BR112018013401B1

BR112018013401B1 - Métodos de formação de um produto de celulose reticulado

Info

Publication number: BR112018013401B1
Application number: BR112018013401-5A
Authority: BR
Inventors: Charles E. Miller; Alan D. Lovas
Original assignee: International Paper Company
Priority date: 2015-12-29
Filing date: 2016-12-22
Publication date: 2022-09-20
Also published as: JP2019500512A; CL2018001746A1; CA3008278C; EP3397808A1; US20190085508A1; CN108431330A; WO2017117023A1; US10156042B2; RU2018127672A3; BR112018013401A2; RU2738343C2; RU2018127672A; US11339532B2; CN108431330B; US20170183817A1; JP7488025B2; CA3008278A1

Abstract

A presente invenção refere-se a métodos de formação de celulose reticulada que incluem misturar um agente de reticulação com fragmentos de fibra de camada de celulose compostos de fibras de celulose ligadas por hidrogênio e que têm um teor de sólidos de cerca de 45 a 95% para formar uma mistura substancialmente homogênea de fibras de celulose individualizadas, não reticuladas, secar a mistura resultante até 85 a 100% de sólidos, então, curar a mistura seca sob condições eficazes para reticular as fibras de celulose. Alguns dentre tais métodos podem incluir fragmentação de uma camada de fibra de celulose para formar os fragmentos de camada. Os sistemas incluem uma unidade de mistura (tal como um misturador de alta consistência), configurada para formar, a partir dos fragmentos de camada e um agente de reticulação, uma mistura substancialmente homogênea de fibras de celulose individualizadas, não reticuladas, e a partir de um agente de reticulação, em condições do ambiente, uma unidade de secagem para secar a mistura substancialmente homogênea até uma consistência de 85 a 100%, e incluem uma unidade de cura para curar o agente de reticulação, a fim de formar fibras de celulose reticuladas curadas e secas.

Description

CAMPO DA TÉCNICA

[001] Esta revelação se refere aos métodos e sistemas para formar fibra modificada, em particular fibras de celulose reticuladas intrafibra, de folhas de polpa e/ou fragmentos de folhas de polpa.

ANTECEDENTES

[002] Tradicionalmente, as fibras de celulose de pinheiro do sul e outras espécies de madeiras macias são usadas em produtos absorventes, em grande parte, devido ao fato de que a morfologia dessas fibras fornece bom desempenho absorvente. Comparadas às fibras de madeira dura, as fibras de pinheiro do sul e de outras madeiras macias tendem a ser mais longas (por exemplo, com um comprimento de fibra ponderado em relação ao comprimento de cerca de 2,5 mm) e mais pesadas (por exemplo, com um peso de fibra de mais de cerca de 20 mg/ 100 m), e formam blocos de baixa densidade, com volume morto suficiente para sustentar, várias vezes, seu peso em líquido. As fibras de madeira dura, por outro lado, são conhecidas por seu desempenho em aplicações de papel, em que o comprimento de fibra mais curto (por exemplo, cerca de 1 mm) e o peso de fibra inferior (por exemplo, menos de cerca de 20 mg/ 100 m) fornecem uma estrutura densa e uma superfície de papel lisa.

[003] As fibras de celulose reticuladas são usualmente produzidas por meio de aplicação de um agente de reticulação a uma folha seca ou a um rolo de fibras convencionais de polpa de madeiras macias, de modo geral, em uma concentração diluída para garantir a impregnação de substância química da folha, seguida por fiberização a úmido em um moinho de martelo, a fim de gerar fibras de celulose individualizadas e tratadas. Essas fibras são, então, secas, tal como em um secador rápido, e curadas, tal como em um forno. As fibras resultantes exibem reticulação intrafibra, na qual as moléculas de celulose dentro de uma fibra de celulose são reticuladas. A reticulação intrafibra, de modo geral, confere contorção e ondulação à fibra de celulose e, também, confere volume à fibra, propriedades que são vantajosas em alguns produtos absorventes.

[004] Uma desvantagem desse método é o alto custo de capital do processo de produção, bem como altos custos de energia, devido à secagem da fibra antes da cura. Outra desvantagem é que a moagem em moinho de martelo a úmido pode gerar acúmulo de fibra e de substância química sob condições usuais de moagem de calor e alto fluxo de ar. Além disso, a moagem em moinho de martelo a úmido produz características indesejáveis, tais como nós, que são pedaços ou tufos de fibra não fiberizada da folha de polpa original. De modo geral, à medida que as velocidades de produção aumentam, o nível de nós também aumenta, visto que a eficiência de moagem em moinho de martelo é reduzida.

SUMÁRIO

[005] Várias modalidades de métodos de formação de produtos de celulose reticulados, bem como produtos decelulose reticulados formados a partir de tais métodos, são revelados no presente documento. Os produtos podem incluir, por exemplo, fibras individuais de celulose reticuladas, bem como camadas, blocos, folhas, redes e similares, produzidos, de modo geral, a partir de fibras individuais de celulose reticuladas.

[006] Em um aspecto, a presente revelação fornece métodos de formação de produtos de celulose reticulados que incluem misturar um agente de reticulação com fragmentos de camada de fibra de celulose formados de fibras de celulose ligadas por hidrogênio que têm um alto teor de sólidos - ou seja, um teor de sólidos de pelo menos cerca de 45% e até cerca de 95%. O agente de reticulação é adicionado em uma quantidade adequada para efetuar um nível desejado de reticulação nas fibras de celulose com base no teor de sólidos dos fragmentos de camada. Em alguns métodos, a mistura é suficiente para alcançar individualização (afofamento) das fibras de celulose durante a formação de uma mistura substancialmente homogênea de fibras e agente de reticulação. Em alguns métodos, a mistura é realizada em condições do ambiente. Em alguns métodos, o teor de sólidos da mistura (do agente de reticulação e dos fragmentos de camada) é ajustado para que seja cerca de 40 a 60%, tal como por meio de mistura do agente de reticulação a uma concentração que irá alcançar tal teor de sólidos de mistura, quando misturado com os fragmentos de camada. Isso pode envolver diluir ou concentrar o agente de reticulação antes de sua mistura com os fragmentos de camada. Os métodos incluem adicionalmente secar a mistura resultante (também referida em termos de que consiste em - ou seja, fibras individuais quimicamente tratadas) até 85 a 100% de sólidos, então curar as fibras individuais quimicamente tratadas secas a fim de reticular as fibras. Alguns métodos incluem adicionalmente, antes de misturar, preparar os fragmentos de camada por meio de fragmentação - ou seja, desfibramento, corte em anéis ou, de outro modo, quebra, em pedaços, - de uma camada ou folha de fibra de celulose, tal como uma folha de polpa. Essas camadas ou folhas podem ser fornecidas em fardo, em dobra a úmido ou em forma de rolo. Em alguns casos, uma camada ou folha pode ser umidificada, tal como para amolecê-la, antes ou durante a fragmentação. Alguns exemplos de agentes de umidificação incluem água, agente de reticulação, uma solução de catalisador, outros aditivos baseados em líquido ou várias de suas combinações.

[007] Em um exemplo particular, sem limitação, de tal método, fragmentos de camada de fibra de celulose que têm um alto teor de sólidos são formados por meio de desfibramento, corte ou corte em anéis de uma folha de polpa de celulose, seguido por mistura de um agente de reticulação de ácido polimérico com os fragmentos de camada, em uma quantidade para alcançar uma substância química no nível de polpa de cerca de 2 a 14%, em que o dito agente de reticulação é misturado com os fragmentos de fibra em condições do ambiente. O teor de sólidos pretendido da mistura é cerca de50 a 60%, e é ajustado por meio de mistura do agente de reticulação a uma concentração adequada para alcançar o teor de sólidos pretendido de mistura e a dosagem de substância química desejada. Durante a mistura, os fragmentos de camada são individualizados em fibras de celulose distintas no misturador. As fibras individuais quimicamente tratadas resultantes são, então, secas e curadas conforme acima.

[008] Em outro aspecto, a presente revelação fornece modalidades de um sistema para formar produtos de celulose reticulados, que incluem um misturador configurado para formar, a partir de fragmentos de camada de fibra de celulose formados de fibras de celulose ligadas por hidrogênio e que têm um alto teor de sólidos de cerca de 45 a 95% e um agente de reticulação, uma mistura substancialmente homogênea de fibras de celulose individualizadas, não reticuladas e um agente de reticulação, em condições do ambiente. Essa mistura também é denominada como fibras individuais quimicamente tratadas. O sistema inclui adicionalmente, a jusante do misturador, um secador configurado para secar a mistura substancialmente homogênea até uma consistência de 85 a 100%, sem a cura do agente de reticulação; e uma unidade de cura acoplada ao secador que é configurada para curar o agente de reticulação, formando, desse modo, fibras de celulose reticuladas curadas e secas.

[009] Ainda, em outro aspecto, o agente de reticulação pode ser adicionado à folha de polpa, antes de gerar fibras de celulose individuais, pelos meios descritos no presente documento e por outros métodos conhecidos na técnica. Mais particularmente, o agente de reticulação pode ser adicionado à folha ou camada de polpa antes da formação dos fragmentos de camada, ou depois da formação dos fragmentos de camada. É possível a adição, antes da fragmentação, por meios tais como revestimento, pulverização, imersão, etc. O agente de reticulação pode ser adicionado subsequentemente à fragmentação, por exemplo, por meio de pulverização, antes da mistura na unidade de mistura. Se a dobra a úmido for usada como a camada de celulose inicial, também será possível adicionar o agente de reticulação durante o processo de dobra a úmido, de modo que o agente de reticulação esteja presente na camada de dobra a úmido, por exemplo, na dosagem pretendida.

[0010] Em outro aspecto, a presente revelação fornece fibras de polpa de celulose reticuladas intrafibra que têm uma substância química no nível de polpa de cerca de 2 a 14% e uma capacidade de AFAQ de pelo menos 16,0 g/g. Em algumas modalidades, as fibras de celulose são, ou incluem, fibras de polpa de celulose de madeira dura, tais como fibras de polpa de celulose de eucalipto ou misturas de fibras.

[0011] Os conceitos, as características, os métodos e as configurações de componente descritos de maneira resumida acima são esclarecidos em referência aos desenhos anexos e à descrição detalhada abaixo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0012] A Figura 1 é uma representação esquemática de uma modalidade ilustrativa, sem limitação, de um sistema adequado para produzir fibras de celulose reticuladas, de acordo com um aspecto da presente revelação.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0013] De acordo com uma referência, o documento n° US5183707, de Herron et al., há três processos básicos de reticulação. O primeiro pode ser caracterizado como reticulação a seco, que é descrito, por exemplo, no documento n° US 3224926, de Bernardin. Em um processo de "reticulação a seco”, as fibras individualizadas, reticuladas, são produzidas por meio de reticulação de fibras sem dilatação em uma solução aquosa com agente de reticulação, escoamento e desfiberização das fibras, por meio de ação mecânica, e secagem das fibras em temperatura elevada para efetuar a reticulação, enquanto as fibras estão em um estado substancialmente individual. As fibras são reticuladas, de modo inerente, em um estado sem dilatação, colapsado, como um resultado de ser desidratada antes da reticulação. Esses processos produzem o que são denominadas como fibras "reticuladas a seco". As fibras reticuladas a seco são, de modo geral, altamente enrijecidas por meio de ligações de reticulação, e as estruturas absorventes feitas de tais fibras exibem resiliência a seco e a úmido relativamente alta. As fibras reticuladas a seco são adicionalmente caracterizadas por valores baixos de retenção de fluido (FRV).

[0014] O segundo tipo, que é exemplificado no documento n° US3241553, de Steiger, envolve a reticulação das fibras em uma solução aquosa que contém um agente de reticulação e um catalisador. As fibras produzidas dessa maneira são denominadas como fibras "reticuladas de solução aquosa". Devido ao efeito de dilatação de água em fibras celulósicas, as fibras reticuladas de solução aquosa são reticuladas, enquanto estão em um estado sem dilatação, não colapsado. Em relação às fibras reticuladas secas, as fibras reticuladas de solução aquosa, por exemplo, conforme revelado na patente n° ‘553, têm maior flexibilidade e menos rigidez, e são caracterizadas por meio do valor de retenção de fluido mais alto (FRV). As estruturas absorventes feitas a partir de fibras reticuladas de solução aquosa exibem resiliência a seco e a úmido inferior às estruturas feitas a partir de fibras reticuladas secas.

[0015] No terceiro tipo, o qual é exemplificado no documento n° US4035147, de Sangenis et al., as fibras individualizadas, reticuladas, são produzidas por meio de contato de fibras desidratadas, sem dilatação, com o agente e o catalisador de reticulação, em uma solução substancialmente não aquosa que contém uma quantidade insuficiente de água para fazer com que as fibras se dilatem. A reticulação ocorre enquanto as fibras estão nessa solução substancialmente não aquosa. Esse processo produz fibras denominadas, no presente documento, como fibras “reticuladas de solução não aquosa". Tais fibras não se dilatam, ainda que mediante contato estendido com soluções conhecidas para aqueles versados na técnica, como reagentes de dilatação. À semelhança de fibras reticuladas secas, as fibras reticuladas de solução não aquosa são altamente enrijecidas por meio de ligações de reticulação, e as estruturas absorventes feitas a partir de tais fibras exibem resiliência a seco e a úmido relativamente alta.

[0016] Conforme explicado em mais detalhes no presente documento, a presente revelação descreve uma abordagem adicional, mais viável e flexível, conforme comparado às três descritas por Herron.

[0017] De modo geral, as fibras reticuladas celulósicas podem ser preparadas por meio de aplicação de um agente de reticulação (ou agentes de reticulação) às fibras celulósicas em uma quantidade suficiente para alcançar reticulação intrafibra sob condições adequadas (por exemplo, temperatura, pressão, etc.). Vários exemplos de fibras reticuladas celulósicas de ácido poliacrílico e exemplos de métodos de produção de fibras reticuladas celulósicas de ácido poliacrílico são descritos nos documentos n° US 5549791, US5998511 e US6306251. Um sistema e um método que podem ser considerados ilustrativos da abordagem convencional para a formação de fibras reticuladas celulósicas de ácido poliacrílico são revelados, por exemplo, nos documentos n° US 5447977 e US6620865. Como consequência, as referências à “abordagem convencional” se referem à produção de fibras de celulose reticuladas, de modo geral, de acordo com aquela nas patentes mencionadas anteriormente, as quais seguem o “processo de reticulação a seco” conforme descrito por Herron. De maneira resumida, o sistema, nessas patentes, inclui um dispositivo de transporte para transportar uma camada ou rede de fibras de celulose através de uma zona de tratamento de fibra, um aplicador para aplicar um agente de reticulação às fibras na zona de tratamento de fibra, um fiberizador para separar as fibras de celulose individuais que compõem a camada, para formar uma saída de fibra que consiste em fibras de celulose substancialmente não quebradas e essencialmente singularizadas (ou individualizadas), um secador acoplado ao fiberizador para evaporação rápida de umidificação residual, e uma zona de temperatura controlada para aquecimento adicional de fibras, além de um forno para curar o agente de reticulação, para formar fibras reticuladas individualizadas secas e curadas.

[0018] Embora os processos comerciais atuais para produzir produtos de fibra de celulose reticulada possam usar reagentes, quantidades de reagente, reação e outras condições de processo, e assim por diante, diferentes daqueles revelados nas patentes mencionadas anteriormente n° ‘977 e ’865, com os propósitos da presente revelação, as referências, no presente documento, ao processo comercial atual, de modo geral, referem-se à abordagem convencional esboçada nessas patentes.

[0019] Vários aspectos da abordagem convencional são descritos em mais detalhes nos parágrafos seguintes. O termo “camada” se refere a uma estrutura de folha de não tecido formada a partir de fibras de celulose ou outras fibras que não são ligadas de modo covalente, mas são entrelaçadas, de modo mecânico, e/ou ligadas por hidrogênio. As fibras incluem fibras obtidas a partir de polpa de madeira ou outras fontes, que incluem trapo de algodão, cânhamo, gramíneas, cana, pés de milho, bagaços de milho, ou outras fontes adequadas de fibras de celulose que possam ser transformadas em uma folha. A camada de fibras de celulose se encontra, de modo geral, na forma de folha, e pode ser uma dentre várias folhas em fardo de tamanho distinto ou pode ser um rolo contínuo.

[0020] Cada camada de fibras de celulose é transportada por meio de um dispositivo de transporte, que carrega a camada através da zona de tratamento de fibra, em que uma solução de agente de reticulação é aplicada à camada. A solução de agente de reticulação é aplicada a uma ou a ambas as superfícies da camada com uso de métodos que incluem pulverização, laminação, imersão, etc. Depois que a solução de agente de reticulação foi aplicada, a solução pode ser distribuída de modo uniforme através da camada, por exemplo, por meio de introdução da camada em um par de laminadores ou correias de prensa, de compactação ou de compressão e similares.

[0021] A camada impregnada é, então, fiberizada a úmido por meio da alimentação de um moinho de martelo com a camada. O moinho de martelo desintegra a camada em suas fibras de celulose individuais de componente, que são, então, transportadas pelo ar, através de uma unidade de secagem, para remover a umidificação residual.

[0022] A polpa tratada resultante é, então, transportada pelo ar através de uma zona de aquecimento adicional (por exemplo, um secador) para trazer a temperatura da polpa para a temperatura de cura. Em uma variante, o secador inclui uma primeira zona de secagem para receber as fibras e remover a umidificação residual das fibras por meio de um método de secagem rápida, e uma segunda zona de aquecimento para curar o agente de reticulação, a fim de permitir que a reação química (por exemplo, esterificação, em algumas modalidades), seja concluída. De modo alternativo, em outra variante, as fibras tratadas são sopradas através de um secador rápido para remover a umidificação residual, aquecidas a uma temperatura de cura e, então, transferidas para um forno onde as fibras tratadas são, de modo subsequente, curadas. No geral, as fibras tratadas são secas e, então, curadas por um tempo suficiente e a uma temperatura suficiente para alcançar a reticulação.

[0023] Conforme observado acima, as abordagens convencionais e históricas têm algumas desvantagens. Por exemplo, na abordagem convencional (“reticulação a seco”), a solução de reticulação é, de modo geral, muito diluída - e tem, de maneira correspondente, viscosidade muito baixa, de modo geral, inferior a 5 cP - a fim de melhor garantir a impregnação completa da substância química na folha de polpa. Como uma medição adicional para melhor garantir a impregnação completa, o método convencional também envolve adicionar a substância química de reticulação em excesso, que apresenta preocupações adicionais de manipulação de substância química. Além disso, a fiberização a úmido, tal como por meio de um moinho de martelo, leva ao acúmulo de fibra e de substância química sob condições usuais de moagem (algumas vezes, denominada como contaminação), as quais precisam ser periodicamente removidas, o que exige um tempo de paralisação de produção. Além disso, a moagem em moinho de martelo a úmido tende a deixar nós, sendo que a contagem de nó, de modo geral, aumenta à medida que as velocidades de produção aumentam, o que diminui, de maneira correspondente, a eficiência de moagem em moinho de martelo. No mais, a abordagem convencional envolve altos custos de energia devido à moagem em moinho de martelo a úmido e aos processos de remoção de água antes da cura da fibra. Um aspecto negativo da reticulação de solução aquosa é que um ciclo de reciclagem/ recuperação para a água e a substância química em excesso é necessário e precisa ser controlado e reabastecido.

[0024] Além disso, foi verificado que a abordagem convencional é limitada, em termos dos tipos de fibras de celulose adequadas para uso eficaz com o processo de reticulação a seco, no qual as camadas de fibra são umedecidas com a solução de reticulação aquosa e, então, introduzidas em laminadores, antes a alimentação dos moinhos de martelo com elas e de sua fiberização. Como consequência, as fibras que não formam camadas de integridade suficientes para resistir à manipulação mecânica, quando impregnadas com um líquido, tendem a ser muito mais difíceis de processar, se não impraticáveis, de maneira eficaz, no equipamento de reticulação padrão. Por exemplo, as fibras de madeira dura não são, de modo geral, usadas para produtos absorventes ou em aplicações de fibra de celulose reticulada, devido à sua morfologia de fibra. Além disso, algumas fibras de madeira dura, tais como eucalipto, formam camadas que se encontram facilmente afastadas quando umedecidas e, desse modo, não são fibras adequadas para uso na abordagem convencional.

[0025] Os sistemas e os métodos revelados no Pedido de Patente Copendente n° de série US 14/320.279, que envolvem a mistura de um agente de reticulação com fibras de celulose não ligadas (ou seja, fibras de celulose que não são ligadas por hidrogênio ou, de outro modo, por ligação química) que contêm pouco ou nenhum excesso de água, podem contornar as desvantagens mencionadas anteriormente, bem como fornecer uma abordagem que pode ser usada com uma faixa comparativamente mais ampla de fibras de celulose. Os sistemas e os métodos revelados no presente documento, que envolvem a mistura de um agente de reticulação com fragmentos de camada de fibra de celulose com alto teor de sólidos, descrevem outra abordagem alternativa que tem aplicabilidade mais ampla, enquanto evita os problemas mencionados anteriormente na abordagem de reticulação convencional.

[0026] Por exemplo, a mistura de um agente de reticulação com fragmentos de camada de fibra de celulose - ou seja, fragmentos ou pedaços de uma camada de fibra de celulose formados a partir de fibras de celulose ligadas por hidrogênio - com alto teor de sólidos, pode evitar os problemas de contaminação e o teor de nó associados à moagem em moinho de martelo a úmido. Tal abordagem também pode eliminar a necessidade de um ciclo de reciclagem de substância química. Além disso, as modalidades nas quais o agente de reticulação é adicionado apenas ao misturador podem não exigir ou, de outro modo, envolver a manipulação mecânica de uma camada quimicamente impregnada, e esse aspecto dos métodos revelados pode reduzir o contato de agentes de reticulação poliméricos e potencialmente aderentes com o equipamento de processo, o que, por sua vez, pode reduzir a contaminação e o acúmulo de substância química. Os métodos e os sistemas revelados no presente documento também fornecem uma opção para reticular as camadas de fibra de celulose com alto teor de sólidos e folhas que têm resistência à tração de umidade ou integridade estrutural baixa, tais como aquelas de espécies de madeira dura, como eucalipto, ou fibras de celulose que estão disponíveis na forma de dobra a úmido. Além disso, os métodos da presente revelação podem ser adequados para fibras de celulose de espécies vegetais diferentes de árvores de madeira macia ou de madeira dura, bem como para celulose que foi tratada (tal como fibra mercerizada e similares) ou dissolvida e regenerada (tal como liocel, e similares).

[0027] Os fragmentos de camada ou de folha de fibra de celulose com alto teor de sólidos adequados para uso na presente revelação podem ser produzidos por meio de qualquer método adequado, tal como por meio de desfibramento, corte ou corte em anéis de uma camada ou folha de fibra de celulose. Esses processos e os similares também são denominados, no presente documento, como “fragmentação.” A fragmentação pode ser realizada sem preparação antecipada da camada ou folha, ou pode ser acompanhada pela aplicação de umidificação à referida camada ou folha, de modo geral, na forma de um ou mais agentes de umidificação, tal como para amolecer a camada, a fim de melhorar a facilidade de fragmentação e, desse modo, reduzir o consumo de energia. A umidificação da camada pode ser feita por meio de métodos padronizados, tais como pulverização, revestimento de cortina, imersão em um banho ou uma bacia, e assim por diante. De maneira opcional, a polpa na dobra a úmido ou em outra forma que contenha água (por exemplo, fibras de celulose nunca secas) pode ser usada.

[0028] Os fragmentos de camada, à semelhança da folha ou camada de fibra de celulose a partir da qual tais fragmentos são formados, serão formados a partir de fibras de celulose ligadas por hidrogênio ou serão compostos de tais fibras. Em outras palavras, os fragmentos de camada, na maior parte dos casos, irão consistir essencialmente em fibras de celulose ligadas por hidrogênio, embora, em algumas modalidades, os fragmentos de camada possam incluir alguns outros tipos de fibras. O teor de sólidos dos fragmentos de camada será, de modo geral, aquele da folha ou camada de fibra de celulose a partir da qual os fragmentos de camada são formados, a menos que alguma umidificação seja é removida, tal como por meio de secagem, ou aplicada, tal como observado acima. As folhas de polpa do mercado convencional, de modo geral, têm um teor de sólidos ao redor de 90%, mas isso pode variar, de alguma forma, o que depende de vários fatores, os quais incluem condições ambientais, tipo de madeira, método de formação de polpa e/ou de secagem, e assim por diante. Em alguns casos, o teor de sólidos pode ser tão alto quanto cerca de 95%. Por outro lado, a polpa na forma que contém água, tal como a dobra a úmido, pode ter um teor de sólidos tão baixo quanto cerca de 45%.

[0029] Em algumas modalidades, os fragmentos de camada podem ter um teor de sólidos de cerca de 60 a 80%. Por exemplo, alguns métodos, de acordo com a presente revelação, podem envolver a umidificação de uma camada de fibras de celulose antes ou durante a fragmentação, tal como para amolecer a camada, a fim de reduzir a tensão sobre o equipamento e/ou o custo de energia. Conforme observado acima, as folhas de polpa do mercado podem ter um teor de sólidos de cerca de 90%, que pode ser diminuído a cerca de 80% por meio da adição de umidificação para a fragmentação. Conforme outro exemplo, o equipamento de mistura atual - ainda que configurado para acomodar as misturas com alto teor de sólidos - pode ser limitado para efetuar o processamento de misturas que têm um teor de sólidos de não mais do que 60%; como consequência, os fragmentos de camada podem ser produzidos ou processados para que tenham tal teor de sólidos antes de serem adicionados ao misturador.

[0030] Nos métodos, de acordo com a presente revelação, o agente de reticulação é adicionado aos fragmentos de camada de fibra de celulose com alto teor de sólidos a uma concentração adequada para alcançar um teor de sólidos desejado da mistura. Como tal, embora nos métodos, de acordo com a presente revelação, o teor de sólidos de mistura desejado não se limite a nenhuma faixa particular, as considerações práticas, tais como capacidade de equipamento, disponibilidade de substância química, e assim por diante, podem cobrir de maneira eficaz uma faixa que pode ser alcançada. Por exemplo, alguns dispositivos de mistura disponíveis atualmente, adequados para uso nos métodos revelados, tal como um misturador de alta consistência, podem encontrar dificuldades para processar de maneira eficaz misturas que tenham um teor de sólidos excessivamente alto. Conforme outro exemplo, alguns agentes de reticulação se encontram, atualmente, disponíveis apenas em soluções aquosas, ainda que na forma concentrada. Outros fatores, tais como tempo de mistura e outras considerações de processo, podem existir em uma relação de compensação e também podem diferir no efeito sobre um teor de sólidos de mistura adequada para tipos diferentes de fibra de polpa e/ou agente de reticulação. Além disso, sem o desejo de ligação a nenhuma teoria, uma quantidade menor de água presente na mistura pode reduzir a dilatação das fibras e, desse modo, a capacidade, de um agente de reticulação, de penetrar totalmente na parede celular da fibra. Isso, por sua vez, pode aumentar a rigidez da fibra, uma qualidade desejada em fibras reticuladas, em que as fibras mais rígidas são, de modo geral, obtidas quando a reticulação é limitada às superfícies de fibra. Como consequência, há várias considerações que podem direcionar um teor de sólidos da mistura desejado.

[0031] Os métodos, de acordo com a presente revelação, podem reduzir alguns custos de energia e outros problemas, tal como risco de contaminação de equipamento, associado à abordagem de reticulação convencional de “baixo teor de sólidos” por meio de redução da quantidade de umidificação presente nos componentes químicos (até os limites atuais de produção prática e/ou de processamento). Além disso, a fibra reticulada produzida de acordo com os métodos revelados forneceu, de maneira surpreendente, densidade de 5K e desempenho de AFAQ melhores. Como consequência, embora os inventores tenham verificado que um teor de sólidos de mistura de cerca de 40 a 50%, com as combinações de equipamento e materiais usados nos exemplos revelados forneçam bons resultados, conforme comparado às faixas mais altas ou mais baixas de teor de sólidos de mistura, a invenção não se limita a essa faixa. De fato, também foi verificado que as misturas que têm um teor de sólidos fora dessa faixa (por exemplo, de até 60% de sólidos) têm resultados aceitáveis. Visto que o misturador particular usado nos exemplos é recomendado para misturas que têm um teor de sólidos de até 50%, bons resultados alcançados com misturas que têm até 60% de teor de sólidos foram inesperados.

[0032] Desse modo, em algumas modalidades dos métodos revelados no presente documento, o agente de reticulação é adicionado aos fragmentos de camada de fibra de celulose com alto teor de sólidos, a uma concentração adequada, para fornecer um teor de sólidos da mistura de cerca de 50 a 60% e uma dosagem de substância química desejada (ou COP). Uma faixa de concentração típica para substâncias químicas de reticulação polimérica é cerca de 5 a 50% (antes da adição de qualquer catalisador ou água). Desse modo, em alguns casos, a mistura pode envolver a diluição do agente de reticulação antes ou durante sua adição aos fragmentos de camada, tal como se o teor de sólidos dos fragmentos de camada for mais alto do que o teor de sólidos de mistura desejado. De maneira opcional, a umidificação pode ser adicionada à mistura separadamente.

[0033] Conforme usado no presente documento, o termo “agente de reticulação” inclui, mas não se limita a, qualquer um dentre vários agentes reticulação e catalisadores de reticulação. A seguinte descrição é uma lista representativa de agentes e catalisadores de reticulação úteis. Cada uma das patentes observadas abaixo é expressamente incorporada no presente documento a título de referência, em sua totalidade.

[0034] Os agentes de reticulação baseados em ureia adequados incluem ureias substituídas, tais como ureias metiloladas, ureias cíclicas metiloladas, ureias cíclicas de alquila inferior metiloladas, ureias cíclicas di-hidróxi metiloladas, ureias cíclicas di-hidróxi e ureias cíclicas substituídas de alquila inferior. Os agentes de reticulação específicos baseados em ureia incluem ureia dimetildi-hidróxi (DMDHU, 1,3-dimetil-4,5-di-hidróxi-2-imidazolidinona), ureia dimetiloldi-hidroxietileno (DMDHEU, 1,3-di-hidroximetil-4,5- di-hidróxi-2-imidazolidinona), ureia dimetilol (DMU, bis[Nhidroximetil]ureia), ureia di-hidroxietileno (DHEU, 4,5-dihidróxi-2- imidazolidinona), ureia dimetiloletileno (DMEU, 1,3-di-hidroximetil-2-imidazolidinona) e ureia dimetildihidroxietileno (DDI, 4,5-di-hidróxi-1,3-dimetil-2- imidazolidinona).

[0035] Os agentes de reticulação adequados incluem dialdeídos, tais como C2-C8 dialdeídos (por exemplo, glioxal), análogos de ácido de C2-C8 dialdeído que têm pelo menos um grupo aldeído e oligômeros desses análogos de ácido aldeído e dialdeído, conforme descrito nos documentos n° US 4822453, US4888093, US4889595, US4889596, US4889597 e US4898642. Outros agentes de reticulação de dialdeído adequados incluem aqueles descritos nos documentos n° US 4853086, US4900324 e US5843061.

[0036] Outros agentes de reticulação adequados incluem os produtos de adição de formaldeído baseado em ureia e aldeído. Consultar, por exemplo, os documentos n° US3224926, US3241533, US3932209, US4035147, US3756913, US4689118, US4822453, US3440135, US4935022, US3819470 e US3658613.

[0037] Os agentes de reticulação adequados incluem adutos glioxais de ureias, por exemplo, o documento n° US4968774, e adutos de ureia glioxais/ cíclicos, conforme descrito nos documentos n° US 4285690, US4332586, US4396391, US4455416 e US4505712.

[0038] Outros agentes de reticulação adequados incluem agentes de reticulação de ácido carboxílico, tais como ácidos policarboxílicos. Os catalisadores e os agentes de reticulação de ácido policarboxílico (por exemplo, ácido cítrico, ácido tricarboxílico propano e ácido tetracarboxílico butano) são descritos nos documentos n° US 3526048, US4820307, US4936865, US4975209 e US5221285. O uso de C2- C9 ácidos policarboxílicos que contêm pelo menos três grupos carboxila (por exemplo, ácido cítrico e ácido oxidissuccínico) como agentes de reticulação é descrito nos documentos n° US 5137537, US5183707, US5190563, US5562740 e US5873979.

[0039] Os ácidos policarboxílicos poliméricos também são agentes de reticulação adequados. Os agentes de reticulação de ácido policarboxílico polimérico adequados são descritos nos documentos n° US 4391878, US4420368, US4431481, US5049235, US5160789, US5442899, US5698074, US5496476, US5496477, US5728771, US5705475 e US5981739. O ácido poliacrílico e os copolímeros relacionados como agentes de reticulação são descritos nos documentos n° US 5447977, US5549791, US5998511 e US6306251. Os agentes de reticulação de ácido polimaleico também são descritos no documento n° US 5998511.

[0040] Os agentes de reticulação de ácido policarboxílico adequados específicos incluem ácido cítrico, ácido tartárico, ácido málico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido citracônico, ácido itacônico, ácido monossuccínico tartrato, ácido maleico, ácido poliacrílico, ácido polimetilacrílico, ácido polimaleico, copolímero de polimetilviniléter-comaleato, copolímero de polimetilviniléter-co-itaconato, copolímeros de ácido acrílico e copolímeros de ácido maleico.

[0041] Outros agentes de reticulação adequados são descritos nos documentos n° US 5225047, US5366591, US5556976, US5536369, US6300259 e US6436231.

[0042] Os catalisadores adequados podem incluir sais acídicos, tais como cloreto de amônio, sulfato de amônio, cloreto de alumínio, cloreto de magnésio, nitrato de magnésio e sais de metal alcalinos de ácidos que contêm fósforo. Em uma modalidade, o catalisador de reticulação é hipofosfito de sódio. As misturas ou mesclas de agentes e catalisadores de reticulação também podem ser usadas.

[0043] O agente de reticulação é adicionado em uma quantidade adequada para efetuar um nível desejado de reticulação das fibras de celulose com alto teor de sólidos, individuais, com base no teor de sólidos. No presente documento, “nível desejado de reticulação” pode ser caracterizado como o nível de substância química na polpa (ou “COP”), que é tipicamente expresso em porcentagem em massa. No entanto, tal nível também pode se referir às propriedades químicas ou físicas que chegaram para serem associadas às fibras de celulose reticuladas, tais como capacidade absorvente (ou “capacidade de AFAQ”), densidade de 5K, ambas descritas abaixo, bem como outras.

[0044] A determinação de um nível desejado de reticulação é, com frequência, baseada em várias considerações, tais como uma compensação entre rigidez de fibra aumentada devido à reticulação e à pressão capilar diminuída, bem como material e custos de energia, preocupações de manipulação, taxas de produção, e assim por diante. Conforme observado acima, a quantidade de agente de reticulação pode ser caracterizada como COP, expressa em porcentagem em massa. Alguns métodos, de acordo com esta revelação, incluem adicionar o agente de reticulação a uma COP de cerca de 2 a 14%, uma faixa que foi verificada, no campo de fibras de celulose de reticulação, para fornecer uma compensação favorável de custo para desempenho, embora outros níveis e/ou faixas de COP se encontrem dentro do escopo desta revelação. De acordo com os princípios de eficiência de processo, em alguns métodos, a quantidade de agente de reticulação é de não mais do que é exigido para alcançar o nível desejado de reticulação.

[0045] A concentração do agente de reticulação é, de modo geral, selecionada de modo que a adição do agente às fibras de celulose com alto teor de sólidos não aumente o teor de água da mistura resultante além da faixa desejada. Por outro lado, uma diminuição prematura no teor de água (ou seja, antes da secagem) da mistura resultante abaixo da faixa desejada também pode ter efeitos indesejáveis. Com alguns agentes de reticulação, a remoção de água pode resultar na mistura que se torna aderente e/ou, de outro modo, difícil de manipular, o que resulta no processamento mais lento. Um exemplo disso pode ser observado com agentes de reticulação poliméricos, nos quais uma falta de água faz com que o teor de sólidos da mistura aumente e o polímero se torne aderente. Como consequência, nos métodos, de acordo com a presente revelação, o agente de reticulação é adicionado à mistura aquosa em condições do ambiente, definidas, no presente documento, como um conjunto de condições (por exemplo, temperatura, pressão, fluxo de ar, tempo, etc.), sob as quais a perda de água da solução é minimizada.

[0046] O agente de reticulação pode ser misturado com as fibras de celulose com alto teor de sólidos de qualquer maneira adequada, tal como em um misturador de alta consistência, uma extrusora (ou uma região ou um segmento de uma extrusora), um refinador, e assim por diante. Uma vantagem do uso de um misturador de alta consistência, em algumas modalidades, é que um misturador de alta consistência não apenas permite a injeção direta da química de reticulação na mistura em teores de sólidos de até cerca de 50%, mas o misturador também individualiza (ou “afofa”) a fibra a fim de prepará-la para a secagem. Uma vez misturados, os métodos da presente revelação incluem secar a mistura até cerca de 85 a 100% de sólidos, tal como com o aparelho de secagem padronizado (por exemplo, secadores rápidos, secadores a combinações).

[0047] Conforme observado acima, as limitações práticas do equipamento e/ou das substâncias químicas atualmente disponíveis podem limitar eficazmente o teor de sólidos da mistura a uma faixa, de modo geral, de até cerca de 60%, e, desse modo, o termo “secagem” significa a redução do teor de umidificação, tal como até a faixa mencionada anteriormente de 85 a 100% de sólidos. No entanto, a invenção não é tão limitada, e contempla misturas com teor de sólidos mais altos. Desse modo, nas modalidades nas quais o teor de sólidos da mistura é ainda mais alto e, em particular, dentro da faixa de 85 a 100%, deve ser compreendido que o termo “secagem” pode indicar a redução do nível de umidificação ou, ao contrário, pode indicar a conservação da umidificação na faixa de 85 a 100%.

[0048] Cura se refere ao início e à subsequente reação química que cria ligações químicas entre o agente de reticulação e a celulose. A reticulação ocorre por meio de reações diferentes, que dependem do agente de reticulação. Por exemplo, os agentes de reticulação de ácido policarboxílico e poliacrílico estabelecem, tipicamente, reticulações químicas por meio de uma reação de esterificação. A presente revelação abrange os métodos que prosseguem, não apenas por meio de reações de reticulação de esterificação, mas também por meio de outras reações de reticulação, tal como eterificação, e assim por diante, bem como as condições de reação adequadas para tais reações. Os métodos, de acordo com a presente revelação, prosseguem por meio de cura da mistura seca sob condições eficazes para reticular a fibra de celulose individual, quimicamente tratada, derivada de fragmentos de camada ou de folhas de celulose com alto teor de sólidos. A cura pode ser efetuada por meio de qualquer modo adequado, tais como aqueles usados na abordagem convencional, etc.

[0049] Com os métodos ilustrativos discutidos acima em mente, o que inclui as várias etapas, os vários conceitos e as variantes no presente documento, a Figura 1 pode ser observada para que seja uma representação esquemática de uma modalidade ilustrativa, sem limitação, de um sistema, de modo geral, indicado em 10, que é adequado para produzir composições celulósicas reticuladas, de acordo com aspectos da presente revelação.

[0050] O sistema 10 é mostrado na Figura 1 para incluir várias caixas conectadas por setas. Conforme será descrito, as caixas representam regiões funcionais diferentes, ou unidades, do sistema 10. As caixas, bem como o termo “unidade,” são usadas a título de conveniência, visto que cada unidade funcional pode ser um único componente (tal como uma máquina, uma peça de equipamento, um aparelho, e assim por diante), ou parte de um componente maior que também incorpora uma ou mais outras unidades funcionais, ou podem representar múltiplos componentes que cooperam para realizar a função (ou as funções) da unidade, e assim por diante. Várias unidades e vários componentes funcionais do sistema 10 podem ser colocalizados, tal como dentro de uma única instalação (tal como um moinho), ou localizados remotamente, um em relação ao outro. O sistema 10 pode ser qualquer escala adequada, desde de escala de laboratório até industrial/ comercial. As setas, de modo geral, representam a direção do material ou do produto produzido ou processado por meio das várias unidades funcionais, e, como consequência, também podem representar quaisquer meios adequados de transporte do material de uma unidade para outra (tais como condutos, transportadoras, etc.), e/ou outras peças de equipamento de processamento ou de manipulação.

[0051] Na Figura 1, o sistema 10 é mostrado para incluir, de modo geral, uma unidade de mistura 20 configurada para misturar fibra 22, na forma de fragmentos de camada com alto teor de sólidos, com agente de reticulação 24, para formar uma mistura substancialmente homogênea de fibras de celulose não reticuladas e agente de reticulação; uma unidade de secagem 30 configurada para secar a mistura até 85 a 100% de sólidos; e uma unidade de cura 40 configurada para curar o agente de reticulação, formando, desse modo, fibras de celulose reticuladas e secas. A Figura 1 também retrata alguns componentes opcionais do sistema 10, tal como um ou mais processos pós-tratamento, de modo geral, indicados em 50, bem como uma unidade de fragmentação 60 a montante da unidade de mistura 20 e configurada para produzir fragmentos de camada com alto teor de sólidos, para uso na unidade de mistura, tal como a partir de uma folha de polpa de celulose. As várias unidades e os vários componentes são discutidos em detalhes adicionais abaixo.

[0052] Conforme observado acima, a unidade de mistura 20 é configurada para formar, a partir da fibra 22, na forma de fragmentos de camadas de fibra de celulose que compreendem fibras de celulose ligadas por hidrogênio e com um alto teor de sólidos, com um teor de sólidos de cerca de 45 a 95%, e a partir do agente reticulação 24, uma mistura substancialmente homogênea de fibras de celulose não reticuladas e agente reticulação, em condições do ambiente. A unidade de mistura 20 pode, desse modo, incluir, por exemplo, um misturador de alta consistência, um despastilhador, ou um refinador ao qual os fragmentos de camada e o agente de reticulação mencionados anteriormente são adicionados. Os exemplos adequados de tal equipamento incluem misturadores de alta consistência, tais como aqueles fabricados por Andritz AG (Graz, Áustria), Metso (Helsinki, Finlândia), e outros; extrusoras (ou suas porções, tal como uma região de mistura/ afofamento de um barril de extrusora a jusante de uma seção de escoamento, em algumas modalidades), tais como aquelas fabricadas por Coperion (Ramsay, NJ), Davis- Standard (Pawcatuck, CT), Milacron (Cincinnati, OH), e outras; refinadores, tais como aqueles fabricados por Andritz Sprout Bauer, GL&V Pulp e Paper Group (Nashua, NH), e outros; e assim por diante. A forma e a configuração do equipamento usado para a unidade de mistura podem ser determinadas, de certo modo, pela aplicação desejada. Por exemplo, uma vantagem para o uso de um misturador de alta consistência, em algumas modalidades, é que tal misturador pode permitir a injeção direta da química de reticulação na mistura em teores de sólidos de até cerca de 50%, e também ser configurado para afofar a fibra, a fim de prepará-la para a secagem. A unidade de mistura pode de maneira opcional incluir qualquer equipamento de medição/ de entrega necessário para os componentes de mistura. A água 26 também é indicada como uma alimentação adicional para o misturador, o que indica esquematicamente que a água pode ser adicionada como uma corrente separada além daquela dotada dos fragmentos de camada e/ou do agente de reticulação.

[0053] De maneira opcional, em algumas modalidades, a unidade de mistura 20 pode ser configurada para processar a fibra 22 e/ou o agente de reticulação 24 antes ou durante a mistura dos materiais, tal como para quebrar, adicionalmente, os fragmentos de camada, para pré-misturar e/ou medir os componentes, e assim por diante. Em algumas dentre tais modalidades, a unidade de mistura pode ser caracterizada como zonas separadas de inclusão (não mostradas separadamente) configuradas para realizar várias funções e formar a mistura substancialmente homogênea. Como um exemplo de tal modalidade, as zonas separadas podem ser regiões subsequentes de uma extrusora. Em algumas modalidades, por exemplo, aquelas nas quais um ou mais materiais, ou a mistura são escoados até um teor de sólidos desejado, a unidade de mistura 20 pode incluir um ciclo de reciclagem/ recuperação de água (não mostrado).

[0054] A unidade de mistura 20 é configurada para misturar os fragmentos de camada de alto teor de sólidos com o agente de reticulação, o que, conforme observado acima, pode incluir uma ou mais substâncias químicas e/ou catalisadores de reticulação, conforme desejado, sob condições do ambiente, ou seja, condições de processo, tais como temperatura, pressão, fluxo de ar, tempo, etc., sob as quais a perda de água da solução é minimizada. O termo “substancialmente homogêneo,” quando usado para descrever a mistura que inclui fibras de celulose, água e agente de reticulação, indica que o agente de reticulação é suficientemente bem distribuído entre a fibra individualizada, de modo a formar reticulações consistentes e uniformes ao longo de cada fibra, quando seca e curada. Conforme observado acima, a unidade de mistura, tal como nas modalidades nas quais a unidade de mistura inclui um misturador de alta consistência, também pode afofar a fibra (ou seja, conferir um aumento na densidade aparente) na mistura. De maneira opcional, a unidade de mistura pode incluir outro equipamento para afofar a mistura antes da secagem.

[0055] A jusante da unidade de mistura 20, encontra-se uma unidade de secagem 30 configurada para receber a mistura - ou seja, as fibras individuais quimicamente tratadas - da unidade de mistura e secar a mistura até 85 a 100% de sólidos. Como consequência, a unidade de secagem 30 pode incluir um ou mais dispositivos de secagem, tais como um ou mais fornos, secadores por flutuação, secadores por tambor, secadores rápidos, secadores a jato, e assim por diante. Em algumas modalidades, a unidade de secagem 30 também pode trazer as fibras até a temperatura de cura ou a uma próxima.

[0056] Finalmente, as fibras secas são recebidas por meio de uma unidade de cura 40 configurada para curar o agente de reticulação, formando, desse modo, fibras de celulose secas e reticuladas. A unidade de cura, desse modo, pode incorporar dispositivos de secagem adicionais, fornos, e assim por diante. Em algumas modalidades, a unidade de secagem e/ou unidade de cura pode incorporar uma área de suporte, tal como permitir que as fibras se equilibrem a uma temperatura e/ou um tempo ajustado, ou tal equilíbrio pode ocorrer à medida que as fibras são transportadas de uma unidade funcional para a próxima. Algumas modalidades podem incluir um ciclo de reciclagem/ recuperação para ar/ calor desde o equipamento de cura até o equipamento de secagem.

[0057] Uma vez formadas, as fibras reticuladas saem da unidade de cura 40 e podem ser submetidas a vários processos pós-tratamento, indicados, de modo geral, em 50, tal como preparar as fibras para expedição ou armazenamento, por exemplo, por meio de formação de fardos, de acordo com os métodos padronizados, que podem incluir nova umidificação ou outro pós-tratamento químico, seguido por formação de fardo, e assim por diante.

[0058] Conforme observado acima, o sistema 10 pode, de maneira opcional, incluir uma unidade de fragmentação 60 a montante da unidade de mistura 20, que é configurada para produzir fragmentos de camada (ou seja, fibra 22) usados na unidade de mistura, por exemplo, a partir de uma camada ou folha de celulose, tal como uma folha de polpa de celulose. A fibra nessa forma “não fragmentada” é indicada, de modo geral, em 62. A unidade de fragmentação 60 e a fibra 62 na forma "não fragmentada" usada com tal unidade, são mostradas com linhas tracejadas para indicar que esses componentes não precisam estar presentes em todas as modalidades de sistema 10. Por exemplo, algumas modalidades do sistema 10 podem ser configuradas para aceitar a fibra 22 na forma de fragmentos de camada pré- produzidos. No entanto, nas modalidades do sistema 10, que incluem uma unidade de fragmentação 60, o componente pode incluir uma ou mais peças de equipamento de fragmentação, processamento e/ou manipulação, tal como tremonhas, transportadores, bacias ou banhos, retalhadoras, máquinas esmagadoras, cortadores em anel, equipamento de medição, e assim por diante. A configuração desse equipamento pode depender da forma da fibra 62, por exemplo, uma folha de celulose em fardo ou forma de rolo, bem como seu teor de umidificação em tal forma, a forma desejada e/ou o teor de umidificação dos fragmentos de camada resultantes, e assim por diante. Por exemplo, em algumas aplicações, pode ser desejado fornecer fragmentos de camada, em uma forma mensurável, à unidade de mistura 20, caso em que um cortador em anel, tal como um Henion Dicer, disponibilizado por Henion Dicing Products, pode ser usado para produzir partículas de celulose cortadas em anéis, com tamanho ou massa substancialmente uniforme. Outros exemplos de equipamento adequado incluem uma máquina esmagadora Flow-SmasherTM, disponibilizada por Atlantic Coast Crushers, e uma retalhadora de papel e de polpa Taskmaster®, disponibilizada por Franklin-Miller.

[0059] De maneira opcional, um agente de umidificação 64 pode ser usado junto com a unidade de fragmentação 60, tal como amolecer, umidificar ou, de outro modo, preparar a fibra 62 para a fragmentação. Alguns exemplos de agentes de umidificação incluem água, um agente de reticulação, uma solução de catalisador, outros aditivos baseados em líquido ou várias de suas combinações. O uso de um agente de umidificação na forma de água pulverizado em uma ou em ambas as superfícies de uma folha de polpa de celulose, antes da fragmentação, pode reduzir a energia exigida para o processo de fragmentação.

[0060] A unidade de fragmentação 60 pode ser configurada para produzir fragmentos de camada de fibras de celulose ligadas por hidrogênio - ou seja, fibra 22 - que têm o teor de sólidos desejado para uso na unidade de mistura 20. De maneira opcional, conforme observado acima, a unidade de mistura 20 pode incorporar algum dentre o equipamento e/ou as funções da unidade de fragmentação 60. Em uma modalidade exemplificativa, a unidade de mistura pode ser configurada para aceitar a fibra 22 na forma de fragmentos de camada, com qualquer teor de sólidos, e adicionar água suficiente (seja com agente de reticulação 24 ou como uma corrente de água separada 26) para alcançar um teor de sólidos de mistura desejado.

[0061] As descrições mencionadas anteriormente são ilustrativas de qualquer quantidade de métodos e sistemas de aplicação adequados, bem como suas combinações, em que se compreende que todos são abrangidos pela presente revelação.

[0062] Uma variedade de propriedades de fibras reticuladas celulósicas pode ser medida por meio de vários testes, tal como determinar propriedades absorventes, além de outras propriedades do material, tal como verificar sua adequabilidade em várias aplicações.

[0063] Por exemplo, as propriedades absorventes de composições celulósicas reticuladas (tais como volume líquido, tempo de drenagem, taxa de drenagem, capacidade absorvente, e assim por diante), podem ser determinadas com uso do Analisador de Qualidade de Absorção de Fibra Automática (AFAQ) (Weyerhaeuser Co., Federal Way, WA). Um procedimento de teste padronizado é descrito nos parágrafos seguintes.

[0064] Uma amostra de 4 gramas (condicionada a 50% de RH e 23 °C (73 °F) por pelo menos 4 horas) da composição de polpa é introduzida em um moinho de pinos para abrir a polpa, e, então, processada por airlaid em um tubo. O tubo é colocado no Analisador de AFAQ. Um êmbolo, então, desce no bloco de afofamento por airlaid a uma pressão de 0,6 kPa. A altura de bloco é medida, e o volume de bloco (ou volume ocupado pela amostra) é determinado a partir da altura de bloco. O peso é aumentado para alcançar uma pressão de 2,5 kPa e o volume recalculado. O resultado são duas medições de volume na polpa de afofamento seca em duas pressões diferentes.

[0065] Enquanto está sob o êmbolo, na pressão mais alta, a água é introduzida no fundo do tubo (até o fundo do bloco), e o tempo exigido para drenar a água para cima, através do bloco, para atingir o êmbolo, é medido. A partir disso, o tempo de drenagem e a taxa de drenagem podem ser determinados. O volume do bloco úmido a 2,5 kPa também pode ser calculado. O êmbolo é, então, retirado do tubo, e, o bloco úmido pode se expandir por 60 segundos. De modo geral, quanto mais resiliente a amostra, mais ela irá se expandir para atingir seu estado de repouso a úmido. Uma vez expandida, essa resiliência é medida por meio de reaplicação do êmbolo ao bloco úmido a 0,6 kPa e por meio de determinação do volume. O volume final do bloco úmido a 0,6 kPa é considerado como sendo o “volume líquido a 0,6 kPa” (em cm3/g, que indica o volume ocupado pelo bloco úmido, por peso do bloco úmido, sob a carga de êmbolo de 0,6 kPa) da composição de polpa. A capacidade absorvente (ou “capacidade de AFAQ”) pode ser calculada por meio de ponderação do bloco úmido, depois que a água é drenada do equipamento, e é relatada como água em gramas por grama de polpa seca.

[0066] Conforme outro exemplo, o teste de densidade de 5K mede a rigidez de fibra e a resiliência a seco de uma estrutura feita a partir das fibras (isto é, sua capacidade de se expandir mediante a liberação de força de compressão aplicada enquanto as fibras estão em condição substancialmente seca). O teste de densidade de 5K é revelado, por exemplo, no documento n° US5873979, e pode ser realizado de acordo com o seguinte procedimento.

[0067] Um bloco de airlaid de 10,16 x 10,16 cm (4 x 4 polegadas quadradas) que tem uma massa de cerca de 7,5 g é preparado a partir de fibras para as quais a resiliência a seco está sendo determinada, e comprimida, em um estado seco, por meio de uma prensa hidráulica até uma pressão de 34,5 MPa (5.000 Mpa). A pressão é, então, rapidamente liberada. O bloco é girado para garantir uma carga uniforme e a compressão e a liberação rápida são repetidas. A espessura do bloco é, então, medida com um Paquímetro Ames que aplica uma carga total de 0,88 N (90 gf), que inclui o pé circular de 12,8 cm2 (2 pol.2). Isso se iguala a uma pressão de 0,69 kPa (0,1 psi). Cinco leituras de espessura são obtidas, uma no centro e uma de cada um dos quatro cantos, e os cinco valores têm a média calculada. Depois da compressão, o bloco se expande levemente. O bloco é aparado até 10,16 cm x 10,16 cm (4 x 4 pol.) e é ponderado. A densidade, depois da compressão, é calculada como massa / (área x espessura). Essa densidade é denotada como a “densidade de 5K,” assim chamada depois da quantidade de pressão aplicada por meio de prensa hidráulica. Os valores mais baixos de densidade de 5K correspondem à maior rigidez de fibra e à maior resiliência a seco.

[0068] Os seguintes exemplos resumem as modalidades e os métodos representativos, sem limitação, de formação de produtos de celulose reticulados, de acordo com os métodos e conceitos discutidos acima, e são ilustrativos por natureza. As quantidades de reagente, os tempos, as condições, e outras condições de processo podem ser variados a partir daqueles revelados nos procedimentos representativos específicos revelados nos seguintes exemplos, sem que se afaste do escopo da presente revelação.

EXEMPLO 1

[0069] As folhas de polpa de fibra de pinheiro do sul (CF416, Weyerhaeuser NR Company) foram cortadas em tiras de 10,16 cm x 76,2 cm (4 pol. x 30 pol.). Quando condicionadas a 50% de umidade relativa e 73 °F (23 °C), a fibra de celulose nessa forma tem um teor de umidificação de cerca de 6,5%, o que corresponde a um teor de sólidos de cerca de 93,5%. Com base nisso, a quantidade de água necessária para aumentar o teor de umidificação para 35% (o que corresponde a 65% dos sólidos) foi calculada. Nove tiras de polpa foram tratadas com água adicional por meio de seringa e colocadas em sacos plásticos durante a noite para equilibrar, gerando, desse modo, nove folhas de polpa com 65% de teor de sólidos. Essas tiras foram, então, desfibradas manualmente em retângulos de aproximadamente 2,54 cm x 3,80 cm (1 pol. x 1,5 pol.). Uma tremonha foi alimentada com a quantidade de fibra desejada para o teste por meio da transportadora. Um parafuso no fundo da tremonha alimentou, com a fibra, um refinador do laboratório Sprout encaixado com as placas de refinador (C2976) em uma configuração vertical, com o vão ajustado para minimizar qualquer corte de fibra (de modo geral, 0,127 cm a 0,762 cm (0,050 pol. a 0,300 pol.). A fibra foi entregue a uma taxa fixa de 1.168 OD g/min. O agente de reticulação (polímero de ácido poliacrílico (“PAA”) e o hipofosfito de sódio (“SHP”), um catalisador) a 11,6% de teor de sólidos foi aplicado por meio de uma porta de substância química localizada na extremidade do parafuso, imediatamente antes de a fibra entrar no refinador, com a velocidade de bomba de substância química ajustada para alcançar um nível de COP de teste dentro da faixa de 2 a 14% e um teor de sólidos total da mistura no refinador de 50 a 60% (o limite do refinador). A fibra tratada saiu do refinador para uma cubeta de plástico que tem um teor de sólidos medido de 52%. Nesse teor de sólidos final, o nível de COP foi calculado para que fosse 6,5%, com base na massa de fibra. A fibra foi seca em um secador a jato ThermaJetTM 11 cm (4 pol.) de Energia de Fluido com uma temperatura de entrada pretendida de 180 °C (356 °F). A temperatura de saída foi medida para que seja cerca de 120 °C na conclusão da secagem de cada amostra. A fibra seca foi equilibrada à temperatura ambiente, antes da cura a 187,8 °C (370 °F), por 5 minutos, em um forno de ar forçado.

[0070] Como um controle que usa fibras não ligadas, a fibra de pinheiro do sul (CF416, Weyerhaeuser NR Company) foi 40/43 desintegrada em um equipamento de laboratório para desfibrar e desintegrar polpa em lotes de 1.000 g (OD), com baixo teor de sólidos (< 10%) e, então, escoada em uma centrífuga de laboratório. A fibra escoada foi quebrada em feixes de fibra menores com uso de um moinho de pinos de laboratório. O teor de sólidos da fibra foi medido para que fosse de 46,4%, e, então, uma tremonha foi alimentada com a quantidade desejada de fibra para o teste por meio da transportadora. Um parafuso no fundo da tremonha alimentou, com a fibra, um refinador do laboratório Sprout encaixado com as placas de refinador (C2976) em uma configuração vertical, com o vão ajustado para minimizar qualquer corte de fibra (de modo geral, 0,127 cm a 0,762 cm (0,050 pol. a 0,300 pol.)). O agente de reticulação (polímero de PAA junto com SHP) com 20% de teor de sólidos foi aplicado por meio de uma porta de substância química localizada na extremidade do parafuso, imediatamente antes de a fibra entrar no refinador. A fibra foi entregue a uma taxa fixa de 1.168 OD g/min. A velocidade de bomba de substância química foi ajustada para alcançar o nível de COP calculado mencionado anteriormente, bem como um teor de sólidos total da mistura no refinador de 50 a 60%. A fibra tratada saiu do refinador em uma cubeta de plástico a um teor de sólidos medido de cerca de 43%. A fibra foi seca em um secador a jato ThermaJetTM 11 cm (4 pol.) de Energia de Fluido com uma temperatura de entrada pretendida de 180 °C (356 °F). A temperatura de saída foi medida para que seja cerca de 120 °C na conclusão da secagem de cada amostra. A Petição 870180056173, de 28/06/2018, pág. 171/183 41/43 fibra seca foi equilibrada à temperatura ambiente antes da cura a 187,8 °C (370 °F) por 5 minutos.

EXEMPLO 2

[0071] Como no Exemplo 1, as folhas de polpa de fibra de pinheiro do sul CF416 foram obtidas a partir do equipamento Weyerhaeuser e cortadas em tiras de 10,16 cm x 76,2 cm (4 pol. x 30 pol.). A quantidade de água necessária para o aumento do teor de umidificação para 15% (o que corresponde a 85% dos sólidos) foi calculada pelo Exemplo 1. Nove tiras de polpa foram tratadas com água adicional, por meio de seringa, e colocadas em sacos plásticos durante a noite para se equilibrarem, gerando, desse modo, nove folhas de polpa com 85% de teor de sólidos. Essas tiras foram, então, desfibradas manualmente em retângulos de aproximadamente 2,54 cm x 3,80 cm (1 pol. x 1,5 pol.). A transportadora alimentou, com essa quantidade desejada de fibra para o teste, uma tremonha e, em seguida, um refinador Sprout de laboratório, configurado conforme descrito no Exemplo 1. O agente de reticulação (polímero PAA junto com SHP) com 7,3% de teor de sólidos foi aplicado como no Exemplo 1, suficiente para a COP calculada do Exemplo 1, e com a substância química e a fibra entregue a uma taxa para alcançar um teor de sólidos total da mistura no refinador de 50 a 60%. A fibra tratada saiu do refinador para uma cubeta de plástico com um teor de sólidos medido de 58%. A fibra foi seca em um secador a jato ThermaJetTM 11 cm (4 pol.) de Energia de Fluido e curada como no Exemplo 1.

[0072] As amostras foram comparadas a um controle preparado sob condições de cura e de carga de substância química similares, mas, de acordo com o método convencional. As amostras representativas e seus resultados de capacidade de AFAQ correspondentes na COP pretendida são mostrados na Tabela 1 (a Amostra de UC representa o controle de fibras não ligadas descrito no Exemplo 1, e a Amostra de CC representa o controle produzido de maneira convencional, com uso da mesma formação de agente de reticulação, como nos Exemplos 1 e 2). A Tabela 1 indica, não apenas que a reticulação eficaz foi alcançada com alto teor de sólidos, mas também que a capacidade de AFAQ de amostras preparadas de acordo com os métodos com alto teor de sólidos da presente revelação é inesperadamente maior, conforme comparado a uma amostra preparada de acordo com o método convencional, e uma amostra preparada a partir de fibra não ligada. TABELA 1

[0073] Embora a presente invenção tenha sido mostrada e descrita em referência aos princípios operacionais mencionados anteriormente e aos exemplos ilustrados e às modalidades, será evidente para aqueles versados na técnica que várias mudanças na forma e no detalhe podem ser feitas, sem que se afaste do espírito e do escopo da invenção. A presente invenção se destina a abranger todas as tais alternativas, modificações e variâncias que se encontrem dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Método de formação de um produto de celulose reticulado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: misturar um agente de reticulação com fragmentos de camada de fibra de celulose, em que os fragmentos de camada de fibra de celulose compreendem fibras de celulose ligadas por hidrogênio e têm um teor de sólidos de 45 a 95%, e em que o agente de reticulação é adicionado em uma quantidade adequada para alcançar um nível desejado de reticulação das fibras de celulose individuais com base no teor de sólidos, em que a mistura forma uma mistura substancialmente homogênea de fibras de celulose individualizadas, não reticuladas; secar a mistura resultante até 85 a 100% de sólidos; e curar a mistura seca sob condições eficazes para reticular as fibras de celulose.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os fragmentos de camada de fibra de celulose têm um teor de sólidos de 60 a 80%.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente, antes da mistura, fragmentar uma camada de fibra de celulose para formar os fragmentos de camada de fibra de celulose.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que fragmentar compreende adicionalmente umidificar a camada de fibra de celulose antes da formação dos fragmentos de camada de fibra de celulose.

5. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que fragmentar compreende adicionalmente um ou mais dentre desfibrar, cortar ou cortar em anéis a camada de fibra de celulose.

6. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a camada de fibra de celulose é um ou mais dentre o seguinte: folha de polpa, papel, papelão, não tecido e folha dobrada a úmido que consiste em celulose nunca seca ou previamente seca.

7. Método, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que fragmentar inclui introduzir a camada de celulose em forma de fardo ou de rolo em uma máquina esmagadora, um cortador em anel e/ou uma retalhadora.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que misturar inclui adicionar o agente de reticulação em uma quantidade suficiente para alcançar uma substância química na faixa de polpa de 2 a 14%.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura é realizada em condições ambiente.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que misturar inclui ajustar o teor de sólidos da mistura do agente de reticulação e os fragmentos de camada de fibra de celulose para 40 a 60%.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que ajustar o teor de sólidos da mistura inclui ajustar o agente de reticulação a uma concentração adequada para alcançar o dito teor de sólidos.

12. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que misturar inclui ajustar o teor de sólidos da mistura do agente de reticulação e os fragmentos de camada de fibra de celulose para 50 a 60%.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a mistura é realizada em um ou mais dentre uma extrusora, um equipamento do tipo hydrapulper, um refinador, um despastilhador e um misturador de alta consistência.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que os fragmentos de camada de fibra de celulose consistem essencialmente em fibras de celulose ligadas por hidrogênio.

15. Método de formação de um produto de celulose reticulado CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: fragmentar uma camada ligada por hidrogênio de fibras de celulose para formar fragmentos de camada de fibra de celulose que têm um teor de sólidos de 60 a 80%; misturar um agente de reticulação de ácido poliacrílico com os fragmentos de camada de fibra de celulose em uma quantidade e uma concentração para alcançar uma substância química no nível de polpa de 2 a 14% e um teor de sólidos da mistura de agente de reticulação e os fragmentos de camada de fibra de celulose de 50 a 60%, em que a dita mistura é feita em condições ambiente, e em que a dita mistura individualiza as fibras de celulose; secar a mistura resultante até 85 a 100% de sólidos; e curar a mistura seca sob condições eficazes para reticular as fibras de celulose.