada y un 15% de mineral de caolín de acuerdo con los métodos descritos en la presente moliendo pulpa kraft con mineral con bajo contenido de sólidos en un molino de medio agitado. El producto resultante se pasó una vez a través de una homogeneizadora que funcionaba a una presión de 1000 bares.
La composición tenía la siguiente distribución de tamaño de partículas medida por difracción láser (Tabla 2).
Tabla 2
La mezcla se espesó hasta obtener consistencia de pasta y luego se añadió agua para ajustar el contenido de sólidos de la celulosa microfibrilada dentro del intervalo del 5% al 8%. Luego, las mezclas resultantes se extruyeron a través de una aguja de jeringuilla de 0,5 mm de diámetro interno para formar fibras que tenían aproximadamente 30 cm de longitud. Las fibras se colocaron sobre un papel antiadherente de silicona y se secaron al aire. La contracción de las fibras al secarse se produjo predominantemente radialmente, aunque se observó alguna contracción axial (reducción de la longitud). Se midió el diámetro de cada fibra en múltiples puntos y se tomó un valor medio. Sus propiedades de tracción se probaron usando un tensiómetro Tinius Olsen. Las propiedades de la fibra se muestran en la Tabla 3 a continuación.
Tabla 3
Ejemplo 3 (comparativo)
La pasta de celulosa microfibrilada del Ejemplo 1 se diluyó con soluciones de varios polímeros solubles en agua hasta un intervalo de contenido de sólidos de celulosa microfibrilada y polímero como se muestra en la Tabla 5. Los polímeros solubles en agua usados se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4
Luego, las mezclas se extruyeron a través de una aguja de jeringuilla de 0,5 mm de diámetro interno para formar fibras de aproximadamente 30 cm de largo. Después del secado, se midió el diámetro medio de las fibras y se montaron en el tensiómetro y se determinó su módulo de tracción y resistencia. Los resultados se muestran en la Tabla 5.
Tabla 5
Ejemplo 4 (comparativo - reducción del tamaño del orificio de extrusión)
La pasta de celulosa microfibrilada del Ejemplo 1 se diluyó o con agua o con soluciones de varios polímeros solubles en agua hasta un intervalo de contenido de sólidos de celulosa microfibrilada y polímero como se muestra en la Tabla 6. Luego las mezclas se extruyeron a través de una aguja de jeringuilla con diámetro interno de 0,34 mm para formar fibras de aproximadamente 30 cm de largo. Después del secado, se midió el diámetro medio de las fibras y se montaron en el tensiómetro y se determinó su módulo de tracción y resistencia. Los resultados se muestran en la Tabla 6.
Tabla 6
Ejemplo 5 (comparativo - reducción adicional del tamaño del orificio de extrusión)
La pasta de celulosa microfibrilada del Ejemplo 1 se diluyó o con agua o con soluciones de varios polímeros solubles en agua hasta un intervalo de contenido de sólidos de celulosa microfibrilada y polímero como se muestra en la Tabla 7. Luego las mezclas se extruyeron a través de una aguja de jeringuilla de diámetro interno de 0,16 mm para formar fibras de aproximadamente 30 cm de largo. Después del secado, se midió el diámetro medio de las fibras y se montaron en el tensiómetro y se determinó su módulo de tracción y resistencia. Los resultados se muestran en la Tabla 7.
Tabla 7
Ejemplo 6 ( comparativo - adición de mineral adicional)
La pasta de celulosa microfibrilada del Ejemplo 1 se diluyó o con agua o con soluciones de varios polímeros solubles en agua hasta un intervalo de contenido de sólidos de celulosa microfibrilada y polímero como se muestra en la Tabla 8. También se añadió mineral de carbonato de calcio molido fino (Intracarb 60, Imerys) a las mezclas para aumentar el contenido de minerales a los valores mostrados. Luego, las mezclas se extruyeron a través de una aguja de jeringuilla de 0,5 mm para formar fibras que tenían aproximadamente 30 cm de largo. Después del secado, se midió el diámetro medio de las fibras y se montaron en el tensiómetro y se determinó su módulo de tracción y resistencia. Los resultados se muestran en la Tabla 8.
Tabla 8
Ejemplo 7 (comparativo - adición de mineral adicional y reducción del tamaño del orificio)
Se elaboró una composición que consistía de un 85% de celulosa microfibrilada y un 15% de mineral de caolín de acuerdo con los métodos descritos en la presente moliendo pulpa kraft con mineral con bajo contenido de sólidos en un molino de medios agitados. El producto resultante se pasó una vez a través de una homogeneizadora que funcionaba a una presión de 1100 bares.
La composición tenía la siguiente distribución de tamaño de partículas medida por difracción láser (Tabla 9).
Tabla 9
La composición se deshidrató hasta obtener una pasta mediante filtración a presión y luego se diluyó o con agua o con un polímero soluble en agua hasta un intervalo de contenido de sólidos de celulosa microfibrilada y polímero como se muestra en la Tabla 10. También se añadió mineral de carbonato de calcio molido fino (Intracarb 60, Imerys) a las mezclas para aumentar el contenido de minerales a los valores mostrados. Luego, las mezclas se extruyeron a través de una aguja de jeringuilla de 0,34 mm de diámetro interno o de 0,16 mm de diámetro interno para formar fibras que tenían aproximadamente 30 cm de largo. Después del secado, se midió el diámetro medio de las fibras y se montaron en el tensiómetro y se determinó su módulo de tracción y resistencia. Los resultados se muestran en la Tabla 10.
Tabla 10
Ejemplo 8 (comparativo - celulosa microfibrilada sin mineral)
Se elaboró una composición que consistía de un 100% de celulosa microfibrilada de acuerdo con los métodos descritos en la presente moliendo pulpa kraft con mineral con bajo contenido de sólidos en un molino de medios agitados. El producto resultante se pasó una vez a través de una homogeneizadora que funcionaba a una presión de 1000 bares.
La composición tenía la siguiente distribución de tamaño de partículas medida por difracción láser (Tabla 11).
Tabla 11
La composición se deshidrató hasta obtener una pasta mediante filtración a presión y luego se diluyó con una solución de polímero soluble en agua hasta un intervalo de contenido de sólidos de celulosa microfibrilada y polímero como se muestra en la Tabla 12. Luego, las mezclas se extruyeron a través de una aguja de jeringuilla con diámetro interno de 0,5 mm para formar fibras de aproximadamente 30 cm de largo. Después del secado, se midió el diámetro medio de las fibras y se montaron en el tensiómetro y se determinó su módulo de tracción y resistencia.
Los resultados se muestran en la Tabla 12.
Tabla 12
Ejemplo 9 (comparativo)
Se prepararon una serie de composiciones acuosas que comprendían celulosa microfibrilada y material particulado inorgánico moliendo conjuntamente pulpa de Botnia en presencia de materiales particulados inorgánicos, como se describe en detalle en otra parte de esta memoria descriptiva. Las propiedades de cada composición se resumen en la Tabla 13. POP se refiere al "porcentaje de pulpa" donde el POP es el porcentaje del peso seco de la muestra que es pulpa o fibrillas en lugar de material particulado inorgánico.
Tabla 13
Ejemplo 10 (comparativo)
Se añadió un aditivo a cada lechada y se mezcló durante 1 minuto. La mezcla se dejó reposar durante 60 minutos y luego se filtró. La torta de filtración resultante se colocó en un horno de laboratorio a 80° C hasta que se secó (<1% en peso de humedad).
Luego, la composición seca se volvió a dispersar en un mezclador Silverson de laboratorio. (Diluido a 20 POP, 1 minuto de mezclado en Silverson).
A cada una de las composiciones 1 a 4 se le añadieron diferentes aditivos (cloruro de sodio, glicol, urea, carboximetilcelulosa, azúcar y goma guar) a concentraciones variables y se determinó el índice de tracción. Los resultados medios se resumen en la Tabla 14.
Tabla 14
Ejemplo 11 (comparativo)
El propósito de estos ensayos fue evaluar la efectividad de redispersar un 50% en peso de POP (porcentaje de pulpa) de celulosa microfibrilada con alto contenido de sólidos de pulpa de carbonato de calcio/Botnia y composición de carbonato de calcio (es decir, una proporción de 1:1 en peso de celulosa microfibrilada a carbonato
de calcio) usando una refinadora de un solo disco disponible en una instalación de planta piloto. Sprout Waldron fabricó una refinadora ejemplar de un solo disco adecuada para su uso en la presente invención. La refinadora era una refinadora de un solo disco de 12 pulgadas (30 cm). La velocidad de rotación del disco fue de 1320 rpm. La velocidad periférica del disco fue de 21,07 m/s. Ancho de barra del diseño de disco de refinadora 1,5 mm; ancho de ranura 1,5 mm; longitud del filo de la barra 1.111 Km/rev CEL @ 1320 rpm 24,44 Km/seg. Los expertos en la técnica conocen otras refinadoras adecuadas con especificaciones equivalentes.
Materiales de alimentación.
Se transportaron a la instalación de la planta piloto 100 kg de torta prensada con banda de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) y 100 kg de cuatro materias primas diferentes fabricadas utilizando un secador-pulverizador Atritor (disponible en Atritor Limited, 12 The Stampings, Blue Ribbon Park, Coventry, West Midlands, Inglaterra), que es un molino o secador de barrido de aire que tiene la capacidad de introducir una corriente de aire caliente para secar y moler materiales para de procesar y secar la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio utilizada en los ensayos. Otros molinos equivalentes son conocidos por los expertos en la técnica. Las propiedades de los productos de celulosa microfibrilada con alto contenido de sólidos de carbonato de calcio (IC60L)/Botnia utilizados en los ensayos se muestran en la Tabla 15. Estas composiciones de celulosa microfibrilada (proporción en peso 1:1) se produjeron usando un secador Atritor con brazos reflectores en su sitio y alimentado a 20 Hz (tasa de alimentación baja).
T l 1 -Pr i l m ri l lim n r l r r fin n l i
Esquema de prueba
Cada material se “humedeció” en un despulpador grande para replicar los tiempos/acciones típicos en una operación de fábrica de papel.
Las muestras despulpadas se pasaron por la refinadora de un solo disco y las muestras se tomaron con entradas de energía de refinado que variaban entre 0-20-40-60-80-100 kWh/t de sólidos secos totales.
Resultados.
1. Torta prensada en cinta de 50% en peso POP carbonato de calcio (IC60)/pulpa de Botnia (31% en peso de sólidos)
Esta torta prensada en cinta de sólidos al 30,5% en peso de una composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato cálcico (proporción en peso 1:1) se redispersó inicialmente en la despulpadora durante 15 minutos al 7% en peso de sólidos. Esta consistencia era demasiado viscosa para bombear por lo que el material se diluyó con agua al 1% en peso al 6% en peso de sólidos. Luego, este material se pasó por la refinadora y se tomaron muestras en varias entradas de trabajo.
La Tabla 16 a continuación muestra el efecto de la refinadora de un solo disco sobre las propiedades de la torta prensada en cinta que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio. Los valores indicados para el material recibido se sometieron a 1 minuto de mezclado en un mezclador Silverson (Silverson Machines, Inc., 55 Chestnut St.
East Longmeadow, MA 01028) que equivale a 1000-2000 kWh/t.
T l 1 - Pr i r r n n in r fin n n l i
Puede verse que la torta prensada en cinta puede refinarse al 6% en peso de sólidos y después de una entrada de 20 kWh/t se ha restablecido el índice FLT. El índice FLT es una prueba de tracción desarrollada para evaluar la calidad de la celulosa microfibrilada y la celulosa microfibrilada redispersada. El POP del material de prueba se ajusta al 20% añadiendo cualquier partícula inorgánica que se usó en la producción del compuesto de celulosa microfibrilada/material inorgánico (en el caso de celulosa microfibrilada libre de partículas inorgánicas, se usa entonces el 60% en peso <2 um de carbonato de calcio GCC). Se forma una lámina de 220 g/m2 (g/m2) a partir de este material usando un aparato de filtración Buchner hecho a medida. La lámina resultante se acondiciona y se mide su resistencia a la tracción usando un probador de tracción estándar industrial. Las entradas de energía de hasta 100 kWh/t pueden mejorar tanto el índice FLT como la viscosidad de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio. El "recuento de puntos" de 1 e inferior es aceptable y sugiere una buena formación de una lámina de papel. Como saben los expertos en la técnica, el recuento de puntos es una prueba de recuento de suciedad (ver, por ejemplo, la prueba de recuento de suciedad TAPPI) y es una indicación de que la celulosa microfibrilada se ha redispersado completamente. En este caso, las láminas formadas para medir el índice FLT se someten a un recuento de puntos usando una caja de luz antes de la prueba de tracción destructiva. Un recuento de puntos bajo es indicativo de buena redispersión en cualquier aplicación acuosa.
La Tabla 17 muestra el efecto que ha tenido la refinadora de un solo disco sobre el tamaño de partícula de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio. La distribución del tamaño de partículas ("PSD") se midió en un Malvern Insitec (Malvern Instruments Ltd, Enigma Business Park, Grovewood Road, Malvern, WR14 1XZ, Reino Unido) localizado en las instalaciones del laboratorio de control de calidad.
T l 17 - Pr i P D r r n r fin n n l i
Puede verse de los valores de PSD que la refinadora de un solo disco es muy eficiente en la reducción de las partículas gruesas de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio.
2. 50% en peso de POP carbonato de calcio (IC60)/Celulosa microfibrilada de pulpa de Botnia y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) secado en un secador Atritor (51,4% en peso de sólidos).
Esta proporción 1:1 al 51,4% en peso de producto de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio secado usando un secador Atritor se redispersó dentro de la despulpadora al 7% en peso de sólidos. La baja viscosidad de este material le permitió bombear fácilmente. Luego, este material se pasó por la refinadora y se tomaron muestras en varias entradas de trabajo.
La Tabla 17 a continuación muestra el efecto de la refinadora de un solo disco sobre las propiedades de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio al 51,4% en peso. Los valores indicados para el material tal como se han registrado se han sometido a 1 minuto de mezclado con un mezclador Silverson que equivale a 1000-2000 kWh/t.
Tabla 17 - Propiedades de composición al 51,4% en peso refinada con un solo disco que comprende celulosa mi r fi ril r n l i r r i n n 1:1 n r A ri i r
Esta composición seca al 51,4% en peso secada en el secador Atritor puede redispersarse totalmente usando 60 kWh/t y las propiedades mejoran aún más con una entrada de energía aumentada. Este material recupera la viscosidad y el índice FLT, además de tener un recuento de puntos relativamente bajo, similar al de la torta prensada en cinta.
La Tabla 18 muestra el efecto que ha tenido la refinadora de un solo disco sobre el tamaño de partícula de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato cálcico (proporción en peso 1:1).
Tabla 18 - Propiedades de PSD de composición al 51,4% en peso refinada con un solo disco que comprende l l mi r fi ril r n l i r r i n n 1:1 n r Ari r
Puede verse de los valores de PSD que la refinadora de un solo disco es muy eficiente en la reducción de partículas gruesas de la composición de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio a una proporción en peso de 1:1.
3. Composición de 50% en peso de POP carbonato de calcio (IC60)/celulosa microfibrilada de pulpa de Botnia y carbonato de calcio a una proporción de 1:1 en peso secada en un secador Atritor (58,1% en peso de sólidos).
Esta composición del 58,1% en peso de sólidos que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) se evaluó al 7, 8 y 9% en peso de sólidos. La razón de esto fue que no se pudieron lograr las entradas de energía más altas porque la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio se volvió demasiado "delgada" en consistencia y el disco de metal de la refinadora se frotaba sobre sí mismo. La Tabla 19 a continuación muestra las propiedades de todos los productos en los tres contenidos de sólidos diferentes. Los valores enumerados para el material tal como se recibió y a 0 kWh/t se sometieron a 1 minuto de mezclado en un mezclador Silverson, lo que equivale a 1000-2000 kWh/t.
T l 1 - Pr i r Ari r l 1 n r fin ^ n n l i
La composición al 58,1% en peso que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) puede redispersarse totalmente al 7, 8 y 9% en peso sólidos. En cada consistencia se superó el FLT de control, así como la viscosidad y el recuento de puntos. Al 9% en peso de sólidos se logra la mayor mejora.
La Tabla 20 muestra el efecto que ha tenido la refinadora de un solo disco sobre el tamaño de partículas de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) en los tres niveles de contenido de sólidos.
De nuevo, los datos de PSD muestran la eficiencia de la refinadora de un solo disco al alterar el tamaño de la pulpa gruesa en las tres consistencias.
Tabla 20 - Propiedades de PSD del 58,1% en peso refinado con un solo disco de la composición de celulosa
4. Composición de 50% en peso de POP carbonato de calcio (IC60)/celulosa microfibrilada de pulpa de Botnia y
carbonato de calcio secada en un secador Atritor (70,1% en peso de sólidos).
Esta composición al 70,1% de sólidos de celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) en cada entrada de trabajo se muestra en la Tabla 21. Los valores indicados para el material tal como se recocgió y a 0 kWh/t se han sometido a 1 minuto de mezclado en un mezclador Silverson, lo que equivale a 1000 2000 kWh/t.
Tabla 21 - Propiedades de composición al 70,1% en peso refinada con un solo disco que comprende celulosa mi r fi ril r n l i r r i n n 1:1 n r Arii r
Una vez más, puede verse que la refinadora de un solo disco es mucho más eficaz en la redispersión de la composición seca que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) en comparación con el uso de un mezclador Silverson. Una entrada de energía de 100 kWh/t redispersa la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) hasta un grado en el que las propiedades son similares a las de la torta prensada en cinta.
La Tabla 22 muestra el efecto que ha tenido la refinadora de un solo disco sobre el tamaño de partículas de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato cálcico (proporción en peso 1:1) y, una vez más, se muestra que la refinadora es muy eficaz.
Tabla 22 - Propiedades de PSD de composición al 70,1% en peso refinada con un solo disco que comprende l l mi r fi ril r n l i r r i n n 1:1 n r Ari r
5. Composición de 50% en peso de POP carbonato de calcio (IC60)/pulpa de Botnia que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) secada en un secador Atritor (86,2% en peso de sólidos).
Este material al 86,2% en peso de solidos en composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) se consideró muy seca por lo que la composición se refinó en las mismas condiciones que el resto de los materiales (intensidad de 0,2 J/m) pero también a una intensidad de 0,1 J/m.
0,1 J/m es menos intenso, por lo que lleva más tiempo lograrla entrada de trabajo deseada. Ver, la Tabla 23.
Los valores indicados para el material como se recibió y 0 kWh/t han sido sometidos a 1 minuto de mezclado en un mezclador Silverson, lo que equivale a 1000-2000 kWh/t.
Tabla 23 - Propiedades de composición al 70,1% en peso refinada con un solo disco que comprende celulosa mirfiril r n li r rin n 1:1 n r Arii r
Estos resultados muestran que esta composición de muy alto contenido de sólidos que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) puede volver a dispersarse con las mismas propiedades que la torta prensada en cinta usando 100 kWh/t. Si se cambia la intensidad, las propiedades pueden restaurarse usando menos energía de 80 kWh/t.
La Tabla 24 muestra el efecto que ha tenido la refinadora de un solo disco sobre el tamaño de partícula de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en peso 1:1) en ambas intensidades.
Tabla 24 - Propiedades de PSD de composición al 86,2% en peso refinada con un solo disco que comprende l l mirfiril r n li r rin n 1:1 n r Ari r
La Figura 1. resume los datos de FLT de los estudios anteriores. Los datos muestran que el FLT de control puede lograrse en todas las muestras analizadas y que el FLT de control puede superarse en los productos sólidos intermedios.
6. Procesamiento adicional de productos refinados
En una serie de los productos producidos en las instalaciones de la planta piloto, se colocó energía adicional en las muestras a través del mezclador Silverson. Estos experimentos fueron para investigar si las propiedades físicas de la composición que comprende celulosa microfibrilada y carbonato de calcio (proporción en
peso 1:1) mejorarían con energía adicional. La siguiente tabla muestra los descubrimientos, (Tabla 25).
Puede verse que los resultados son mixtos. En algunas ocasiones hay un aumento en el Índice FLT y en otras no lo hay.
Tabla 25 - El efecto de la entrada de ener ía adicional
( c o n t in u a c ió n )
Resultados.
L o s re s u lta d o s m u e s tra n :
• L a re f in a d o ra d e un s o lo d is c o e n la s in s ta la c io n e s d e la p la n ta p ilo to e s u n a fo rm a m u y e f ic ie n te de re d is p e rs a r u n a c o m p o s ic ió n q u e c o m p re n d e c e lu lo s a m ic ro f ib r ila d a y c a rb o n a to d e c a lc io (p ro p o rc ió n en p e s o 1 :1 )
• U n a c o m p o s ic ió n q u e c o m p re n d e c e lu lo s a m ic ro f ib r ila d a y c a rb o n a to d e c a lc io (p ro p o rc ió n e n p e s o 1 :1 ) s e c a d a h a s ta un 86 % e n p e s o d e s ó lid o s p u e d e re d is p e rs a rs e p a ra lo g ra r s u s c a ra c te r ís t ic a s d e re s is te n c ia o r ig in a le s .
• P u e d e lo g ra rs e u n a m e jo ra en la re s is te n c ia .
• L a re f in a d o ra d e un s o lo d is c o lo g ra la re d is p e rs ió n u s a n d o e n tra d a s d e e n e rg ía m á s b a ja s q u e o tro s m é to d o s e v a lu a d o s .
• E l c o n te n id o d e s ó lid o s e s m u y im p o r ta n te a l re f in a r y d e b e o p t im iz a rs e p a ra to d a s la s m u e s tra s .
• D is m in u y e n d o la in te n s id a d d e la re f in a d o ra s e lo g ra n m e jo re s re s u lta d o s .
• L a re f in a d o ra d e un s o lo d is c o e s m u y e f ic a z p a ra a lte ra r la P S D d e u n a c o m p o s ic ió n q u e c o m p re n d e c e lu lo s a m ic ro f ib r ila d a y c a rb o n a to d e c a lc io (p ro p o rc ió n e n p e s o 1 :1 ).
Tratamiento ultrasónico de MFC
Ejemplo 12 (comparativo)
E l e fe c to d e un b a ñ o u lt ra s ó n ic o e n v a r ia s fo rm a s d e p ro d u c to s F ib e rL e a n ® M F C
E l p r im e r e s tu d io c o n s is t ió e n in v e s t ig a r e l e fe c to d e u s a r un b a ñ o d e a g u a u lt ra s ó n ic o F B 11005 d e la m a rc a F is h e r d e la b o ra to r io e n v a r ia s fo rm a s d e p ro d u c to s F ib e rL e a n ® M F C . E l F ib e rL e a n ® M F C e ra u n a m e z c la d e p ro d u c to 50 P O P IC 60 /B o tn ia e n fo rm a d e le c h a d a , to r ta p re n s a d a en c in ta y un a lto c o n te n id o d e s ó lid o s s e c a d o al 50 % e n p e s o d e s ó lid o s . L a s m u e s tra s s e d ilu y e ro n p a ra e la b o ra r u n a s u s p e n s ió n a l 20 % d e P O P (P o rc e n ta je d e p u lp a - e l P O P o P o rc e n ta je d e p u lp a e s e l p o rc e n ta je d e l p e s o s e c o d e la m u e s tra q u e e s p u lp a o f ib r i l la s e n lu g a r d e m a te r ia l p a r t ic u la d o in o rg á n ic o ) a l 6 ,25 % e n p e s o d e s ó lid o s . C a d a m u e s tra s e s o m e tió a v a r io s t ie m p o s d e n tro d e l b a ñ o u lt ra s ó n ic o y lu e g o se s o m e tió a 1 m in u to e n e l m e z c la d o r d e la b o ra to r io S ilv e rs o n a 7500 rpm ; se re a liz a ro n m e d ic io n e s p o s te r io re s d e F L T (N m /g : m e d ic ió n d e la re s is te n c ia a la t ra c c ió n ) y v is c o s id a d .
E l ín d ic e F L T e s u n a p ru e b a d e t ra c c ió n d e s a rro lla d a p a ra e v a lu a r la c a lid a d d e la c e lu lo s a m ic ro f ib r ila d a y la c e lu lo s a m ic ro f ib r ila d a re d is p e rs a d a . E l P O P d e l m a te r ia l d e p ru e b a s e a ju s ta a l 20 % a ñ a d ie n d o c u a lq u ie r p a r t íc u la in o rg á n ic a q u e s e u só e n la p ro d u c c ió n d e l c o m p u e s to d e c e lu lo s a m ic ro f ib r ila d a /m a te r ia l in o rg á n ic o (e n e l c a s o d e c e lu lo s a m ic ro f ib r ila d a lib re d e p a r t íc u la s in o rg á n ic a s , e n to n c e s s e u s ó e l 60 % e n p e s o < 2 u m d e c a rb o n a to d e c a lc io G C C ). S e fo rm a u n a lá m in a d e 220 g s m a p a r t ir d e e s te m a te r ia l u s a n d o un a p a ra to d e f i lt ra c ió n B u c h n e r
hecho a medida. La lámina resultante se acondiciona y se mide su resistencia a la tracción usando un probador de tracción estándar industrial.
La Figura 2 muestra el efecto sobre la viscosidad de las lechadas FiberLean® MFC. Puede verse que en el plazo de los primeros 5 minutos se observó un pequeño aumento en la viscosidad.
Las Tablas 26-29 muestran las propiedades de resistencia del FiberLean® MFC después del tratamiento con baño ultrasónico. Puede verse que la resistencia de los materiales medida por el método del índice FLT no ha cambiado drásticamente.
No se recomienda el uso del baño ultrasónico para la redispersión del FiberLean® MFC o mejoras en la calidad.
La baja entrada de energía no afecta a las propiedades de resistencia, pero sí influye ligeramente en la viscosidad.
Tabla 26 - Pro iedades de la lechada
T l 27 - Pr i l r r n n in
T l 2 - Pr i l n ni n li l n
Tabla 29 - Propiedades de alto contenido en sólidos secos al 60% en peso
Ejemplo 13 (comparativo)
El efecto de una sonda ultrasónica en la lechada de FiberLean® MFC
Este experimento fue para explorar el efecto que tiene una sonda ultrasónica sobre una lechada de FiberLean® MFC. Las sondas ultrasónicas usadas en el Imerys Par Moor Center son "el modelo Sonics Vibracell VCX500 500 Watt" con una "Probe horn CV33" y se usan para la dispersión de lechadas minerales antes de la medición del tamaño de las partículas. La sonda (bocina) está diseñada específicamente para funcionar a una amplitud del 40%, pero para este y otros experimentos se ha usado hasta el 100%.
La lechada al 50% de POP IC60/Botnia con un contenido total de sólidos del 1,7% en peso se diluyó al 20% de POP con una lechada de carbonato IC60 (70% en peso de sólidos). Esto hizo que los sólidos totales de las muestras fueran del 4,24% en peso.
La sonda ultrasónica se sumergió en la lechada y se sometió a varios tiempos de ultrasonido a varias amplitudes. Las Figuras 3 y 4 destacan el aumento del índice FLT (Nm/g: medición de la resistencia a la tracción) y la viscosidad. Puede verse en las figuras que cuanto mayor es la Amplitud mayor es el aumento de la resistencia a la tracción. Al 100% de amplitud puede lograrse un aumento del 20% en el índice FLT en el plazo de 30 segundos en comparación con la lechada original. En comparación con la lechada original, puede lograrse un aumento del 33% en el plazo de los 2 minutos posteriores a la aplicación del ultrasonido. A la amplitud reducida del 65%, el aumento en el Índice FLT fue del 14% después de 2 minutos de ultrasonido en comparación con la lechada de alimentación. Ejemplo 14
El efecto del ultrasonido pulsado sobre la lechada de FiberLean® MFC
La sonda ultrasónica puede manejarse en modo continuo o en modo pulsado. Este experimento fue para observar este efecto. Las lechadas de FiberLean® MFC se prepararon como en el Ejemplo 13 anterior y se sometieron a ultrasonido pulsado. La Figura 5 muestra que puede hacerse un aumento en el índice FLT usando el modo de funcionamiento pulsado. Se recomienda el uso de la sonda ultrasónica para mejorar la calidad del FiberLean® MFC. El aumento drástico de las propiedades de la lechada de FiberLean® MFC puede lograrse preferiblemente usando una amplitud alta y ejecutándose en modo continuo.
Ejemplo 15
El efecto de los medios de molienda cerámicos sobre la eficiencia del ultrasonido dentro de una lechada FiberLean® MFC
La producción de un producto FiberLean® MFC se logra mediante la molienda por desgaste en húmedo de celulosa y minerales en presencia de un medio de molienda cerámico. Este experimento fue para investigar el efecto del proceso ultrasónico con algunos de los medios cerámicos de molienda presentes. Se trataron lechadas de FiberLean® MFC preparadas como en los Ejemplos 13 y 14 anteriores con 10 perlas de medios de molienda cerámicos (~3 mm de tamaño). Los materiales se sometieron a varias entradas de energía al 100% de amplitud. La Figura 6 muestra que la presencia de los medios en la muestra no tiene un efecto perjudicial sobre el aumento del índice FLT. La presencia de los medios de molienda cerámicos no tiene efecto sobre el procesamiento ultrasónico de la lechada de FiberLean® MFC en estas condiciones.
Ejemplo 16 (comparativo)
E l e fe c to d e u n a s o n d a u lt ra s ó n ic a s o b re la to r ta p re n s a d a en c in ta F ib e rL e a n ® M F C 50 % P O P
U n a to r ta p re n s a d a e n c in ta d e 50 % P O P IC 60 /B o tn ia p ro d u c id a e n T re b a l fu e e l m a te r ia l d e a lim e n ta c ió n p a ra e s te p ró x im o e s tu d io . La to r ta p re n s a d a e n c in ta se d ilu y ó a l 20 % d e P O P , 6 ,25 % e n p e s o d e s ó lid o s u s a n d o le c h a d a d e c a rb o n a to IC 60. S e e la b o ra ro n la s m u e s tra s y s e s o m e tie ro n a:
i) 1 m in u to d e m e z c la d o d e a lto c iz a lla m ie n to e n e l m e z c la d o r S ilv e rs o n : E l c o n tro l
ii) V a r io s t ie m p o s d e u lt ra s o n id o a l 100 % d e a m p litu d
L a F ig u ra 7 m u e s tra q u e la to r ta p re n s a d a e n c in ta p u e d e v o lv e rs e a d is p e rs a r en a g u a u s a n d o la s o n d a u lt ra s ó n ic a y q u e p u e d e lo g ra rs e y s u p e ra rs e e l ín d ic e F L T d e c o n tro l.
Ejemplo 17 (comparativo)
E l e fe c to d e u n a s o n d a u lt ra s ó n ic a e n la to r ta p re n s a d a e n c in ta s in m in e ra le s F ib e rL e a n ® M F C P a ra e x p lo ra r m á s a fo n d o la re d is p e rs ió n d e u n a to r ta p re n s a d a e n c in ta , se e v a lu ó u n a v e rs ió n s in m in e ra le s . L a to r ta p re n s a d a e n c in ta s e d ilu y ó a l 20 % d e P O P , 6 ,25 % e n p e s o d e s ó lid o s u s a n d o le c h a d a d e c a rb o n a to IC 60. S e e la b o ra ro n la s m u e s tra s y se s o m e tie ro n a:
i) 1 m in u to d e m e z c la d o d e a lto c iz a lla m ie n to e n e l m e z c la d o r S ilv e rs o n : E l c o n tro l
ii) V a r io s t ie m p o s d e u lt ra s o n id o a l 100 % d e a m p litu d
L a F ig u ra 8 d e s ta c a d e n u e v o q u e lo s u lt ra s o n id o s p o r s í s o lo s p u e d e n lo g ra r la s p ro p ie d a d e s d e la m u e s tra q u e se p ro d u c e n c o n u n a m e z c la d e a lto c iz a lla m ie n to . E l m e z c la d o d e a lto c iz a lla m ie n to c o m b in a d o co n u lt ra s o n id o s p u e d e p ro d u c ir u n a re s is te n c ia a la t ra c c ió n m e jo ra d a .
Ejemplo 18 (Comparativo)
E l e fe c to d e u n a s o n d a u lt ra s ó n ic a e n 60 % en p e s o d e un F ib e rL e a n ® M F C s e c a d o co n a lto c o n te n id o d e s ó lid o s .
S e e v a lu ó un p ro d u c to d e d e s a rro llo q u e s e p ro d u c e s a c a n d o u n a to r ta p re n s a d a e n c in ta c o n e l u so d e u ltra s o n id o s . E s te m a te r ia l c o n e l 60 % e n p e s o d e s o lid o s d e 50 % P O P IC 60 /B o tn ia re q u ie re d e 3 a 4 m in u to s d e m e z c la d o S ilv e rs o n d e a lto c iz a lla m ie n to p a ra lo g ra r un ín d ic e F L T d e 9 N m /g .
E s te e s tu d io e x p lo ró
i) E l u so d e u lt ra s o n id o c o m o p re c u rs o r d e l m e z c la d o d e a lta e n e rg ía .
ii) E l u s o d e u lt ra s o n id o c o m o a y u d a a d ic io n a l p a ra m e jo ra r lo s v a lo re s d e F L T
L a F ig u ra 9 m u e s tra q u e lo s e fe c to s d e la e n e rg ía u lt ra s ó n ic a s e u t iliz a n m á s e f ic a z m e n te d e s p u é s d e l m e z c la d o d e a lto c iz a lla m ie n to . L a F IG . 10 d e m u e s tra los b e n e f ic io s d e l m e z c la d o d e a lto c iz a lla m ie n to y los u lt ra s o n id o s c o m b in a d o s . E l u s o d e u lt ra s o n id o s e s u n a fo rm a e f ic ie n te d e v o lv e r a d is p e rs a r e l p ro d u c to F ib e rL e a n ® M F C s e c o c o n o s in m e z c la d o d e a lto c iz a lla m ie n to .
L o s re s u lta d o s d e l E je m p lo 5 -10 m u e s tra n p o r lo m e n o s los s ig u ie n te s re s u lta d o s in e s p e ra d o s d e a ñ a d ir p ro c e s a m ie n to u lt ra s ó n ic o a la p ro d u c c ió n d e M F C :
• L a s p ro p ie d a d e s d e u n a le c h a d a d e M F C (p o r e je m p lo , las p ro p ie d a d e s d e F ib e rL e a n ® M F C ) p u e d e n m e jo ra rs e s u s ta n c ia lm e n te m e d ia n te u lt ra s o n if ic a c ió n s i s e a p lic a p re fe r ib le m e n te c o n u n a s o n d a o un b a ñ o d e a g u a u ltra s ó n ic o .
• U n a a m p litu d m á s a lta p ro d u c e un ín d ic e F L T m á s a lto
• L o s c o n ta m in a n te s c e rá m ic o s d e n tro d e u n a le c h a d a d e M F C (p o r e je m p lo , la s p ro p ie d a d e s d e F ib e rL e a n ® M F C ) no t ie n e n n in g ú n e fe c to p e r ju d ic ia l s o b re la c a p a c id a d d e l u lt ra s o n id o d e a fe c ta r a la s p ro p ie d a d e s d e la le c h a d a d e m a n e ra b e n e fic io s a .
• U n a to r ta p re n s a d a e n c in ta d e M F C (p o r e je m p lo , u n a to r ta p re n s a d a F ib e rL e a n ® M F C ) e s m u y a d e c u a d a p a ra lo s u lt ra s o n id o s c o m o u n a fo rm a d e v o lv e r a d is p e rs a r la .
• L o s u lt ra s o n id o s p u e d e n re e m p la z a r la re d is p e rs ió n d e a lto c iz a lla m ie n to o m e jo ra r e l p ro c e d im ie n to
• L o s m a te r ia le s c o n c o n te n id o d e s ó lid o s m á s a lto p u e d e n re d is p e rs a rs e m e d ia n te u ltra s o n id o s
Claims (29)
1. Una fibra que comprende un celulosa microfibrilada, la fibra puede obtenerse mediante un método que comprende los pasos de:
(1) preparar una composición que comprende celulosa microfibrilada, en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50; en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) moler un sustrato fibroso que comprenden celulosa en un recipiente de molienda en presencia de un material particulado inorgánico, y (ii) refinar en una refinadora u homogeneizar en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso molido que comprende celulosa y el material particulado inorgánico; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda; en donde el término “medio de molienda” significa un medio distinto del material particulado inorgánico y en donde el medio de molienda tiene 0,5 mm o más de tamaño;
(2) extruir la celulosa microfibrilada y el material particulado inorgánico del paso (1) a través de una extrusora; (3) atenuar la celular microfibrilada extruida y el material con un gas atenuante; y
(4) recoger la fibra extruida.
2. La fibra de la reivindicación 1, en donde la celulosa microfibrilada tiene un diámetro mediano (d50) de menos de 100 |jm.
3. La fibra de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fibra comprende además un polímero soluble o dispersable en agua .
4. La fibra de la reivindicación 1, que tiene un diámetro que varía de aproximadamente 0,1 jm a aproximadamente 1 mm.
5. Un método para preparar una fibra que comprende celulosa microfibrilada, el método comprendiendo los pasos de: (1) preparar una composición que comprende una celulosa microfibrilada, en donde la celulosa microfibrilada tiene una inclinación de fibra que varía de aproximadamente 20 a aproximadamente 50; en donde la celulosa microfibrilada puede obtenerse mediante un proceso de dos etapas de (i) moler un sustrato fibroso en un recipiente de molienda en presencia de por lo menos un material particulado inorgánico y (ii) refinar en una refinadora u homogeneizar en una homogeneizadora, o sonicar con un dispositivo ultrasónico el sustrato fibroso molido que comprende celulosa y el material particulado inorgánico; en donde la molienda se lleva a cabo en un entorno acuoso en presencia de un medio de molienda; en donde el término "medio de molienda" significa un medio distinto del material particulado inorgánico y que tenga un tamaño de 0,5 mm o más; (2) extruir la celulosa microfibrilada y por lo menos un material particulado inorgánico del paso (1) a través de una extrusora; (3) atenuar la celulosa microfibrilada extruida y por lo menos un material particulado inorgánico con un gas atenuante; y (4) recoger las fibras extruidas.
6. El método de la reivindicación 5, que comprende los pasos de: mezclar la composición de celulosa microfibrilada del paso (1) con un polímero soluble o dispersable en agua para formar una segunda mezcla; (3) extruir la segunda mezcla de celulosa microfibrilada y polímero soluble o dispersable en agua a través de una extrusora; (3) atenuar la segunda mezcla extruida de celulosa microfibrilada y polímero soluble o dispersable en agua con un gas atenuante; y (4) recoger las fibras extruidas.
7. El método de cualquiera de las reivindicaciones 5 o 6, en donde la celulosa microfibrilada tiene un diámetro mediano (d50) de menos de 100 jm.
8. El método de cualquiera de las reivindicaciones 5-7, en donde el gas atenuante es una o más corrientes de aire caliente.
9. El método de cualquiera de las reivindicaciones 5-8, en donde el dispositivo ultrasónico se selecciona del grupo que consiste de una sonda ultrasónica, un baño de agua ultrasónico, una homogeneizadora ultrasónica, una lámina ultrasónica y una bocina ultrasónica.
10. El método de cualquiera de las reivindicaciones 5-9, en donde la moledora es una moledora con tamices.
11. El método de la reivindicación 9, en donde la moledora con tamices es un detritorde medios agitados.
12. El método de la reivindicación 6, en donde el polímero soluble o dispersable en agua se selecciona del grupo que consiste de polímeros solubles en agua, látex natural y sintético, dispersiones coloidales de partículas poliméricas, emulsiones, miniemulsiones, microemulsiones o polimerización en dispersión.
13. El método de la reivindicación 6, en donde el polímero soluble o dispersable en agua se selecciona del grupo
que consiste de alcohol polivinílico (PVA), copoliamidas, poliolefinas, poliésteres y cloruros de polivinilo.
14. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7-13, en donde las fibras se extruyen a una temperatura de aproximadamente 80° C a aproximadamente 100° C.
15. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7-14, en donde las fibras tienen un diámetro medio de aproximadamente 0,1 pm a aproximadamente 1 mm.
16. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7-145 en donde las fibras son fibras hiladas.
17. método de la reivindicación 16, en donde las fibras hiladas se forman por unión por hilado.
18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 5-17, en donde en donde el paso de recogida es depósito de fibras sobre una superficie perforada para formar una tela no tejida.
19. El método de la reivindicación 18, en donde la superficie perforada es un tamiz o alambre móvil.
20. El método de cualquiera de las reivindicaciones 18-19, en donde el lienzo no tejido se une por hidroentrelazamiento.
21. El método de cualquiera de las reivindicaciones 18-20, en donde el lienzo no tejido se une por unión térmica a través de aire.
22. El método de cualquiera de las reivindicaciones 18-21, en donde el lienzo no tejido se une mecánicamente.
23. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7-22, en donde el material particulado inorgánico se selecciona del grupo que consiste de carbonato o sulfato de metal alcalinotérreo, una arcilla de kandita hidratada, una arcilla de kandita calcinada anhidra, o combinaciones de los mismos.
24. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7-23, en donde el material particulado inorgánico se selecciona del grupo que consiste de carbonato de calcio, carbonato de magnesio, dolomita, caolín, haloisita, arcilla esférica, metacaolín, caolín completamente calcinado, talco, mica, huntita, hidromagnesita, vidrio esmerilado, perlita, tierra de diatomeas, wollastonita, dióxido de titanio, hidróxido de magnesio, trihidrato de aluminio, cal, grafito, o combinaciones de los mismos.
25. El método de cualquiera de las reivindicaciones 5-24, en donde la composición de celulosa microfibrilada comprende además uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de almidón, carboximetilcelulosa, goma guar, urea, etileno, propilenglicol y butilenglicol y carboximetilcelulosa anfótera.
26. El método de cualquiera de las reivindicaciones 5-25, en donde la composición de celulosa microfibrilada comprende además uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste de dispersante, biocida, agente de suspensión, agentes oxidantes y enzimas degradantes de madera.
27. El uso de las fibras que pueden obtenerse mediante el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-26, para fabricar un producto no tejido.
28. El uso de la reivindicación 27, en donde el producto no tejido se selecciona del grupo que consiste de: pañales, productos de higiene femenina, productos para la incontinencia de adultos, materiales de envasado, toallitas, toallas, mopas, prendas industriales, paños médicos, batas médicas, cubre pies, envolturas de esterilización, manteles, pinceles, servilletas, bolsas de basura, varios artículos para el cuidado personal, cobertura de suelo y medios de filtración.
29. El uso de la reivindicación 28, en donde el producto no tejido es biodegradable.
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