ES2950677T3

ES2950677T3 - Método para producir un producto fibroso y un producto fibroso

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Publication number: ES2950677T3
Application number: ES18833906T
Authority: ES
Inventors: Karita Kinnunen-Raudaskoski; Marja Juvonen; Esa Torniainen; Martin Häggblom; Tuomas Mustonen
Original assignee: Paptic Oy
Current assignee: Paptic Oy
Priority date: 2017-12-31
Filing date: 2018-12-31
Publication date: 2023-10-11
Anticipated expiration: 2038-12-31
Also published as: AU2018398970B2; BR112020013360B1; PL3732040T3; CN112041159A; WO2019129934A1; CA3086419A1; AU2018398970A1; KR20200125929A; JP2024105259A; US20200331231A1; JP7472023B2; RU2020123216A3; US11371188B2; BR112020013360A2; EP4335638A3; US11828025B2; KR20250007686A; JP2021508622A; JP7813311B2; EP3732040C0

Abstract

La presente invención se refiere a productos de fibra multicapa y a un método para fabricar este tipo de productos. El presente producto comprende una primera capa (12) que consta principalmente de fibras naturales y una segunda capa termosellable (14) ubicada encima de la primera capa. La capa termoselladora (14) consta principalmente de fibras o partículas termoplásticas sintéticas. Según el presente método, la capa de termosellado (14) se coloca sobre la primera capa (12) ya durante el proceso de formación de la banda, formándose y uniéndose la primera y la segunda capas en un proceso de formación de espuma. Con la presente invención, es posible disminuir la cantidad de materiales plásticos en materiales de embalaje que tienen propiedades de termosellado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para producir un producto fibroso y un producto fibroso

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 para fabricar un producto de fibra.

En un método de este tipo, una capa base que comprende principalmente fibras naturales se forma en un proceso de formación de banda y una capa de termosellado se coloca sobre la capa base para preparar un producto de fibra multicapa.

La presente invención también se refiere a un producto de fibra de acuerdo con la reivindicación 12 y un uso de acuerdo con la reivindicación 18.

Descripción de la técnica relacionada

Los consumidores de hoy exigen soluciones de embalaje cada vez más respetuosas con el medio ambiente. Por esta razón, para muchas cadenas minoristas y propietarios de marcas, el papel y el cartón son los materiales de embalaje preferidos porque estos productos se obtienen a partir de materias primas renovables y se reciclan fácilmente. Muchos envases que requieren, por ejemplo, buenas propiedades de barrera contra el oxígeno, el agua y las grasas se proporcionan con capas de materiales que tienen propiedades de termosellado. Por esta razón, los laminados de papel y plástico se utilizan con frecuencia para envasar dulces y productos de panadería, siendo fabricados tales laminados por recubrimiento de papel por extrusión o por laminado de papel junto con películas de plástico usando pegamento frío o caliente.

Debido a la unión de películas de extrusión a sustratos de papel o cartón o al aumento requerido en la resistencia de la película laminada, la proporción de plásticos en estos laminados de película es a menudo decenas de por ciento y, por lo tanto, los materiales son difíciles de triturar y reciclar. se basa frecuentemente en la recuperación de calor por combustión. Por ejemplo, en el recubrimiento por extrusión de papel el espesor mínimo de película plástica suele ser de unas 15 μm, ya que una película más fina que el espesor indicado dificulta obtener una adherencia suficiente de la película al papel. Por otro lado, mediante laminación es difícil unir películas que tengan un espesor inferior a 20 |im, ya que la película debe ser autoportante en el proceso de laminación.

El documento FI 126474 B describe un producto que comprende una matriz de fibra natural, en la que se pueden incorporar fibras termoplásticas como fibras de refuerzo, confiriendo así propiedades de termosellado al producto. Sin embargo, la cantidad de dichas fibras de refuerzo mezcladas con la matriz debe ser relativamente alta para proporcionar una termosellabilidad suficientemente buena.

Por ejemplo, debido a las deficiencias mencionadas anteriormente de los procesos y materiales de conversión actuales, los materiales de papel termosellables actuales comprenden una cantidad relativamente grande de plástico que perjudica el reciclado de los materiales. Además, la fabricación de dichos materiales requiere en principio uno o más pasos de proceso adicionales, lo que aumenta los costes.

Además, los productos de termosellado basados en películas de plástico no son transpirables. Sin embargo, muchos productos envasados, por ejemplo productos en polvo, requieren transpirabilidad del envase debido a la eficacia de la línea de envasado. Para muchos productos, como textiles y muebles, es deseable la aireación o ventilación durante el almacenamiento y el transporte. Los productos de panadería, como el pan, se benefician de los envases transpirables porque acortarán los tiempos de entrega al eliminar la necesidad de enfriar los productos antes del envasado.

El documento US 2016/0221233 A1 divulga un método para formar un producto fibroso moldeado, que comprende los pasos de espumar una suspensión acuosa de fibras naturales, opcionalmente en combinación con fibras sintéticas, para proporcionar una primera espuma fibrosa, se puede agregar un surfactante para ayudar a la formación de espuma, alimentar la espuma fibrosa a un molde, extrayendo mecánicamente una parte del agua contenida en la espuma para producir una composición fibrosa húmeda solidificada, y evaporar agua de la composición fibrosa húmeda solidificada para producir un producto fibroso seco.

El documento EP 1461494 divulga un método y aparato para la formación de espuma, en el que la suspensión de espuma fibrosa se introduce desde la caja de entrada de una máquina de producción a la sección de formación de bandas de la misma. Al menos un material sólido se mezcla con la espuma en la caja de entrada. El método y el aparato de la invención son particularmente adecuados para la fabricación de diversos productos en forma de banda de celulosa, fibra de vidrio, aramida, sisal u otro material de fibra correspondiente.

Sumario de la invención

Es un objetivo de la presente invención eliminar al menos algunos de los problemas asociados con la técnica y proporcionar un nuevo tipo de producto de termosellado y un método para fabricar un producto de fibra de termosellado.

En particular, es un objetivo mejorar la reciclabilidad de los materiales de tipo papel para termosellado reduciendo la cantidad de materiales termoplásticos incorporados en los productos y aumentando la rentabilidad de la fabricación de materiales de embalaje reciclables.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar un método mediante el cual se pueden producir nuevos productos finales termosellables y permeables al aire.

De acuerdo con la presente invención, sobre una capa de sustrato, que comprende principalmente fibras naturales, se forma una capa de termosellado que comprende principalmente fibras o partículas sintéticas, especialmente fibras sintéticas largas.

Se ha encontrado en la invención que una capa de fibra de termosellado separada de este tipo permite un espesor de capa total considerablemente mucho más delgado y, por lo tanto, una cantidad total más pequeña de material sintético. Por otra parte, mediante la invención se proporcionan materiales que se pueden unir con un termosellado que suele ser más fuerte que el obtenido para películas laminadas o recubiertas por extrusión convencionales y también un termosellado más fuerte que el obtenido para productos donde la misma cantidad de fibras o partículas sintéticas se incorpora uniformemente a la capa base.

En el método de acuerdo con la presente invención, una capa, en particular una capa de termosellado, se lleva sobre la capa de sustrato ya en el paso de formación de banda, por lo que la capa de fibra de termosellado se une fuertemente a la capa de sustrato sin necesidad para cualquier paso o línea de proceso completamente separado.

De acuerdo con la presente invención, preferiblemente al menos una de las capas, en particular al menos una capa de sustrato o al menos una capa de termosellado, o ambas, se forman mediante formación de espuma. Más específicamente, el método según la presente invención se caracteriza principalmente por lo que se establece en la parte caracterizadora de la reivindicación 1.

El producto según la presente invención se caracteriza a su vez por lo expuesto en la parte caracterizante de la reivindicación 12.

El uso según la presente invención se define en la reivindicación 18.

Se obtienen ventajas considerables por medio de la presente invención.

En particular, por medio de la invención es posible reducir significativamente la proporción de plástico de los nuevos materiales hasta en un 75 %, en comparación con los laminados de papel y plástico comúnmente utilizados como materiales de embalaje. Esto se debe al hecho de que una capa de termosellado rica en fibras o partículas se puede producir como una estructura muy delgada que se adhiere firmemente a la capa de sustrato del producto en el paso de formación de banda. Así, la invención permite la fabricación de materiales multicapa que son más fáciles de reciclar. Dado que la invención elimina un proceso de refinado separado de la cadena de producción, la invención también permite la fabricación de materiales de termosellado rentables.

Además, en comparación con los productos que imitan el plástico existentes en los que las fibras termoplásticas sintéticas se han mezclado uniformemente con toda la matriz de fibras, se ha descubierto que los sellos térmicos según la presente invención son hasta un 60 % más resistentes con los mismos materiales de partida y la misma cantidad total. de material. Esto permite el uso de cantidades aún más pequeñas de materiales plásticos, lo que permite un reciclaje más fácil de los materiales y, sin embargo, la fabricación de costuras resistentes, lo que es esencialmente importante en la industria del embalaje.

En comparación con los productos fabricados por métodos de recubrimiento por laminación o extrusión, se obtiene la ventaja de que el producto es transpirable, ya que además de la capa base, la capa de termosellado de la estructura de fibra también puede implementarse como estructura transpirable, a diferencia de las películas autocontenidas.

Tanto la capa base como la capa de termosellado se forman y unen entre sí en el proceso de formación de espuma, preferiblemente cuando el contenido de materia seca del producto es aún bajo, por ejemplo, 35 % o menos. El sellado de las capas se puede reforzar añadiendo un aglutinante a las capas o al menos a su zona de interfaz. El aglutinante usado es preferiblemente termosellable por sí mismo cuando la necesidad de material de fibra sintética disminuye aún más. Por otro lado, se puede garantizar una interconexión suficientemente fuerte mediante el calandrado a una presión y temperatura suficientes.

El espesor de la capa de termosellado es típicamente considerablemente más pequeño que el de la capa base, la capa de termosellado tiene un gramaje de 15 g/m2 o menos, preferiblemente 10 g/m2 o menos, más preferiblemente 5 g/m2 o menos.

El grosor absoluto de la capa de termosellado es preferiblemente de 10 μm o menos, por ejemplo de 2 a 10 |im, que es significativamente menor que lo que es posible obtener en los productos de termosellado convencionales. A continuación, se examinarán más de cerca las realizaciones preferidas de la presente invención en base a los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1A muestra una vista en sección transversal de la estructura de un producto de fibra multicapa de doble capa según una realización de la presente invención.

La figura 1B muestra una vista en sección transversal de la estructura de un producto de fibra multicapa de tres capas según una realización de la presente invención.

La Figura 1C muestra una vista en sección transversal de la estructura de un producto de fibra multicapa según una realización de la presente invención, en cuya estructura la capa base y la capa de termosellado se mezclan parcialmente entre sí para fortalecer la unión entre las capas.

Las figuras 2A y 2B muestran diagramas de flujo del método de fabricación según la presente invención según dos realizaciones de la presente invención.

La figura 3 muestra los resultados de las pruebas de fuerza descritas en el ejemplo 1 como un gráfico.

Realizaciones

El término "capa que consiste principalmente en X" (o "comprende principalmente") en el presente contexto significa que dicha capa comprende al menos el 50% en peso del material X.

El término "sellado térmico" se refiere a una estructura y material que es capaz de formar un sello permanente bajo la influencia del calor y la presión al menos con otra estructura y material similar.

Los términos "proceso de formación de banda" y "formación" se refieren a la formación de una estructura basada en fibra a modo de banda mediante un proceso húmedo en el que las materias primas contenidas en el producto final se introducen en el alambre en forma de fango acuosa o espuma, se les da forma o se les da forma en una banda fibrosa que se seca en una sección de secado de una máquina de papel o cartón para proporcionar la matriz fibrosa final. Por "formación de espuma" se entiende en particular el método descrito en el documento FI126474.

El término "largo" cuando se usa para fibras sintéticas generalmente significa fibras que tienen una longitud de al menos 1 mm.

El término “banda multicapa” o “producto fibroso multicapa” se refiere a una banda o producto fibroso que está formado por al menos dos capas superpuestas de fibras. Puede haber una pluralidad de tales capas superpuestas, típicamente de 2 a 10, en particular 2 o 3. Preferiblemente, al menos una de las capas que forman la superficie del producto o banda multicapa está formada por una capa de termosellado. En una realización, la capa adyacente a la capa de termosellado es una capa de sustrato que normalmente no tiene propiedades de termosellado por sí misma. Además de las capas fibrosas, también puede haber una capa superficial que confiera propiedades preseleccionadas, por ejemplo, de hidrofobicidad, a los productos en capas.

Las "longitudes de fibra" de las "longitudes de fibra promedio" se expresan en términos de longitud promedio ponderada. La longitud media ponderada de la longitud de la fibra se calcula como la suma de las longitudes de las fibras individuales al cuadrado dividida por la suma de las longitudes de las fibras individuales.

Como se desprenderá de lo anterior, en el método de fabricación de una realización preferida, la capa de termosellado de un material de papel se coloca sobre el producto ya en la etapa de fabricación para proporcionar un producto multicapa. Dicho producto fibroso multicapa se compone típicamente de una primera capa, por ejemplo una capa base, que comprende principalmente fibras naturales, como pulpa química, pulpa mecánica, pulpa semimecánica, fibras recicladas o cualquier combinación de estas, y una segunda capa, es decir, la capa de termosellado, que comprende principalmente fibras sintéticas, partículas o combinaciones de las mismas, que se forma sobre la primera capa en el proceso de formación de banda.

En una realización, se logra un método de fabricación de un producto fibroso multicapa que comprende al menos dos capas superpuestas en un proceso de formación de banda, en particular mediante la formación de espuma. En la realización

- se proporciona una primera capa que contiene principalmente fibras naturales, y

- una segunda capa que contiene fibras sintéticas o partículas proporcionadas,

estando dispuestas las capas primera y segunda en relación de superposición. La segunda capa es capaz de conferir propiedades de termosellado al producto fibroso.

En una realización,

- la primera capa se forma en una banda a partir de un primer fango que tiene una primera composición, y - la segunda capa se aplica sobre la banda formada por la primera capa a partir de un segundo fango que tiene una segunda composición para formar una banda multicapa.

La primera y la segunda composición difieren entre sí, por ejemplo, en cuanto al contenido de al menos un componente seleccionado entre fibras, polímeros, aditivos y agua. Preferiblemente, al menos una, en particular ambas composiciones contienen agentes espumantes.

En una realización, la primera y la segunda capa se forman y se unen en un proceso de formación de espuma utilizando una caja de entrada multicapa.

De acuerdo con una realización, el presente producto de fibra multicapa se fabrica usando tecnología de formación de espuma al menos para la producción de la capa base, y preferiblemente también para la producción de la capa de termosellado y la interconexión de las capas. En general, la tecnología se describe en las publicaciones FI 126474 B y FI 126092 B. La formación de espuma permite una distribución uniforme de fibras sintéticas largas también en capas finas y, por lo tanto, un producto final de alta calidad.

En una realización, la formación de espuma del presente producto multicapa se lleva a cabo utilizando una sola unidad de formación a la que se alimentan las corrientes de espuma en capas o en secciones.

La unidad de formación puede ser horizontal o vertical. Por ejemplo, en una banda de dos capas, una corriente de espuma forma la banda base. La materia seca de esa corriente se compone principalmente de fibras naturales. La otra capa de formación que forma la capa de sellado comprende principalmente fibras termoplásticas.

Generalmente, mediante la formación de espuma se puede mantener una alta consistencia de la pasta de papel (alto contenido de materia seca del fango). Típicamente, en la presente tecnología, la consistencia en la caja de entrada es superior al 0,1 % en peso, en particular superior al 0,5 % en peso y hasta aproximadamente el 3 % en peso.

En una realización preferida, una parte del material de partida se forma primero en una banda de base plana que contiene agua que comprende una primera fase de agua y una primera fase de fibra que comprende principalmente fibras naturales. En particular, la banda se forma mediante formación de espuma, como se describe a continuación, dispersando las fibras en una espuma o un líquido espumoso de agua y al menos un agente espumante. La capa de termosellado se une a la banda base como una banda parcial o como una dispersión, en particular como una banda parcial espumada o como una dispersión espumada, que comprende una segunda fase acuosa y una segunda fase de fibra o de partículas que comprende principalmente fibras sintéticas o partículas o combinaciones de las mismas, y permitiendo que las fibras sintéticas y cualquier partícula de la segunda fase de fibras se infiltren al menos parcialmente entre las fibras naturales de la primera fase de fibras.

La banda multicapa húmeda resultante se seca para eliminar el agua, por lo que las fibras naturales y las fibras sintéticas forman juntas una matriz de fibra en capas. En la misma conexión, se pueden aplicar uno o más aglutinantes a la primera y/o segunda fase acuosa, o sobre toda la banda, por lo que también el aglutinante se infiltra en las capas deseadas. Preferiblemente, el aglutinante se selecciona de modo que sea compatible con las fibras y partículas de la capa de termosellado.

Generalmente, la relación entre la velocidad de la corriente de espuma y la velocidad del alambre (sobre el cual posiblemente ya se ha depositado una primera capa de un primer fango) está en el rango de 0,1 a 2,5.

En una realización, la relación no es igual a 1. En esa realización, habrá una mezcla de las capas sobre el alambre para permitir el desarrollo de la unión entre capas.

En una realización, la relación es mayor que 1 y hasta 2,5.

En una realización, la formación de espuma comprende formar una dispersión espumada dispersando fibras en una espuma o líquido espumable de agua y al menos un agente espumante para obtener fibra-espuma que comprende normalmente del 0,1 al 15 %, por ejemplo del 0,5 al 10 % en peso de al menos un agente espumante. La fibra-espuma así formada se transporta luego a un soporte perforado, tal como un alambre, y el líquido se drena a través del soporte perforado para formar una lámina.

Los agentes espumantes para producir espumas se seleccionan de agentes tensioactivos, que permiten la formación de una espuma. Así, típicamente, el agente espumante se selecciona de un agente polimérico espumante soluble en agua y agentes poliméricos espumantes dispersables en agua y combinaciones de los mismos. El agente espumante se puede seleccionar de glicanos solubles en agua, glicanos dispersables en agua, polímeros hidrofílicos solubles en agua y polímeros hidrofílicos dispersables en agua y combinaciones de los mismos. Preferiblemente, los glicanos solubles en agua y los glicanos dispersables en agua se seleccionan de polisacáridos y derivados de los mismos. Los polímeros hidrofílicos solubles en agua y los polímeros hidrofílicos dispersables en agua también se pueden seleccionar de poli(alcohol vinílico) y poli(acetato de vinilo) y copolímeros de los mismos.

En una realización, donde las fibras no forman enlaces de hidrógeno, los productos químicos espumantes actúan también como aglutinante.

En una realización, en particular llevada a cabo usando cajas de entrada separadas, es posible primero secar la capa formada a partir de un primer fango de una primera caja de entrada para eliminar una porción, típicamente una porción mayor, del agua antes de que se deposite una segunda capa de una segunda caja de entrada sobre la primera capa todavía húmeda. Así, en una realización,

- se forma una primera capa en una banda que tiene un primer contenido de sólidos,

- la banda se somete a secado para aumentar el contenido de sólidos de la banda para proporcionar una banda modificada que tenga un segundo contenido de sólidos (segundo contenido de materia seca), y

- se aplica una segunda capa sobre la banda modificada.

Del mismo modo, particularmente en el uso de cajas de entrada separadas:

- la banda se somete a prensado en una sección de prensa, a secado en cilindro en cilindro sección o a una combinación de los mismos, con el fin de aumentar el contenido de sólidos de la banda para proporcionar una banda modificada que tenga un segundo contenido de sólidos (segundo contenido de materia seca), y

- se aplica una segunda capa sobre la banda modificada.

La primera capa tiene inicialmente un alto contenido de agua, del orden de la primera composición de agua utilizada para la formación de banda, y se seca hasta un mayor contenido de sólidos (contenido de materia seca) para formar una banda modificada antes de la deposición de la segunda composición del agua. Por ejemplo. La primera capa se seca hasta un segundo contenido de sólidos del 15 al 35 % en peso, en particular del 20 al 35 % en peso, para formar una banda modificada antes de aplicar la segunda capa sobre la banda.

En una realización, el secado de la banda y en particular de la banda multicapa se lleva a cabo mediante un secado sin contacto.

El secado se lleva a cabo, por ejemplo, mediante al menos un método seleccionado del grupo que consiste en secado al vacío, secado por aire caliente, secado por paso de aire, secado IR, secado en cilindro y combinaciones de los mismos.

El secado se lleva a cabo típicamente hasta que se alcanza un contenido de humedad final de menos del 20 % en peso, típicamente menos del 15 % en peso, en particular menos del 10 % en peso.

En una realización, las partículas (incluidas las fibras) de las capas tienen un tamaño mayor que el tamaño de los poros del alambre. Esto permite el uso de vacío para mejorar la eliminación de agua de la banda.

La aplicación de un aglutinante se puede llevar a cabo sobre la banda parcial o la banda multicapa, es decir, por separado sobre las bandas de la banda de capa base y la capa de termosellado antes de unirlas entre sí, o solo después de la unión. La estructura se puede reforzar aplicando aglutinante en la interfaz de las capas, ya sea en una o en ambas bandas parciales, típicamente en sus superficies de contacto, antes de unir las bandas entre sí. En una realización, tanto la capa base como la capa de termosellado comprenden el mismo aglutinante termoplástico, convenientemente esparcido uniformemente sobre las capas o dentro de ellas.

Las propiedades hidrofóbicas de un producto como se describe en este documento se pueden mejorar aún más. Así, en una realización, en la superficie opuesta de la capa de termosellado de la capa base se dispone una capa que tiene propiedades hidrofóbicas. Un ejemplo es una capa de laca superficial.

Se pueden conferir propiedades hidrofóbicas a una capa superficial del producto multicapa mediante el uso de agentes hidrofóbicos, como dímero de alquileno ceteno (AKD), anhídrido alquenilsuccínico (ASA) y aglutinantes en combinación con agentes aglutinantes reticulantes.

En cuanto a los materiales fibrosos y particulados de las capas, se puede señalar lo siguiente.

En el presente contexto, en particular, las fibras naturales se obtienen a partir de materias primas de celulosa o lignocelulosa, por ejemplo, mediante el uso de pulpado o desfibrado químico o semiquímico. Las fibras también pueden ser fibras de pulpa mecánica o fibras recicladas. Especialmente, las fibras naturales se refieren a fibras naturales y sus mezclas descritas con mayor precisión en la publicación FI 126474 B.

Como materia prima de las fibras de celulosa o lignocelulosa, se pueden utilizar materiales de madera o materiales vegetales, tales como plantas anuales o perennes. En particular, se utiliza como materia prima material de árboles de hoja caduca (obtenidos a partir de abedul, álamo temblón, álamo, aliso, eucalipto o madera dura tropical mixta) o, en particular, material de árboles de coníferas. Ejemplos de estos últimos incluyen la madera obtenida de abeto o pino.

Las fibras de celulosa o lignocelulosa se pueden refinar.

En una realización, se emplean fibras de celulosa o lignocelulosa sin refinar, en particular fibras de celulosa. En una realización, la capa base (capa de sustrato) se compone principalmente de fibras naturales. En una realización, la capa base (capa de sustrato) comprende más del 50 % en peso y hasta el 100 % en peso de fibras naturales calculadas a partir del peso total de las fibras de la capa base (capa de sustrato).

En una realización, la capa base (capa de sustrato) puede comprender del 1 al 49 %, normalmente de aproximadamente el 1 al 30 %, por ejemplo, de aproximadamente el 1 al 20 % en peso de otras fibras, especialmente fibras sintéticas.

También se pueden incorporar otros componentes, por ejemplo aglutinantes u otros aditivos, y potencialmente otros componentes requeridos por el producto o el proceso de fabricación. La cantidad de dichos componentes es en general de aproximadamente 0,1 a 30 partes en peso por 100 partes en peso de la capa.

Los ejemplos de aglutinantes incluyen aglutinantes naturales y biopolímeros, como almidón y almidón modificado y derivados del almidón, quitosano, alginatos y aglutinantes sintéticos, tales como látex de acetato de vinilo y acrilato de vinilo y látex de poliuretano y ^{S b ,}así como mezclas de los mismos y varios copolímeros, particularmente copolímeros de polímeros aglutinantes sintéticos.

La capa de termosellado puede comprender hasta un 100 %, por ejemplo 50-100 %, tal como 51-99 %, en peso de fibras y/o partículas termoplásticas, tales como polilactida (PLA), polímero de ácido glicólico, poliolefina, polietilen tereftalato, poliéster, poliamida, alcohol polivinílico o fibras o partículas bicomponente (bico). En particular, el material puede ser PLA, polipropileno (PP), polietileno (PE) o fibras bicomponente. También otros biopolímeros, como el succinato de polibutileno (PBS), son polímeros potenciales para estas fibras o partículas sintéticas. Uno de los ejemplos preferidos son las fibras o partículas sintéticas multicapa de PLA-PBS. Especialmente las fibras termoplásticas pueden ser fibras termoplásticas biodegradables.

Como materia prima de la capa de termosellado, por ejemplo hasta alrededor del 50 % en peso, por ejemplo alrededor del 0,1 a alrededor del 50 % en peso (por ejemplo del 1 al 49 % en peso), otras fibras, como fibras largas También se pueden utilizar fibras de refuerzo, especialmente viscosa, o fibras naturales o fibras sintéticas distintas de los termoplásticos. Así, por ejemplo, las fibras de celulosa o lignocelulosa del tipo descrito anteriormente (y refinadas o preferiblemente no refinadas) pueden incorporarse a la capa de termosellado. Típicamente, la cantidad de dichas fibras es de hasta el 40 % en peso, en particular de aproximadamente el 5 al 30 % en peso.

Las fibras sintéticas de la capa de termosellado pueden tener una densidad lineal de, por ejemplo, 10 dtex o menos, preferiblemente no más de 5 dtex, como 1-5 dtex. La longitud media de las fibras largas puede ser, por ejemplo, de 1 a 50 mm, preferiblemente de 1 a 20 mm, tal como de 3 a 12 mm. Las fibras típicas de PLA adecuadas para su uso tienen una masa de longitud de 1,7 dtex y una longitud de 6 a 12 mm.

También se pueden incorporar ligantes y/u otros aditivos requeridos por el producto o el proceso de fabricación. La cantidad de dichos componentes es en general de aproximadamente 0,1 a 30 partes en peso por 100 partes en peso de la capa.

Los ejemplos de aglutinantes incluyen aglutinantes naturales y biopolímeros, como almidón y almidón modificado y derivados del almidón, quitosano, alginatos y aglutinantes sintéticos, como acetato de vinilo y látex de acrilato de vinilo y poliuretanos y látex SB, así como mezclas de los mismos y diversos copolímeros, particularmente copolímeros de polímeros aglutinantes sintéticos. En una realización, se utilizan aglutinantes que son capaces de termosellarse. En una realización, se emplean aglutinantes que son capaces de conferir propiedades de elasticidad a la capa de termosellado, tales como poliuretanos.

La interconexión de las capas se puede llevar a cabo o se puede mejorar también por calor, por ejemplo calandrando la banda multicapa al menos a 90 °C y preferiblemente por encima de 130 °C.

En una realización, la composición acuosa ("primer fango") para la primera capa contiene además de fibras naturales y, opcionalmente, fibras y/o partículas sintéticas, también del 0,1 al 15 % en peso, calculado a partir del contenido de sólidos, de un aditivo seleccionado de tensioactivos, agentes aglutinantes y combinaciones de los mismos.

En una realización, la composición acuosa ("segundo fango") para la segunda capa contiene además de fibras y/o partículas sintéticas y, opcionalmente, otras fibras, como fibras naturales, también del 0,1 al 15 % en peso, calculado a partir de los sólidos. contenido, de un aditivo seleccionado entre tensioactivos, aglutinantes y combinaciones de los mismos.

Como se desprenderá de lo anterior, en una realización preferida, la primera capa es "no termosellable", es decir, incapaz de termosellarse contra otra capa similar, mientras que la segunda capa es capaz de termosellarse contra otra capa.

Dirigiéndose seguidamente a los dibujos que ilustran diversas realizaciones más de estrechamente, se puede observar que la Figura 1A muestra una estructura básica con una capa base 12 (que también se puede denominar "capa de sustrato") y una capa de termosellado 14 dispuestas sobre la primera superficie de la capa base. La figura 1B muestra una realización en la que también sobre la segunda superficie opuesta de la capa base se dispone una capa superficial funcional 16. Esta segunda capa superficial 16 puede ser, por ejemplo, una capa hidrófoba para proporcionar al producto final propiedades tanto de termosellado como de impermeabilización mejorada.

En general, la capa de termosellado 14 es más delgada que la capa base 12. Normalmente, su gramaje es de 10 g/m2 o menos, preferiblemente de 1 a 5 g/m2, tal como de 2 a 4 g/m2, siendo el gramaje de la capa base preferiblemente de 20 a 100 g/m2, por ejemplo de 30 a 70 g/m2, en particular 20-60 g/m2 o 20 a 40 g/m2. En una realización, se produjo un producto multicapa de 70 g/m2 (una hoja o banda) con una capa de termosellado de 10 g/m2 superpuesta a una capa base fibrosa de 60 g/m2. En otra realización, se produjo un producto multicapa que tenía un gramaje de 30 g/m2 para la capa base y 3 g/m2 para la capa de termosellado.

Como se discutió anteriormente, la capa base puede contener 50-100 %, por ejemplo 51-99 %, en peso de fibras naturales, típicamente fibras de celulosa o lignocelulósicas.

En una realización, una estructura multicapa como se muestra en los dibujos se fabrica mediante una máquina de papel o cartón utilizando una caja de entrada multicapa configurada para la formación de espuma.

Haciendo referencia a la figura 2A, se puede observar que, según una realización, la banda parcial que forma la capa base y la banda parcial que forma la capa de termosellado se forman en los pasos 21A y 21B en un proceso de formación de espuma a partir de diferentes masas. usando una caja de entrada de múltiples capas de una máquina de papel, después de lo cual se forma una banda de múltiples capas a partir de las bandas parciales en el paso 22.

La banda multicapa se seca adicionalmente en el paso 23 para preparar un producto de fibra multicapa. Opcionalmente, se puede aplicar un aglutinante a las bandas parciales en los pasos 21A y 21B. Además u opcionalmente, también se puede aplicar un aglutinante a la banda multicapa. La banda multicapa también se puede calandrar para mejorar la interconexión de las capas.

Haciendo referencia a la figura 2B, según una realización, la banda base que forma la capa base se forma en el paso 26 mediante la formación de espuma, después de lo cual sobre la superficie de la banda que forma la capa base se aplican fibras o partículas sintéticas termoplásticas en el paso 28, aún durante la fase de formación de banda, para producir una banda multicapa. Antes de esto, también se puede aplicar un aglutinante a la banda base en el paso 27. Finalmente, la banda multicapa se seca para producir un producto de fibra multicapa en el paso 29.

Mediante la formación de espuma, en particular llevada a cabo en relación con la formación de bandas, es posible ajustar la mezcla entre las diferentes capas para lograr la resistencia de capa requerida.

De acuerdo con una realización, visualizada en la figura 1C, las fibras de la capa base 12C y la capa de termosellado 14C se mezclan en la zona de interfaz de la capa de tal manera que la interfaz de las capas se vuelve "deslizante". El grosor de la zona de interfaz 13C puede ser, por ejemplo, del 5 al 50 % del grosor de la capa de termosellado 14C, por ejemplo, de 0,5 a 3 |im. La mezcla fortalece la adhesión y, por lo tanto, todo el producto y especialmente las costuras térmicas producidas a partir del producto. Posiblemente también se puede producir una mezcla correspondiente a las otras interfaces de capa del producto. Si es necesario, la estructura multicapa también se puede producir formando espuma de tal manera que las capas no se mezclen sustancialmente entre sí.

La capa base 12, 12C, se refiere a esta unidad pero, en general, también la capa base puede comprender varias subcapas. De acuerdo con una realización, la capa base 12, 12C, así como la capa de termosellado, comprende sin embargo sustancialmente una única capa y tiene una composición de fibra homogénea.

Ejemplo 1. El efecto de la estructura de capa sobre la termoseMabilidad.

Se utilizó un molde de láminas para fabricar láminas con una primera capa en el lado del alambre que consiste en 100 % de fibras de celulosa y la capa auxiliar, es decir, una capa termosellada, que consiste en una mezcla de fibras de celulosa y fibras de poliactida (PLA). Se aplicó un aglutinante sobre la hoja en el lado de la primera capa que no se sella por calor. Las capas fueron calandradas a una temperatura de 90 °C usando un punto de contacto y una presión de 10 bar.

Las láminas se cerraron con una fuerza de 800 N, a una temperatura de 210 °C y un tiempo de termosellado de 0,5 s. La resistencia de las costuras se midió con un dispositivo de tracción horizontal utilizando tiras de muestra que tenían una anchura de 50 mm. Las tiras se cortaron de la hoja en la dirección transversal de tal manera que las costuras se orientaron en la dirección de la máquina. La velocidad de estirado de las tiras de papel fue de 20 mm/min y el espacio de estirado de 100 mm. Se realizaron 3-4 determinaciones paralelas en cada muestra. Se utilizó la misma cantidad de material total en muestras (1a, 2a, 3a, 4) y muestras de referencia (1b, 2b, 3b); sin embargo, de tal forma que en las muestras las fibras sintéticas se mezclaron solo en la parte de la cantidad de la fibra de celulosa. Así, se generó una estructura de capa más similar a la descrita anteriormente. En las muestras de referencia, las fibras sintéticas se mezclaron uniformemente con la cantidad total de fibra de celulosa.

En la tabla 1 y la figura 3 se muestran más detalles sobre materiales y resultados.

Tabla 1. Medición de la fuerza de costura

Como se desprende de los resultados de las muestras (1a, 2a, 3a, 4) y las muestras de referencia (1b, 2b, 3b), respectivamente, la resistencia de la costura aumentó en al menos un 60 % cuando las fibras sintéticas se colocaron en capas en un lado de hoja, en comparación con una situación en la que las fibras de PLA se distribuyeron uniformemente a lo largo de toda la estructura de la hoja.

La muestra 4 muestra que incluso una capa delgada (5 g/m2) de termosellado encima de una capa base de fibras naturales produce una costura resistente. Así, las presentes fuerzas de sellado, suficientes para aplicaciones prácticas, pueden lograrse con las estructuras descritas anteriormente usando cantidades significativamente menores de polímero sintético que cuando se mezcla uniformemente el polímero sintético en todo el producto de fibra.

Aplicabilidad Industrial

El producto de acuerdo con la presente invención se puede utilizar, por ejemplo, como un envase o pieza inicial de envase de termosellado, tal como bolsas o lazos, que tienen al menos una costura termosellada.

Referencias

Publicaciones de patente

F I126474 B

FI 126092 B

FI 63806

ER 0195458 B1

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar un producto fibroso multicapa que comprende al menos dos capas superpuestas, caracterizado por proporcionar en un proceso de formación de banda

- una primera capa que contiene principalmente fibras naturales, y

- una segunda capa que contiene partículas o fibras sintéticas,

en el que las capas primera y segunda se forman y unen entre sí en un proceso de formación de espuma, estando dispuestas dichas capas primera y segunda en relación superpuesta y siendo capaz dicha segunda capa de conferir propiedades de termosellado al producto fibroso y en el que

- la primera capa se forma en una banda a partir de un primer fango que tiene una primera composición, y - la segunda capa se aplica sobre la banda formada por la primera capa a partir de un segundo fango que tiene una segunda composición para formar una banda multicapa,

siendo dicha primera composición diferente de dicha segunda composición, y las capas primera y segunda se forman por formación de espuma,

en el que la segunda capa comprende al menos el 50% en peso, calculado del peso total de las fibras de la segunda capa, de fibras termoplásticas y/o partículas.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las capas primera y segunda se forman y se unen entre sí en un proceso de formación de espuma, preferiblemente utilizando una caja de entrada multicapa.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que

- la primera capa se forma en una banda que tiene un primer contenido de sólidos,

- dicha banda se somete a secado para aumentar el contenido de sólidos de la banda para proporcionar una banda modificada que tiene un segundo contenido de sólidos, y

- la segunda capa se aplica sobre la banda modificada.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que

- dicha banda se somete a prensado en una sección de prensa, a secado en cilindro en sección de cilindro o a una combinación de los mismos, para aumentar el contenido de sólidos de la banda para proporcionar una banda modificada que tiene un segundo contenido de sólidos, y

- la segunda capa se aplica sobre la banda modificada.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende proporcionar por secado una primera capa modificada que tiene un contenido de materia seca de 15 a 35 % en peso, en particular 20 a 35 % en peso, antes de aplicar una segunda capa sobre la primera capa.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la banda multicapa formada por dichas capas primera y segunda se seca para producir un producto fibroso multicapa, en el que el secado de la banda multicapa se lleva a cabo mediante un secado sin contacto, por ejemplo por al menos un método seleccionado del grupo que consiste en secado al vacío, secado por aire caliente, secado por paso de aire, secado IR y combinaciones de los mismos.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera capa se forma a partir de un primer fango que contiene fibras naturales seleccionadas de fibras de celulosa y lignocelulosa y combinaciones de las mismas, en particular el primer fango contiene fibras de celulosa o lignocelulosa o combinaciones de las mismas que se obtienen de plantas anuales o perennes, en particular de la madera, y la segunda capa se forma a partir de un segundo fango que contiene partículas o fibras termoplásticas seleccionadas de poliactida, polímero de ácido glicólico, poliolefina, tereftalato de polietileno, poliéster, poliamida, alcohol polivinílico, succinato de polibutileno o partículas o fibras bicomponente (bico) y combinaciones de los mismos, en particular el segundo fango contiene fibras termoplásticas biodegradables, tales como fibras de poliactida o poliactida-succinato de polibutileno.

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda capa se forma a partir de un segundo fango que contiene fibras termoplásticas que tienen una densidad lineal de hasta 10 dtex, preferiblemente hasta 5 dtex, tal como 1-5 dtex, y una longitud promedio de 1-50 mm, preferiblemente 1-12 mm, tal como 6-12 mm.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer o el segundo fango o ambos comprenden al menos un aglutinante seleccionado del grupo de aglutinantes naturales y biopolímeros, tales como almidón o modificación o derivados del almidón, quitosano, alginato, o aglutinantes sintéticos, tales como látex de acetato de vinilo y acrilato o látex de poliuretano o SB, alcohol polivinílico o acetato de polivinilo, o cualquier mezcla de estos aglutinantes o copolímero, especialmente un aglutinante termoplástico.

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera o la segunda capa o ambas se impregnan con un aglutinante.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la primera capa comprende más del 50% y hasta el 100% en peso, calculado a partir del peso total de las fibras de la primera capa, de fibras naturales, y la segunda capa comprende hasta el 100 %, por ejemplo 50-100 %, tal como 51-99 % en peso, calculado a partir del peso total de las fibras de la segunda capa, de partículas y/o fibras termoplásticas.

12. Un producto fibroso multicapa, tal como un paquete fibroso, una lámina fibrosa o una banda fibrosa, obtenido mediante el método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende

- una capa base producida principalmente con fibras naturales,

- una capa de termosellado situada sobre la capa base,

caracterizado porque la capa de termosellado consiste principalmente en partículas o fibras sintéticas termoplásticas,

en el que la capa de termosellado comprende al menos el 50 % en peso, calculado a partir del peso total de las fibras de la capa de termosellado, de partículas y/o fibras termoplásticas.

13. El producto de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la capa de termosellado consiste principalmente en fibras termoplásticas biodegradables que tienen una densidad lineal de hasta 10 dtex, preferiblemente hasta 5 dtex, tal como 1-5 dtex, y una longitud promedio de 1-12 mm, preferiblemente 1-12 mm, tal como 6-12 mm.

14. El producto de acuerdo con la reivindicación 12 o 13, en el que el gramaje de la capa de termosellado es 10 g/m2 o menos, ventajosamente 1-4 g/m2, mientras que el gramaje de la capa base es preferiblemente 20-100 g/m2, por ejemplo 30-70 g/m2, en particular 20-40 g/m2.

15. El producto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que sobre la superficie opuesta de la capa de termosellado o la capa base está dispuesta una capa fibrosa que tiene propiedades hidrofóbicas.

16. El producto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que tanto la capa base como la capa de termosellado comprenden el mismo aglutinante termoplástico, convenientemente distribuido uniformemente sobre o en las capas.

17. El producto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, que comprende al menos una hoja plegada para formar un paquete, cuando el producto comprende al menos una zona de costura en cuya área la hoja está unida a sí misma o a otra hoja por termosellado.

18. Uso de un producto de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17 como material de envasado de termosellado o de costura térmica.